Садржај:

Лабораторијска вежба. 1: Регулација напона на крајевима индукта генератора ЈС променом брзине обртања 1

Теоријски део.. 1

Лабораторијска вежба.. 1

Задатак вежбе. 1

Опис опреме. 1

Поступак извођења вежбе. 2

Упутство за рад. 3

Лабораторијска вежба

Регулација напона на крајевима индукта генератора ЈС
променом брзине обртања

Теоријски део

Генератор једносмерне струје има такву особину да са повећањем струје оптерећења долази то пада напона на прикључцима, тј. потрошачу. Зависност напона у функцији струје оптерећења дефинише спољашња карактеристика генератора.

Пад напона настаје због постојања отпорности кола индукта и дирки , као и због појаве магнетне реакције индукта. Напон на крајевима генератора је:

(1)

Индукована емс је:

, (2)

где је: - константа генератора, - јачина побудног флукса, - брзина обртања генератора.

Из израза (1) и (2) се добија:

(3)

Уколико дође до пада напона који је последица постојања струје оптерећења могуће је одржавати напон U константним. То се остварује повећањем побудног флукса или брзине обртања.

Пример система за регулацију напона променом брзине обртања приказан је на слици 1.

_

Слика 1. Систем за регулацију напона јед.генератора променом броја обртања

Са дијаграма система за регулацију се уочава постојање повратне спреге. Регулисана величина се мери, затим скалира и уводи у суматoр који на свом излазу формира сигнал грешке. Сигнал грешке се уводи у PI регулатор где се добија сигнал за управљање фреквентног претварача. Претварач даје напон одрђене фреквенције за напајање асинхроног мотора који погони генератор јендосмерне струје. Овим је описан систем регулације напона на генератору.

Лабораторијска вежба

Задатак вежбе

- Упознавање са функцијама фреквентног регулатора ALTIVAR 31;

- Одређивање времена кашњења система , временске константе система и коефицијента статичког појачаја система ;

- Прорачун параметара PI регулатора и ;

- Унос параметара у фреквентни регулатор и активирање повратне спреге;

- Снимање одзива регулисаног система за прорачунате вредности и ;

Опис опреме

Сва опрема која се користи у реализацији ове вежбе приказана је на сликама 2 и 3.

Слика 2. Део коришћене опреме

На слици 2 је приказана следећа апаратура:

1. Фреквентни регулатор ALTIVAR 31;

2. Аквизициона картица NI USB - 6009;

3. Рачунар са програмским пакетом LabVIEW;

4. Дигитални волтметар за мерење напона генератора;

5. Дигитални амперметар за мерење јачине струје оптерећења;

6. Прекидач за укључивање оптерећења (сијалица);

7. Аутотрансформатор за подешавање струје побуде, променом побудног напона;

8. Аналогни амперметар за мерење јачине струје побуде и

9. Диодни исправљач.

Слика 3. Коришћени асинхрони мотор, једносмерни генератор и потрошач

На слици 3 су приказани:

1. Асинхрони мотор;

2. Штитник испод ког се налазе осовине са спојницом;

3. Једносмерни генератор и

4. Оптерећења (сијалице са влакном).

Поступак извођења вежбе

- Повезати елементе електричне шеме као на слици 4;

- Вратити параметре фреквентног регулатор ALTIVAR 31 на фабричка подешавања;

- Унети параметре асинхроног мотора у одговарајући мени фреквентног регулатора;

- Извршити снимање одскочног одзива система у отвореној спрези:

1. Извршити подешавања у фреквентном регулатору неопходна за снимање одскочног одзива;

2. Примемом програмског пакета LabVIEW снимити одскочни одзив система и податке сачувати табеларно;

3. Од добијене табеле са измереним тачкама одзива извршити „фитовање“ у програмском пакету Matlab, чиме се добија облик одскчне функције;

- Са добијене функције одзива одредити време кашњења и временску константу система;

- Одредити вредност статичког појачања система;

- Прорачунати параметре и ;

- Повезати електрипчну шему као на слици 7;

- Задати улаз повратне спреге на фреквентном регулатору и унети параметре PI регулатора;

- Укључити фреквентни регулатор без оптерећења, а затим постепено прикључити сијалице и притом пратити одзив система (напон са генератора);

- Анализирати одзив;

Упутство за рад

Повезати електричну шему као на слици 4.

Слика 4. Шема која је потребна за снимање одскочног одзива

На шеми се прекидачи Р1 и Р2 могу заменити једноставним повезивањем проводника на прикључке фреквентног регулатора.

Фрквентни регулатор треба вратити на фабричка подешавања следећим поступком ().

Затим се уносе параметри везани за карактеристике асинхроног мотора кога регулатор напаја:

() – дефинисање напона мотора

() – дефинисање струје мотора

() – дефинисање номиналне брзине мотора

() – дефинисање фактора снаге мотора

() – активирање самоподешавања мотора при сваком укључивању уређаја.

