Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica

Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych

al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków (kontakt)


 

Stanowisko laboratoryjne z przełączalnym silnikiem reluktancyjnym (SRM)

W latach 2000 -2003 na podstawie dotychczasowych wieloletnich badań zaprojektowano i wykonano stanowisko laboratoryjne przełączalnego silnika reluktancyjnego (SRM), służące zarówno dalszej działalności badawczej, jak i prowadzeniu zajęć dydaktycznych dla studentów wyższych lat kierunku Elektrotechnika. W jego skład wchodzi prototypowy silnik SRM 8/6, oznaczony symbolem SR112M-2, wykonany przez firmę Tamel w Tarnowie. Posiada on stojan z ośmioma biegunami z uzwojeniami tworzącymi cztery fazy i wirnik z sześcioma biegunami bez uzwojeń. Dla celów sterowania silnik jest wyposażony w tarczę do synchronizacji impulsów sterujących załączaniem poszczególnych faz oraz enkoder umożliwiający precyzyjne ustalenie położenie wirnika względem stojana. Silnik SRM jest zasilany z przekształtnika energoelektronicznego, zbudowanego z inteligentnych modułów mocy IPM, w których zaworami sterowanymi są tranzystory mocy IGBT. Każda faza jest zasilana z jednofazowego układu mostkowego zaworów IGBT, pozwalając na przepływ prądu fazowego jedno- i dwukierunkowego. Sekwencyjnym załączaniem i wyłączaniem faz w funkcji położenia wirnika steruje mikroprocesorowy układ sterowania, który korzysta z pomiaru aktualnej wartości prądów fazowych oraz sygnałów aktualnego położenia wirnika. Układ sterowania zapewnia również możliwość utworzenia pętli sprzężenia prędkościowego.

Stanowisko laboratoryjne umożliwia trzy rodzaje pracy:

 

Praca silnikowa

Prototypowy silnik SRM jest sprzęgnięty z obcowzbudną maszyną prądu stałego, zapewniającą możliwość obciążenia w szerokim zakresie prędkości obrotowej. Mikroprocesorowy układ sterowania zapewnia pracę z nastawą wartości maksymalnej prądu fazowego, tym samym umożliwiając tworzenie obwodu regulacji prądu silnika, jak i możliwość utworzenia pętli regulacji prędkości obrotowej z regulatorem prędkości, którego wyjście zadaje wartość prądu fazowego. W czasie pracy napędu można dokonywać zmiany sekwencji wirowania pola magnetycznego poprzez wybór jednej z czterech możliwości oraz dokonywać zmian parametrów czasowych pojedynczego impulsu prądowego, płynącego przez każdą fazę, tzw. czasu wyprzedzenia i czasu opóźnienia, które przeliczone przez aktualną prędkość kątową dają kąty wyprzedzenia i opóźnienia, wpływające bezpośrednio na wielkość momentu napędowego przy tej samej wartości prądu maksymalnego fazy silnika. Pomiary dostępnych wielkości są przetwarzane i na ich podstawie na wskaźnikach cyfrowych są wyświetlane wartości:

Do rejestracji przebiegów czasowych napięć i prądów każdej z faz są dostępne odizolowane galwanicznie sygnały analogowe.

(powrót)

 

Pomiar momentu statycznego silnika SRM

W czasie pomiaru momentu statycznego na wał silnika zakłada się system dwóch dźwigni, połączonych tensometrycznym czujnikiem siły, umożliwiający swobodny obrót wału mechanicznego w ograniczonym zakresie kątowym, wystarczającym do pomiaru pełnej zmienności momentu statycznego. Moment ten wyznacza się dla jednej fazy silnika, zakładając jej reprezentatywność dla wszystkich pozostałych. Jest możliwy również pomiar momentu statycznego pozostałych faz poprzez zmianę połączeń bezpośrednio na silniku. Moment statyczny wyznacza się na podstawie pomiaru siły elektrodynamicznej, działającej na zadanym promieniu. Podczas pomiaru przez badaną fazę płynie prąd uzyskany z przekształtnika energoelektronicznego poprzez odtwarzanie wartości zadanej regulacją dwupołożeniową z jak najmniejszą histerezą regulacji. Układ pomiarowy umożliwia podczas pomiaru cyfrowy odczyt następujących wielkości: kąta położenia wirnika względem stojana za pomocą podziałki kątowej lub za pomocą bezwzględnego czujnika położenia o dużej rozdzielczości oraz zadanej wartości prądu fazy. Na ich podstawie oraz z pomiaru siły czujnikiem tensometrycznym wyznacza się charakterystyki momentu statycznego w funkcji prądu fazy i położenia kątowego. Charakterystyka momentu w funkcji kąta położenia przy ustalonej wartości prądu ma charakter okresowy i wystarczy zmierzyć jeden przedział zmienności, którego długość kątowa wynika z konstrukcji silnika (dla silnika 8/6 przedział ten wynosi 60°).

(powrót)

 

Pomiar charakterystyk magnesowania silnika SRM

W trakcie pomiaru, aby uzyskać nieruchome położenie wirnika, zakłada się na wał pomocniczą dźwignię. Pomiar przeprowadza się dla jednej fazy, ale poprzez przełączenie faz silnika można dokonać pomiaru charakterystyk magnesowania w każdej fazie. W czasie pomiaru fazę silnika zasila się napięciem prostokątnym dwubiegunowym, uzyskanym z przekształtnika energoelektronicznego o regulowanej w szerokim zakresie częstotliwości. Dla wybranego położenia kątowego wirnika poprzez regulację częstotliwości przy stałej amplitudzie przebiegu prostokątnego napięcia nastawia się maksymalną wartość amplitudy prądu fazowego. Uzyskany obraz na ekranie oscyloskopu jest zależnością funkcyjną strumienia skojarzonego od prądu chwilowego przy ustalonym położeniu wirnika. Sygnał analogowy strumienia uzyskuje się poprzez całkowanie sygnału napięciowego z uwzględnieniem rezystancyjnego spadku napięcia. W czasie pomiaru jest możliwy cyfrowy odczyt wielkości:

oraz są dostępne analogowe sygnały prądu, napięcia i strumienia skojarzonego fazy silnika.

(powrót)

 

Literatura

  1. Zarudzki J., Grzegorski J., Skotniczny J.: Modyfikacja metody łącznego sterowania przełączalnego silnika reluktancyjnego. Przegląd Elektrotechniczny 10/2000.

  2. Zarudzki J., Grzegorski J., Skotniczny J.: Metoda identyfikacji parametrów przełączalnego silnika reluktancyjnego. Przegląd Elektrotechniczny 1/2001.

  3. Zarudzki J., Grzegorski J., Skotniczny J.: Charakterystyki mechaniczne napędu z przełączalnym silnikiem reluktancyjnym. Przegląd Elektrotechniczny 5/2001.

  4. Zarudzki J., Grzegorski J., Skotniczny J.: Kształtowanie charakterystyk statycznych napędu z silnikiem SRM. Przegląd Elektrotechniczny 9/2001.

  5. Dziadecki A., Chrząstowski P.: Symulacyjny model układu napędowego z przełączalnym silnikiem reluktancyjnym. Przegląd Elektrotechniczny 12/2001.

(do góry)