2η Α Σ Κ Η Σ Η ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ D.C. ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΑΝΟΙΚΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Α. ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΧΩΡΙΣ ΦΟΡΤΙΟ ΣΚΟΠΟΣ : Σκοπός της άσκησης είναι η χάραξη των χαρακτηριστικών ταχύτητας / εισόδου του D.C. κινητήρα με έλεγχο στο τύμπανο και με έλεγχο στο πεδίο. ΘΕΩΡΙΑ : Το βασικό σύστημα περιλαμβάνει ένα D.C. κινητήρα, ένα τροφοδοτικό σαν πηγή ενέργειας, και ένα σερβοενισχυτή για να ελέγχεται η απόκριση του κινητήρα από σήματα εισόδου μικρής ισχύος. Για τον έλεγχο του κινητήρα χρησιμοποιούνται οι δυο διατάξεις που φαίνονται στο παρακάτω σχήμα : 1. Έλεγχος στο τύμπανο (ARMATURE) : Στο σχήμα (2α) το τύμπανο συνδέεται στους εκπομπούς των τρανζίστορ και ένα τύλιγμα πεδίου σε κάθε συλλέκτη. 2. Έλεγχος στο πεδίο (FIELD) : Στο σχήμα (2β) το τύμπανο συνδέεται στους συλλέκτες των τρανζίστορ μέσω των τυλιγμάτων του πεδίου. Όταν εφαρμοστεί μια θετική τάση ελέγχου στις βάσεις των τρανζίστορς V 1 ή V 2 τότε το ρεύμα που ρέει μέσω των τυλιγμάτων πεδίου και του τυμπάνου αναγκάζει τον κινητήρα να περιστραφεί. Τα τυλίγματα του πεδίου είναι έτσι συνδεδεμένα ώστε ο κινητήρας να στρέφεται σε αντίθετη φορά για τα V 1 και V 2. Κάθε διάταξη έχει διαφορετικά χαρακτηριστικά, πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. 1
Όταν έχουμε έλεγχο στο τύμπανο η αντί-ηεδ που εμφανίζεται λόγω περιστροφής του τυμπάνου απαιτεί αύξηση της τάσης ελέγχου V 1 ή V 2 για να αυξηθούν οι στροφές. Στην περίπτωση που δεν υπάρχει φορτίο η ταχύτητα περιστροφής είναι σχεδόν ευθέως ανάλογη της τάσης ελέγχου. Όταν υπάρχει φορτίο η ταχύτητα ελαττώνεται και το ρεύμα αυξάνει για σταθερή τάση ελέγχου. Για το ξεκίνημα του κινητήρα χρειάζεται μια αρχική τάση ελέγχου για να αντισταθμιστούν οι τριβές στις ψήκτρες που είναι υπολογίσιμες στους μικρούς κινητήρες. Όταν έχουμε έλεγχο στο πεδίο το ρεύμα στο τρανζίστορ καθορίζεται κυρίως από το σήμα εισόδου. Έτσι όταν η τάση ελέγχου φθάσει την ελάχιστη τιμή, για να ξεκινήσει ο κινητήρας, χωρίς φορτίο, η ταχύτητα αυξάνεται πολύ για μικρή αύξηση του σήματος ελέγχου και ο έλεγχος του κινητήρα είναι δύσκολος. Ακόμα όταν υπάρχει φορτίο στον κινητήρα η ταχύτητα πέφτει απότομα. Γενικά, ο έλεγχος τυμπάνου απαιτεί ένα μεγαλύτερο σήμα ελέγχου αλλά είναι εύκολος, ενώ ο έλεγχος πεδίου είναι δύσκολος αλλά πιο ευαίσθητος, απαιτεί δηλαδή μικρότερες μεταβολές του σήματος ελέγχου. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ A. Εκκίνηση του κινητήρα 1. Συνδέστε τον κινητήρα με τον σερβοενισχυτή και το σερβοενισχυτή με το τροφοδοτικό. 2. Συνδέστε στο ποτενσιόμετρο μια τάση 15 V (στις ακραίες λήψεις). Τη μεσαία λήψη του ποτενσιομέτρου τη συνδέεται σε μια από τις δύο εισόδους του σερβοενισχυτή. Κάνετε έλεγχο με το πολύμετρο ότι στην θέση 0 έχουμε 0V 3. Κάνετε τις απαραίτητες συνδέσεις στο σερβοενισχυτή ώστε να έχουμε έλεγχο στο τύμπανο (ARMATURE). 4. Ρυθμίστε την έξοδο του ποτενσιόμετρου στα 0 Volts. Ανοίξτε το διακόπτη του τροφοδοτικού (POWER ON).Το αμπερόμετρο στο τροφοδοτικό θα δείξει 0.5 Α. Το ρεύμα αυτό τροφοδοτεί τα βοηθητικά κυκλώματα του ενισχυτή και δεν επηρεάζει τον κινητήρα. 5. Στρέψατε το διακόπτη του ποτενσιόμετρου πολύ αργά και προσεκτικά μέχρις ότου αρχίσει να περιστρέφεται ο κινητήρας. 2