Подесити да трајање рампе залета буде минимално ()

Подесити да рампа успорења траје 2 s (), јер у случају још мање рампе долази до () грешке и искључивања уређаја која настаје услед пренапона у једносмерном међуколу. Ово је изазвано наглим успоравањем асинхроног мотора и преласка у генераторски режим рада.

Сада је потребно подесити параметре који су неопходни за снимање одскочног одзива. Потребно је са једне вредности фреквенције нагло прећи на другу и снимити промену напона на крајевима генератора.

Активирати () и тиме поставити минималну фреквенцију на 39 Hz.

Активирати аналогни излаз АОV који прати фреквенцију:

() – активирање аналогног напонског излаза

() – дефинисање величине која се прати на излазу (фреквенција).

Прекидач Р2 је отворен. Укључити побуду и подесити да побудна струја износи 0,3 А и не мењати је.

Након затварања Р1 асинхрони мотор радити на фреквенцији од 39 Hz и напона на крајевима генератора износи 90 V што се може видети на волтметру прикљученом паралелно генератору. Забележити и вредност напона референце фрквенције уз помоћ волтметра на излазу АОV. Тај напон износи око 6,5 V. Са излаза разделника напона проверити да ли је напон довољно скалиран. Потребно је подесити потенциометар тако да максималан напон на излазу буде 10 V при максималном напону који ће се имати на генератору (115 V). Виши напон би могао да оштети картицу за аквизицију.

Стартовати програмски пакет LabVIEW и у датом фајлу regulacija napona DC generatora.vi се снимају вредности напона које се доводе на улаз аквизиционе картице. Податке треба сачувати у табличној форми (на пример .lvm фајл). Вредност напона на потенциометру свести на минимум тако да се на његовом клизачу има 10 V када је укључен прекидач Р2. Одскочна функција се добија укључивањем прекидача Р2 када фреквенција са 39 Hz нагло порасте на 50 Hz. То изазива скок напона на генератору са 90 на 115. Након устаљаивања напона прекинути снимање података о напону. Забележити нову вредност напона на аналогном излазу фреквентног регулатора. Она сада износи 8,33 V.

Добијени фајл у табличном облику са подацима о времену, напону генератора (одзив) и напону са прикључка АI1 (одскочна функција) се уноси у Matlab и „фитовањем“ добија најприближнији облик одзива система (слика 5).

Слика 5. Напон „фитоване“одскочне функције (црна) и одзива система (црвена)

Са добијеног одзива је потребно очитати време кашњења система и временску константу система. Да би се очитавање боље извршино треба зумирати само део са одзивом (слика 6).

Слика 6. Одзив система и одређивање и

На дијаграму је потребно повући тангенту на најстрмији део одзива и у пресеку са стационарном вредношћу која се имала пре изазване промене се добија време кашњења. Зеленом бојом је приказана одскочна функција. Време кашњења се мери од задавања те функције. Када тангента пресече нову стационарну вредност напона добија се временска константа система. Са дијаграма се очитавају времена .

Прорачун коефицијента статичког појачања се рачуна помоћу добијених промена у напонима стационарних стања на улазу и излазу система. Добијена разлика напона на улазу је разлика напона са аналогног излаза фреквентног регулатора који дефинише фреквенцију: . Разлика напона на излазу система је разлика напона на генератору: . Добијен коефицијент статичког појачања у овом случају је:

Прорачун параметара PI регулатора се врши на основу табеле 1.

Регулатор	Оптимална подешеност параметара
		_	_
			_

Табела 1. Оптимална подешеност параметара на основу одскочног одзива

На основу дате табеле и добијених вредности за време кашњења и коефицијента статичког појачања за PI регулатор се добијају следеће вредност:

;

Сада је потребно остварири регулацију са повратном спрегом и регулатором са параметрима који су прорачунати.

Повезати шему као на слици 7.

Слика 7. Електрична шема за регулацију напона на једносмерном генератору

Потребно је доделити аналогни улаз повратне гране () чиме је активиран ПИ регулатор.

Унети прорачунате вредности параметара ПИ регулатора:

1. За уношење параметра : ();

2. За уношење параметра : ().

Укључити фреквентни регулатор и потенциометром на улазу АI1 задати жељени референтни напон којинтреба да износи 85 V при побудној струји од 0,3 А. Тако задата референца треба да даје фреквенцију око 37 Hz.

Када се систем устали постепено укључивати по две сијалице и пратити одзив на графику у LabVIEW (слика 8).

Слика 8. Промена напона генератора (црна) и референце фреквенције (црвена)

Уочава се да са променом оптерећења долази до промене фреквенције на излазу фреквентног регулатора и тиме се напон на крајевима генератора одржава константним. Ако се оптерећење повећа, фреквенција односно брзина обртања се повећа и тиме се надокнађује пад напона у колу индукта изазван струјом оптерећења. При растерећењу долази до супротног. Још се уочава да постоји одређени „пропад“ напона, али он је неизбежан јер је немогуће да систем тренутно реагује на наглу промену напона.

Видео запис: Без регулација

Видео запис: са регулацијом