background image

Sadowy Andrzej 

 

 

 

 

 

 

  Rzeszów 17. 11. 2009 r.       

Pyszczek Przemysław 
Stręk Michał 
Ptak Tomasz 
ET-DI2 
L 07 

MEMS i mikronapędy 

Sprawozdanie z laboratorium nr 3. 

 

Temat: Badanie napędu z silnikiem reluktancyjnym przełączalnym (SRM) 

 

1. Wstęp teoretyczny: 
 
 

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową silnika reluktancyjnego przełączalnego 

(SRM) oraz sposobem jego sterowania. W laboratorium zastosowaliśmy sterownik 
mikroprocesorowy SRM umożliwiający: 
 

- regulacje napięcia zasilania silnika w zakresie od około 0 do 100% U

dc

 

- regulacje kąta załączenia Ѳ

on

 w zakresie od -10° do -2,5° ( co 0,5°), 

 

- regulacje kąta wyłączania Ѳ

off

 w zakresie od 30° do 40° (co 0,5°). 

 
2. Schemat układu pomiarowego: 
 
 

- schemat zastosowanego układu zasilającego (falownika): 

 

 

 

 

- schemat układu połączeń: 

 

 

3. Tabela pomiarowa: 

background image

 

PWM [%] 

[rpm/min] 

Ѳ

on

 [°] 

Ѳ

off

 [°] 

 

Charakterystyka n=f(PWM) przy Ѳ

on

 i Ѳ

off

 = const 

100 

5760 

-10 

30 

95 

5460 

-10 

30 

90 

5355 

-10 

30 

85 

5205 

-10 

30 

80 

5050 

-10 

30 

75 

4840 

-10 

30 

70 

4600 

-10 

30 

60 

4030 

-10 

30 

50 

3385 

-10 

30 

40 

2680 

-10 

30 

30 

1830 

-10 

30 

20 

1000 

-10 

30 

  

 
 
Charakterystyka n=f(Ѳ

on

) przy PWM i Ѳ

off

 = const 

 

 

Ѳ

on

 [°] 

[rpm/min] 

PWM [%] 

Ѳ

off

 [°] 

-10 

5760 

100 

30 

-9,5 

5545 

100 

30 

-9 

5505 

100 

30 

-8,5 

5440 

100 

30 

-8 

5365 

100 

30 

-7,5 

5320 

100 

30 

-7 

5270 

100 

30 

-6,5 

5200 

100 

30 

-6 

5140 

100 

30 

-5,5 

5075 

100 

30 

-5 

5015 

100 

30 

-4,5 

4950 

100 

30 

-4 

4890 

100 

30 

-3,5 

4805 

100 

30 

-3 

4735 

100 

30 

-2,5 

4660 

100 

30 

 

Ѳ

off

 [°] 

[rpm/min] 

PWM [%] 

Ѳ

on

 [°] 

 
 
 
 
 
 

Charakterystyka n=f(Ѳ

off

) przy PWM i Ѳ

on

 = const 

 

 

30 

6470 

100 

-2,5 

30,5 

6500 

100 

-2,5 

31 

6505 

100 

-2,5 

31,5 

6510 

100 

-2,5 

32 

6515 

100 

-2,5 

32,5 

6520 

100 

-2,5 

33 

6515 

100 

-2,5 

33,5 

6500 

100 

-2,5 

34 

6495 

100 

-2,5 

34,5 

6450 

100 

-2,5 

35 

6395 

100 

-2,5 

35,5 

6390 

100 

-2,5 

36 

6370 

100 

-2,5 

36,5 

6310 

100 

-2,5 

37 

6225 

100 

-2,5 

37,5 

6185 

100 

-2,5 

38 

6095 

100 

-2,5 

38,5 

6025 

100 

-2,5 

39 

5945 

100 

-2,5 

39,5 

5870 

100 

-2,5 

40 

5780 

100 

-2,5 

background image

4. Wyznaczanie charakterystyk mechanicznych silnika reluktancyjnego:

  

PWM=100%   Ѳ

on

= -6°   Ѳ

off

=35°   U

dc

=60V 

[rpm/min] 

I [A] 

U [V] 

I

dc

 [A] 

P

wy

 [W] 

P

we

 [W] 

ω 

[rad/s] 

TL 

[mNm] 

ɳ [%] 

