Grupa 3.1 zespół 1 12.12.2012r

Sprawozdanie

Laboratorium Napędów Elektrycznych

Temat ćwiczenia:

Dwuźródłowy układ napędowy z szybko-obrotowym silnikiem PM

oraz układ szeregowy sterowany za pomocą przekształtnika częstotliwości

Data wykonania ćwiczenia: 04.12.2012 r.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z działaniem dwuźródłowego układu napędowego z szybko-obrotowym silnikiem z magnesami trwałymi PM

Występujące wielkości:

Napięcie baterii [V]

Prąd przypływający przez baterię [A]

Obroty wału silnika PM [obr/min]

Częstotliwość falownika sterującego silnikiem [Hz]

Moment bezwładności wału silnika - I = 4 kg·m²

Moc elektryczna baterii - P = U · I [W]

Charakterystyki zmierzonych wartości:

Rys. 1

Rys. 2

Rys.3

Rys. 4

Rys. 5

Rys. 6

Powyższy przebieg można aproksymować krzywą o równaniu:

ω(t) = 0.002t² -0.895t + 75. Dzięki takiemu uproszczeniu jesteśmy w stanie policzyć pochodną prędkości kątowej silnika po czasie i wyznaczyć funkcję momentu strat własnych silnika od czasu:

Mając zestawione wartości powyższego momentu i prędkości kątowej wyznaczamy charakterystykę którą aproksymujemy prostą: M_stw(ω) = 0.023 ω +1.925.

Rys.7

Przebieg prędkości na rysunku 5. można podzielić na trzy etapy: rozpędzanie silnika, pracę przy stałej prędkości i hamowanie. Pierwszy etap, który trwa między 52. a 67. sekundą można aproksymować funkcją kwadratową o równaniu:

ω(t) = -0.182t² +24.8t - 784. Funkcję momentu napędowego wyznacza się ze wzoru:

Rys.8

Moment napędowy w etapie jazdy ustalonej wyraża się taką samą zależnością, z tym że prędkość obrotowa jest wtedy stała, więc w tym przedziale M_n = M_stw. Od 73. sekundy silnik jest wyhamowywany, zatem na jego wał działa moment hamujący o przeciwnym kierunku niż moment napędzający, który wyraża się zależnością:

Na podstawie powyższej funkcji można wyznaczyć przebieg mocy mechanicznej:

:

Rys. 9

Natomiast powyższa funkcja mocy umożliwia wykreślenie krzywej sprawności chwilowej oraz policzenie sprawności ogólnej:

- Rozpędzanie i prędkość ustalona - hamowanie

Rys. 10

- sprawność całkowita podczas rozpędzania i dla

stałej prędkości silnika

- sprawność całkowita hamowania

Wnioski i obserwacje:

Przez pierwsze dziesięć sekund pomiaru amplituda prądu wzrasta ponad dziesięciokrotnie, natomiast napięcie baterii spada z 230 V na 220 V. Częstotliwość falownika wzrasta liniowo a wraz z nią, rosną obroty silnika. Przez ten czas silnik elektryczny jest w fazie rozruchu natomiast bateria elektrochemiczna dostarcza energii do bezwładnika. Przez następne 18 sekund silnik pracuje już na stałych obrotach, przez co napięcie na baterii jest prawie stałe a prąd przepływający przez nią maleje aż do chwili ustalenia. Dzięki temu bateria musi dostarczać mniejszą ilość energii a zatem może pracować z mniejszą mocą, co widać na powyższym wykresie. Energia potrzebna do rozpędzenia układu jest reprezentowana przez pole pod dodatnią częścią wykresu mocy elektrycznej i wynosi 33.5 kJ. Od siedemdziesiątej trzeciej sekundy zostaje zredukowana prędkość silnika natomiast bezwładnik zostaje wyhamowany w sposób odzyskowy. Prąd przepływający przez baterię płynie w przeciwnym kierunku a zatem część energii elektrycznej dostarczonej do układu zostaje skompensowana. Ilość tej energii odpowiada polu nad wykresem mocy w ostatniej fazie pomiaru i wynosi około 3 kJ.

---