T[ms] - ETI PG

Ćwicz. 4
Sensory i elementy wykonawcze
SiEWA-4/1
Temat ćwiczenia: SILNIK PRĄDU STAŁEGO - TARCZOWY
1. Wprowadzenie
W ramach ćwiczenia bada się własności mechaniczno elektryczne tarczowego silnika prądu
stałego tj. jego prędkość obrotową w stanie ustalonym oraz czas i przyśpieszenie jego rozruchu w
funkcji napięcia i prądu zasilania.
Obroty silnika mierzy się poprzez pomiar czasu w jakim widoczne są kolejne magnesy
rozmieszczone równomiernie na kole aluminiowym sprzężonym mechanicznie z silnikiem.
Dokonuje się tego w oparciu o widoczny na oscyloskopie obraz pojawiających się impulsów.
Czujnik obrotów wykrywa 12 magnesów równomiernie rozmieszczonych po obwodzie koła.
Sygnał z czujnika można obserwować na prawym gnieździe BNC zamontowanym w zestawie
przy silniku. Należy zauważyć, iż okres obrotu silnika jest 12 razy mniejszy od odczytanej
częstotliwości wykrywanego sygnału.
Oscyloskop
(pomiar obrotów)
Zasilacz
Zasilanie
230V
50Hz
(pomiar prądu i
napięcia)
Silnik
DC
Układ
pomiarowy
obrotów
Rys.1 Schemat blokowy zestawu do badania własności mechaniczno elektrycznych silnika
W celu pomiaru czasu rozruchu należy wyzwolić jednokrotne działanie oscyloskopu
podawanym napięciem zasilania na silnik w chwili jego startu (zasilacz powinien umożliwiać
płynną regulację napięcia z możliwością odczytu prądu i napięcia zasilania). Włączenie zasilania
spowoduje rozruch silnika i automatyczny zapis początkowej części przebiegu sygnału z
czujnika obrotów. Na podstawie zarejestrowanego obrazu można określić czasy charakteryzujące
jego rozruch a w dalszej części szybkość obrotów po ustaleniu. Na rys.2 pokazany jest przykład
uzyskanego przebiegu i sposób określania istotnych do dalszych obliczeń czasów t0 i t.
4-SiEW-Lab-SPS
1
20/07/2017
Ćwicz. 4
Sensory i elementy wykonawcze
SiEWA-4/2
t
t0
Rys.2 Sygnał obrazujący rozruch silnika
t0 - jest to czas w jakim silnik obróci tarczę z rozmieszczonymi 12 magnesami od momentu jego
włączenia aż do momentu gdy najbliżej położony głowicy magnes znajdzie się przy niej.
t - jest to okres w jakim silnik dokona obrotu tarczy od momentu t0 o kąt =3600/24=150
(maksymalne wartości na zarejestrowanym przebiegu odpowiadają momentom gdy
poszczególne magnesy znajdują się przy głowicy, minima gdy głowica jest pomiędzy
magnesami).
Na ich podstawie, przy założeniu, że przyśpieszenie kątowe obrotu silnika a jest stałe (można
takie założenie przyjąć dla początkowej fazy rozruchu) wzór uzależniający obrót tarczy po czasie
t0 o kąt  i szukane przyśpieszenie mają postać:
=at0t+ at2
a=/ (t0t + t2)
czyli
(1)
W ćwiczeniu dokonuje się korelacji obrotów silnika z prądem i napięciem zasilającym silnik
oraz jego przyśpieszeniem kątowym.
2. Zestaw aparatury
- Zasilacz (podwójny DF1731SB)
-
-
silnik prądu stałego (tarczowy PTT-11 WAMEL) z zestawem czujników,
-urządzenie pomiaru obrotów,
oscyloskop i komputer.
3. Zadania
3.1
Włączyć zasilacz i ustawić równoległą pracę obu zasilaczy (wcisnąć w polu TRACKING
obydwa przyciski - PARALLEL).