5735 

0,05 

23,6 

0,76 

1,18 

45,6 

600,57 

1,96 

2,59 

5560 

0,1 

22,2 

0,78 

2,22 

46,8 

582,24 

3,81 

4,74 

5445 

0,15 

21,2 

0,79 

3,18 

47,4 

570,2 

5,58 

6,71 

5325 

0,2 

20,4 

0,8 

4,08 

48 

557,63 

7,32 

8,50 

5105 

0,3 

18,6 

0,84 

5,58 

50,4 

534,59 

10,44 

11,07 

4960 

0,4 

17,5 

0,86 

51,6 

519,41 

13,48 

13,57 

4830 

0,5 

16,1 

0,9 

8,05 

54 

505,8 

15,92 

14,91 

4690 

0,6 

14,9 

0,93 

8,94 

55,8 

491,14 

18,20 

16,02 

4470 

0,8 

12,7 

10,16 

60 

468,1 

21,70 

16,93 

4380 

0,9 

11,6 

1,2 

10,44 

72 

458,67 

22,76 

14,50 

 

Przykładowe obliczenia: 

𝑃

𝑤𝑦

= 𝑈 ∗ 𝐼 = 23,6 ∗ 0,05 =

59
50

= 1,18 [𝑊] 

𝑃

𝑤𝑒

= 𝐼

𝑑𝑐

∗ 𝑈

𝑑𝑐

= 0,76 ∗ 60 =

228

5

= 45,6 [𝑊] 

𝜔 =

2𝜋 ∗ 𝑛

60𝑠

=

2𝜋 ∗ 5735

60𝑠

=

1147𝜋

6

≈ 600,57 [𝑟𝑎𝑑 𝑠

  ] 

𝑇𝐿 =

𝑃

𝑤𝑦

𝜔

=

1,18

600,57

≈ 1,96 [𝑚𝑁𝑚] 

ɳ =

𝑃

𝑤𝑦

𝑃

𝑤𝑒

∗ 100% =

1,18
45,6

∗ 100% ≈ 2,59 [%] 

 

Charakterystyki dla PWM = 100% 

 

- charakterystyka n=f(TL) 

 

background image

 

- charakterystyka ɳ=f(TL) 

 

 

-charakterystyka I

dc

=f(TL) 

 

 
 
 
 

PWM=60%   Ѳ

on

= -6°   Ѳ

off

=35°   U

dc

=60V 

[rpm/min] 

I [A] 

U [V] 

I

dc

 [A] 

P

wy

 [W] 

P

we

 [W] 

ω 

[rad/s] 

TL 

[mNm] 

ɳ [%] 

4045 

0,05 

17,1 

0,45 

0,855 

27 

423,59 

2,02 

3,17 

3740 

0,2 

14,4 

0,49 

2,88 

29,4 

391,65 

7,35 

9,80 

3420 

0,4 

11,9 

0,55 

4,76 

33 

358,14 

13,29 

14,42 

3310 

0,5 

10,8 

0,56 

5,4 

33,6 

346,62 

15,58 

16,07 

3205 

0,6 

9,8 

0,59 

5,88 

35,4 

335,63 

17,52 

16,61 

3095 

0,7 

0,61 

6,3 

36,6 

324,11 

19,44 

17,21 

2940 

0,9 

7,2 

0,64 

6,48 

38,4 

307,88 

21,05 

16,88 

2770 

1,1 

5,6 

0,67 

6,16 

40,2 

290,07 

21,24 

15,32 

2715 

1,2 

4,9 

0,69 

5,88 

41,4 

284,31 

20,68 

14,20 

2570 

1,5 

0,72 

4,5 

43,2 

269,13 

16,72 

10,42 

 

background image

Przykładowe obliczenia: 

𝑃

𝑤𝑦

= 𝑈 ∗ 𝐼 = 0,05 ∗ 17,1 =

171
200

= 0,855 [𝑊] 

𝑃

𝑤𝑒

= 𝐼

𝑑𝑐

∗ 𝑈

𝑑𝑐

= 0,45 ∗ 60 = 27 [𝑊] 

𝜔 =

2𝜋 ∗ 𝑛

60𝑠

=

2𝜋 ∗ 4045

60

≈ 423,59 [𝑟𝑎𝑑 𝑠

  ] 

𝑇𝐿 =

𝑃

𝑤𝑦

𝜔

=

0,855

423,59

≈ 2,02 [𝑚𝑁𝑚] 

ɳ =

𝑃

𝑤𝑦

𝑃

𝑤𝑒

∗ 100% =

0,855

27

∗ 100% ≈ 3,17 [%] 

 

Charakterystyki dla PWM = 60% 

- charakterystyka n=f(TL) 

 

 

 

- charakterystyka ɳ=f(TL) 

 

background image

 

- charakterystyka I

dc

=f(TL) 

 

 
 

 

 

 

Ѳ

on

= -10°   PWM=100%   Ѳ

off

=35°   U

dc

=60V 

[rpm/min] 