Α 1 Για ποία τιμή της τάσης του ποτενσιόμετρου (είσοδος ελέγχου) αρχίζει να περιστρέφεται ο κινητήρας ; Α 2 Τι ρεύμα τραβάει ο κινητήρας τη στιγμή που μόλις αρχίζει περιστρέφεται ; Ι = να Α 3 Για ποίο λόγο χρειάζεται η τιμή του ρεύματος της ερώτησης προτού αρχίσει να περιστρέφεται ο κινητήρας. προηγούμενης Β. Χάραξη των χαρακτηριστικών ταχύτητας / εισόδου με έλεγχο στο τύμπανο. Για τη μέτρηση της ταχύτητας περιστροφής είναι συνδεδεμένη μόνιμα στον κινητήρα μια ταχογεννήτρια η οποία δέχεται σαν είσοδο τις στροφές του κινητήρα και δίνει στην έξοδο μια τάση που είναι γραμμική συνάρτηση της ταχύτητας περιστροφής του κινητήρα. Δηλαδή: ΣΗ = Kg * ΤΑΧΥΤΗΤΑ Έτσι μετρώντας τη τάση εξόδου της ταχογεννήτριας βρίσκουμε εύκολα την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα. (Kg γνωστό) Β 1. Στο κύκλωμα που κατασκευάσατε μετρήστε με ένα βολτόμετρο τη τάση του ποτενσιόμετρου (είσοδος) και τη τάση της ταχογεννήτριας (έξοδος). Επαναλάβατε για διάφορες τιμές της εισόδου μέχρι 8 Volts. Συμπληρώστε το παρακάτω πίνακα : 3
Τάση εισόδου Τάση εξόδου ταχογεννήτριας Vg (volts) Ταχύτητα περιστροφής (r/min) Ρεύμα (Α) Β 2 Χαράξτε τη χαρακτηριστική ταχύτητας / εισόδου που έχει στον κατακόρυφο άξονα τη τάση της ταχογεννήτριας και στον οριζόντιο του ποτενσιόμετρου. Β 3 Αν Kg = 3 V / 1000 rpm πόση είναι η μέγιστη ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα για μέγιστη είσοδο ; Υπολογίστε την ταχύτητα σε όλες τις περιπτώσεις, Β 4 Ποια σύνδεση πρέπει ν' αλλάξετε για να περιστραφεί αντίθετα ο κινητήρας ; Γ. Χάραξη των χαρακτηριστικών ταχύτητας / εισόδου με έλεγχο στο πεδίο. 1. Αφού βεβαιωθείτε ότι ο διακόπτης του τροφοδοτικού είναι κλειστός (POWER OFF) κάνετε τις απαραίτητες συνδέσεις ώστε να έχουμε έλεγχο στο πεδίο. Βλέπε παρακάτω σχήμα 2. Ρυθμίστε την έξοδο του ποτενσιόμετρου στα 0 Volts. Ανοίξτε το διακόπτη του τροφοδοτικού (POWER ON). Επειδή η χαρακτηριστική καμπύλη σ' αυτή τη περίπτωση είναι σχεδόν κατακόρυφη, δηλαδή η έξοδος μεταβάλλεται πολύ για μικρές αλλαγές της εισόδου δεν είναι εύκολο να σχεδιαστεί με μετρήσεις. 4
Γ 1. Για ποια τιμή της τάσης ελέγχου (είσοδος) αρχίζει να περιστρέφεται ο κινητήρας; Γ 2. Σχολιάστε τη μορφή των δύο καμπυλών που χαράξατε και συγκρίνετε (π.χ σε ποιά περίπτωση ελέγχεται καλύτερα ο κινητήρας, σε ποία περίπτωση χρειάζεται μικρότερη είσοδο ελέγχου για να αρχίσει να περιστρέφεται). Δικαιολογήστε τις παρατηρήσεις σας. Γ 3. Τι ρεύμα τραβάει ο κινητήρας τη στιγμή που μόλις αρχίζει να περιστρέφεται ; Ι = 5