Ustawić maksymalną wartość ograniczenia prądowego obu zasilaczy – gałki CURRENT w
prawej pozycji. W prawy zasilaczu ustawić napięcie zasilające na poziomie ok. 2V.
4-SiEW-Lab-SPS
2
20/07/2017
Ćwicz. 4
Sensory i elementy wykonawcze
SiEWA-4/3
W urządzeniu pomiaru obrotów w panelu czujniki włączyć przycisk HALL. (Pozostałe
przyciski nie mają znaczenia). Uruchomić program oscyloskopu (ikona Pc_lab2000se).
Sprawdzić poprawność ustawienia w menu; powinno być zaznaczone :
w oknie USB-Device PCSU 1000 a w oknie LPT-Device NON.
Przy prawidłowo włączonym oscyloskopie świeci jego żółty wskaźnik.
Ustawić podstawę czasu na wartość 20ms lub 50ms.
Sprawdzić, przy wyłączonym wyzwalaniu (trigger off), czy są widoczne sygnały z czujnika
obrotów – sygnał zbliżony kształtem do sinusoidalnego na poziomie kilkunastu mV– a na
drugim kanale oscyloskopu poziom zasilania (obydwa kanały powinny mieć ustawione wejście
DC).
3.2
Włączyć wyzwalanie z kanału na którym obserwuje się zasilanie silnika (np. Trigger on
dla Ch2).
Ustawić poziom wyzwalania na ok. 1V (na ekranie oscyloskopu, z lewej strony, widoczny
znacznik czułości triggera). Ustawić rodzaj pracy oscyloskopu na single i podłączyć
zasilanie silnika (końcówka przewodu do gniazda + zasilacza). W momencie podłączania
zasilania powinno nastąpić wyzwolenie rejestracji oscyloskopu.
Włączyć markery (okno View) i wykorzystać je do określenia: czasów charakteryzujących
rozruch silnika (opis – rys.2) oraz okres obrotu w stanie ustalonym. Zanotować odczytane
czasy i zapisać obraz (z ustawionymi prawidłowo markerami) w pamięci komputera.
Wyniki badań umieścić w komputerze np. w katalogu EWA /cwicz1/dzień/nr grupy ćwicz.
z odpowiednią nazwą plików w obu formatach, to jest: obraz (png) i dane (txt).
3.3
Powtórzyć pomiary jak w p. 3.2 tj. dokonać pomiaru obrotów silnika i napięcia, prądu oraz
czasów rozruchu t0 i t dla napięć od 1.2V do 1.5V co 0.1V oraz od 2.5V do 4V co 0.5V.
Uwaga: wartość napięcia odczytuje się ze wskazania na jednym z wyświetlaczy zasilacza,
natomiast prąd jest sumą wskazań na obu wyświetlaczach.
Należy, w sprawozdaniu udokumentować wybrane przykładowo obrazy uzyskiwane na
oscyloskopie pokazujące czas rozruchu i prędkość obrotu. Należy, w sprawozdaniu podać pełną
ścieżkę dostępu i nazwy plików zarchiwizowanych w komputerze.
4. Opracowanie wyników.
4.1 Zamieścić tabelę pomiarową jak poniżej (p. 3.2 i 3.3).
TABELA 1 Wyniki pomiary parametrów silnika prądu stałego.
Uzaś [V]
T[ms]
Obr/min
Izaś[A]
t0[ms]
t[ms]
a[rd/s2]
0.5
...
...
...
...
...
...
4-SiEW-Lab-SPS
3
20/07/2017
Ćwicz. 4
Sensory i elementy wykonawcze
SiEWA-4/4
4.2 Zobrazować wyniki badań z p. 4.1 w postaci odpowiednich wykresów - przykład rys.3.
Upr(f)
12
Upr[V]
10
8
6
4
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
f[Hz]
Rys.3 Zależność szybkości obrotów silnika od napięcia na jego zaciskach
4.3 Zamieścić uwagi i wnioski.
4-SiEW-Lab-SPS
4
20/07/2017