I [A] 

U [V] 

I

dc

 [A] 

P

wy

 [W] 

P

we

 [W] 

ω 

[rad/s] 

TL 

[mNm] 

ɳ [%] 

5740 

0,05 

24,2 

0,76 

1,21 

45,6 

601,09 

2,01 

2,65 

5510 

0,1 

22,5 

0,77 

2,25 

46,2 

577,01 

3,90 

4,87 

5320 

0,2 

20,9 

0,8 

4,18 

48 

557,11 

7,50 

8,71 

5115 

0,3 

19,2 

0,83 

5,76 

49,8 

535,64 

10,75 

11,57 

4950 

0,4 

17,8 

0,87 

7,12 

52,2 

518,36 

13,74 

13,64 

4835 

0,5 

16,5 

0,9 

8,25 

54 

506,32 

16,29 

15,28 

4585 

 

0,7 

13,8 

0,96 

9,66 

57,6 

480,14 

20,12 

16,77 

4410 

0,9 

11,8 

1,01 

10,62 

60,6 

461,81 

23,00 

17,52 

4225 

1,1 

9,5 

1,05 

10,45 

63 

442,44 

23,62 

16,59 

4105 

1,3 

7,7 

1,1 

10,01 

66 

429,87 

23,29 

15,17 

 

Przykładowe obliczenia: 

𝑃

𝑤𝑦

= 𝑈 ∗ 𝐼 = 0,05 ∗ 24,2 = 1,21 [𝑊] 

𝑃

𝑤𝑒

= 𝐼

𝑑𝑐

∗ 𝑈

𝑑𝑐

= 0,76 ∗ 60 = 45,6 [𝑊] 

𝜔 =

2𝜋 ∗ 𝑛

60𝑠

=

2𝜋 ∗ 5740

60𝑠

≈ 601,09 [𝑟𝑎𝑑 𝑠

  ] 

𝑇𝐿 =

𝑃

𝑤𝑦

𝜔

=

1,21

601,09

≈ 2,01 [𝑚𝑁𝑚] 

ɳ =

𝑃

𝑤𝑦

𝑃

𝑤𝑒

∗ 100% =

1,21
45,6

∗ 100% ≈ 2,56 [%] 

 

Charakterystyki dla Ѳ

on

= -10° 

background image

- charakterystyka n=f(TL) 

 

 

 

- charakterystyka ɳ=f(TL) 

 

 
 

- charakterystyka I

dc

=f(TL) 

 

 

 

 

background image

 

Ѳ

on

= -3°   PWM=100%   Ѳ

off

=35°   U

dc

=60V 

[rpm/min] 

I [A] 

U [V] 

I

dc

 [A] 

P

wy

 [W] 

P

we

 [W] 

ω 

[rad/s] 

TL 

[mNm] 

ɳ [%] 

4650 

0,05 

19,8 

0,57 

0,99 

34,2 

486,95 

2,03 

2,89 

4545 

0,1 

18,6 

0,6 

1,86 

36 

486,95 

3,82 

5,17 

4400 

0,2 

17,1 

0,63 

3,42 

37,8 

460,77 

7,42 

9,05 

4340 

0,3 

15,7 

0,66 

4,71 

39,6 

454,48 

10,36 

11,89 

4105 

0,4 

14,3 

0,69 

5,72 

41,4 

429,87 

13,31 

13,82 

3985 

0,5 

13,2 

0,72 

6,6 

43,2 

417,31 

15,82 

15,28 

3775 

0,7 

11,1 

0,76 

7,77 

45,6 

395,32 

19,65 

17,04 

3610 

0,9 

9,1 

0,81 

8,19 

48,6 

378,04 

21,66 

16,85 

3450 

1,1 

7,4 

0,83 

8,14 

49,8 

361,28 

22,53 

16,35 

3340 

1,3 

0,88 

7,8 

52,8 

349,76 

22,30 

14,77 

 

Przykładowe obliczenia: 

𝑃

𝑤𝑦

= 𝑈 ∗ 𝐼 = 0,05 ∗ 19,8 = 0,99 [𝑊] 

𝑃

𝑤𝑒

= 𝐼

𝑑𝑐

∗ 𝑈

𝑑𝑐

= 0,57 ∗ 60 = 34,2 [𝑊] 

𝜔 =

2𝜋 ∗ 𝑛

60𝑠

=

2𝜋 ∗ 4650

60

≈ 486,95 [𝑟𝑎𝑑 𝑠

  ] 

𝑇𝐿 =

𝑃

𝑤𝑦

𝜔

=

0,99

486,95

≈ 2,03 [𝑚𝑁𝑚] 

ɳ =

𝑃

𝑤𝑦

𝑃

𝑤𝑒

=

0,99
34,2

≈ 2,89 [%] 

 

Charakterystyki dla Ѳ

on

= -3° 

- charakterystyka n=f(TL) 

 

 
 

- charakterystyka ɳ=f(TL) 

background image

 

 
 

- charakterystyka I

dc

=f(TL) 

 

 

5. Przebiegi z oscyloskopu: 

 

 

 

-przebiegi prądów i napięć silnika dla: PWM=98%, Ѳ

on

= -6°, Ѳ

off

=35°, n=5855 rpm/min. 