Β. ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΜΕ ΦΟΡΤΙΟ ΣΚΟΠΟΣ : Σκοπός της άσκησης είναι η χάραξη των χαρακτηριστικών ταχύτητας / ροπής με φορτίο του D.C. κινητήρα με έλεγχο στο τύμπανο και με έλεγχο στο πεδίο. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ A. Έλεγχος στο τύμπανο 1. Συνδέστε τον κινητήρα με τον σερβοενισχυτή και το σερβοενισχυτή με το τροφοδοτικό. 2. Κάνετε τις απαραίτητες συνδέσεις στο σερβοενισχυτή ώστε να έχουμε έλεγχο στο τύμπανο (ARMATURE). 3. Συνδέστε στο ποτενσιόμετρο (ΑU 150B) μια τάση +15 V στις ακραίες λήψεις. Τη μεσαία λήψη του ποτενσιόμετρου οδηγείστε τη σε μια από τις δύο εισόδους ελέγχου του σερβοενισχυτή. 4. Στερεώστε το δίσκο του φρένου στον άξονα του κινητήρα και τοποθετήστε το φρένο με το δείκτη της κλίμακάς του στη θέση 10. Η παραπάνω συνδεσμολογία φαίνεται στο παρακάτω σχήμα 5. Ανοίξτε το διακόπτη (POWER ON) του τροφοδοτικού και ρυθμίστε το ποτενσιόμετρο έτσι ώστε το αμπερόμετρο στο τροφοδοτικό να δείξει 2 Α. ΠΡΟΣΟΧΗ : Ο δείκτης του αμπερομέτρου να μη βρεθεί στη κόκκινη περιοχή. 6
Α 1. Για κάθε τιμή της κλίμακας του φρένου μετρήστε με ένα βολτόμετρο τη τάση εξόδου της ταχογεννήτριας και το ρεύμα στο αμπερόμετρο του τροφοδοτικού και καταγράψτε τις τιμές σε πίνακα. Α 2. Χαράξτε τη χαρακτηριστική ταχύτητας / ροπής που έχει στον κατακόρυφο άξονα τη τάση της ταχογεννήτριας και στον οριζόντιο άξονα την κλίμακα του φρένου. ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΤΟ ΤΥΜΠΑΝΟ ΜΕ ΦΟΡΤΙΟ ΤΑΣΗ ΕΙΣΟΔΟΥ ΘΕΣΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΤΑΣΗ ΕΞΟΔΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΑ (rpm) ΡΕΥΜΑ (Α) ΑΡΓΗ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ΓΡΗΓΟΡΗ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 7
Β. Έλεγχος στο πεδίο 1. Αφού βεβαιωθείτε ότι ο διακόπτης του τροφοδοτικού είναι κλειστός (POWER OFF) κάνετε τις απαραίτητες συνδέσεις ώστε να έχουμε έλεγχο στο πεδίο. Οι απαραίτητες συνδέσεις που θα πραγματοποιήσετε φαίνονται στο Σχ. 6. 2. Επαναφέρετε το ποτενσιόμετρο στη θέση 0 Volts. Ανοίξτε το διακόπτη του τροφοδοτικού (POWER ON) και ρυθμίστε το ποτενσιόμετρο πολύ αργά και προσεκτικά μέχρις ότου το αμπερόμετρο του τροφοδοτικού δείξει 2 Α. ΠΡΟΣΟΧΗ: Επειδή η ταχύτητα αυξάνεται επικίνδυνα μη χρησιμοποιήσετε κλίμακα φρένου μικρότερη από 4. Β 1. Για κάθε τιμή της κλίμακας του φρένου μετρήστε με ένα βολτόμετρο τη τάση εξόδου της ταχογεννήτριας και το ρεύμα στο αμπερόμετρο του τροφοδοτικού και καταγράψτε τις τιμές σε πίνακα. Β 2. Χαράξτε τη χαρακτηριστική ταχύτητας / ροπής που έχει στον κατακόρυφο άξονα τη τάση της ταχογεννήτριας και στον οριζόντιο άξονα την κλίμακα του φρένου. 8
ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΤΟ ΠΕΔΙΟ ΜΕ ΦΟΡΤΙΟ ΤΑΣΗ ΕΙΣΟΔΟΥ ΘΕΣΗ ΦΟΡΤΙΟΥ ΤΑΣΗ ΕΞΟΔΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΑ (rpm) ΡΕΥΜΑ (Α) ΑΡΓΗ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ΓΡΗΓΟΡΗ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9
Γ. Ερωτήσεις Γ 1. Συγκρίνετε και σχολιάστε τις δύο καμπύλες ταχύτητας / ροπής των ερωτήσεων Α 2 και Β 2. Τι διαφορά παρατηρείτε ; Γ 2. Σε ποία περίπτωση έχουμε μεγάλη ροπή στο ξεκίνημα ; Γ 3. Σε ποία περίπτωση η ταχύτητα περιστροφής μένει σχεδόν σταθερή όταν το φορτίο μεταβάλλεται ; Γ 4. Το ρεύμα που τραβάει ο κινητήρας τι σχέση έχει με το φορτίο και στις δύο περιπτώσεις ; Δικαιολογήστε τις απαντήσεις σας. 10