Wojskowa Akademia Techniczna

Sprawozdanie z zajęć laboratoryjnych

Przedmiot: Ogniwa paliwowe i napędy hybrydowe

Temat: Sterowanie silnikami prądu stałego i przemiennego

Prowadzący: mgr inż. Filip Polak

Wykonali:

Kamil Biegański

Grzegorz Ciesielski

Paweł Czyż

Damian Jakubiński

Artur Kawęcki

Jarosław Kielak

Krzysztof Kochański

Grupa: M1M1S1

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było praktyczne zapoznanie się z budową i działaniem asynchronicznego silnika klatkowego oraz urządzeniami służącymi do jego sterowania. Na podstawie wyników zarejestrowanych na komputerze narysuję charakterystykę przedstawiającą przebieg napięcia oraz prądu na poszczególnych biegunach silnika podczas jego rozpędzania i hamowania.

1. Obiekt badań

Do badań wykorzystano stanowisko pomiarowe z asynchronicznym silnikiem klatkowym. W ćwiczeniu wykorzystywaliśmy również akumulator o napięciu 24V, falownik trójfazowy, a przy nim dzielniki napięcia ponieważ sondy pomiarowe miały zakres do 10V. W przetworniku analogowo-cyfrowym zmierzone parametry były zamieniane na sygnał cyfrowy, następnie sygnałem radiowym przesyłane do modułu, z którego były pobierane i zapisywane w programie komputera.

1. Budowa silnika klatkowego oraz falownika napięcia

W silniku indukcyjnym klatkowym obwód elektryczny wirnika jest wykonany z nieizolowanych prętów, połączonych po obu stronach wirnika pierścieniami zwierającymi. Konstrukcja to wyglądem przypomina klatkę o kształcie walca (stąd wzięła się nazwa tego silnika).

Obwód magnetyczny wirnika wykonany jest w postaci pakietu blach stalowych z dodatkiem krzemu, wzajemne odizolowanych, złożonych jedna na drugą. Obwód elektryczny wirnika jest zawsze zwarty (inna nazwa tego silnika to silnik indukcyjny zwarty) w związku, z czym nie ma możliwości przyłączania dodatkowych elementów, tak jak ma to miejsce w wirniku silnika pierścieniowego. Klatka stanowi wielofazowe uzwojenie wirnika, a za liczbę faz przyjmuje się liczbę prętów, z których jest wykonana.

klatka silnika klatkowego

	wirnik silnika klatkowego

Silnik klatkowy ma bardzo prostą, tanią, i łatwa w utrzymaniu konstrukcję. Wykonanie silnika pierścieniowego jest o wiele droższe, ale konstrukcja ta, poprzez możliwość dołączania dodatkowych elementów do uzwojenia wirnika posiada zdecydowanie bogatsze właściwości ruchowe.(układy umożliwiające rozruch i regulacje prędkości silnika) Biorąc jednak pod uwagę coraz większą powszechność elektronicznych urządzeń zasilających (falowniki, softstarty), umożliwiających uzyskanie o wiele lepszych właściwości regulacyjnych, wspomniane zalety silników pierścieniowych przestały być już tak istotne i w ogromnej większości silniki pierścieniowe zostały wyparte przez silniki klatkowe.

Wykorzystywany podczas ćwiczenia falownik był folownikiem napięciowym ponieważ do jego zasilania wykorzystywaliśmy akumulator, który jest źródłem napięcia.

Falownik (ang. power inverter, przetwornik mocy DC/AC) – urządzenie elektryczne zamieniające prąd stały (direct current, DC), którym jest zasilane, na prąd zmienny (alternating current, AC) o regulowanej częstotliwości wyjściowej. Falownik jest urządzeniem energoelektronicznym, służącym do regulacji prędkości obrotowej trójfazowego silnika elektrycznego przez zmianę częstotliwości i napięcia prądu zasilającego silnik.

Za pomocą przemienników częstotliwości możliwa jest, w szerokim zakresie, płynna regulacja prędkości obrotowej napędu (przekładni połączonej z silnikiem). Przy użyciu falownika możliwe jest wystartowanie napędu rozpędzając go nawet do dwukrotnej nominalnej prędkości obrotowej. Funkcje łagodnego rozruchu (soft start) i łagodnego zatrzymania (soft stop) falownika umożliwiają:,

• ograniczenie prądu rozruchowego silnika,

• zmniejszenie obciążeń dynamicznych w napędzie,

• nastawienie czasu hamowania. 

Ponadto falowniki mają wbudowany szereg programowalnych funkcji i urządzeń, które możemy zastosować na wejściu i na wyjściu falownika. Przykładowe funkcje falowników:
Sterowanie wektorowe bezczujnikowe orazUF – sterowanie silnikiem umożliwiające niezależne sterowanie prędkością i momentem maszyny dzięki czemu może ona osiągnąć maksymalny moment nawet przy zerowej prędkości.
Autotunig- procedura automatycznej identyfikacji parametrów silnika niezbędna do prawidłowego sterowania silnika w trybie wektorowym polegająca na pomiarze prądu rezystancji oraz induktancji silnika.
Sterownik PID – tryb regulacji ze sprzężeniem zwrotnym. Falownik dąży do zmniejszenia różnicy pomiędzy wartością zadaną (nastawioną w falowniku), a wartością zwrotną (otrzymywaną z czujników analogowych obiektu sterowania np. ciśnienia, poziomu cieczy w zbiorniku). 
Filtr przeciwzakłóceniowy – tłumi zakłócenia w przebiegu napięcia i prądu elektrycznego emitowane przez falownik zapewniając swoją właściwą pracę falownika innych urządzeń w sieci.
Rezystor hamujący – zapobiega pojawieniu się zbyt wysokiego napięcia podczas zbyt gwałtownego obniżania częstotliwości falownika czyli hamowania silnika; odbiera napięcie z uzwojeń silnika i zamienia je w ciepło;
Moduł hamujący – tranzystor załączający obwód rezystora hamowania w sytuacji, gdy silnik wchodzi w zakres pracy generatorowej.
Wyżej wyszczególnione funkcje to tylko przykładowe, najczęściej stosowane dodatkowe możliwości falowników.

1. Schemat stanowiska:

sygnał przesyłany drogą radiową

sygnał przesyłany drogą przewodową

1. Wyznaczone charakterystyki sterowania silnikiem podczas jego rozpędzania i wyhamowywania