 

 

 

background image

 

-przebiegi prądów i napięć silnika dla: PWM=40%, Ѳ

on

= -6°, Ѳ

off

=35°, n=5855 rpm/min. 

 

 

 
 

 

-przebiegi prądów i napięć silnika dla: PWM=50%, Ѳ

on

= -10°, Ѳ

off

=35°, n=5855 rpm/min. 

 

 

 
 

 

-przebiegi prądów i napięć silnika dla: PWM=50%, Ѳ

on

= -2,5°, Ѳ

off

=35°, n=5855 rpm/min. 

 

 

background image

 
 

-przebiegi prądów i napięć silnika dla: PWM=50%, Ѳ

on

= -6°, Ѳ

off

=30°, n=5855 rpm/min. 

 

 

 
 
 

-przebiegi prądów i napięć silnika dla: PWM=50%, Ѳ

on

= -6°, Ѳ

off

=40°, n=5855 rpm/min. 

 

 

 
 
 

6. Uwagi i wnioski: 
 
 

W ćwiczeniu tym badaliśmy silnik reluktancyjnym. Analizując charakterystyki i 

wyniki otrzymane z pomiarów zauważamy że silniki typu SRM cechują się następującymi 
parametrami: 

moment elektromagnetyczny wytwarzany jest na zasadzie zmiany reluktancji  

obwodu magnetycznego, 

kierunek momentu elektromagnetycznego wytwarzanego przez silnik 

reluktancyjny przełączalny nie zależy od kierunku przepływu prądu w uzwojeniach, 

uzwojenia silnika zasilane są impulsowo poprzez układ energoelektroniczny, 

synchronicznie z położeniem wirnika, 

silniki reluktancyjne pozwalają na osiągnięcie stosunkowo dużych prędkości 

obrotowych na wale silnika, charakteryzują się również szerokim zakresem zmian 
prędkości 

background image

-   

prędkość obrotową silnika reluktancyjnego można regulować przez: 

  modulacje szerokości impulsów (PWM) załączających pasma. 
  odpowiednie dobranie kąta załączenia pasma θ

on

  odpowiednie dobranie kąta wyłączenia pasma θ

off

na oscylogramach przedstawiających przebiegu napięć na poszczególnych 

uzwojeniach możemy zauważyć że: 

  przy większej wartości współczynnika wypełnienia napięcia zasilającego, prąd 

pasma szybciej osiągał wartość maksymalną. 

  zmniejszenie wartości współczynnika wypełnienia napięcia zasilającego 

pozwala na ograniczenie maksymalnej wartości prądu jaki występuje w 
paśmie. 

  zmniejszenie wartości kąta załączenia powoduje zwiększenie czasu w 

przedziale zasilania pasma. 

  zmniejszenie wartości kąta wyłączenia powoduje wydłużenie czasu bez 

prądowego uzwojenia. 

 przy dużej wartości współczynnika wypełnienia kluczowe dla wartości 
prędkości obrotowej stają się wartości kątów załączenia i wyłączenia. 

-  

wraz ze wzrostem wartości współczynnika wypełnienia PWM napięcia 
zasilającego, wzrasta prędkość obrotowa silnika. 

zmniejszenie kąta załączenia θ

on 

również powoduje wzrost prędkości obrotowej 

silnika. 

zwiększenie współczynnika wypełnienia poprawia właściwości mechaniczne 
silnika kosztem większego prądu zasilania. 

zmniejszenie kąta załączenia i zwiększenie kąta wyłączenia również zwiększa 
osiągi silnika. 

            Analizując wykresy zauważamy pojawiające 
się na oscylogramach napięcie ujemne jest ściśle 
związane z zastosowanym układem zasilającym. 
Kiedy oba tranzystory są w stanie przewodzenia, 
wówczas uzwojenie danego pasma zasilane jest 
dodatnim napięciem U

DC 

(rys. a).W chwili 

wyłączenia, prąd płynie przez diody zwrotne, a 
napięcie na uzwojeniach staje się ujemne (rys. b).