EEM 311 KONTROL LABORATUARI

Transkript

1 Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü EEM 311 KONTROL LABORATUARI DENEY 02: DC MOTORDA HIZ VE KONUM ÖLÇÜMÜ GÜZ DÖNEMİ Grup Kodu: Deney Tarihi: Raporu Hazırlayan Deneyi Yapanlar No: Ad Soyad: İmza:

2 Deney 02: DC Motorda Hız ve Konum Ölçümü Deney, DC motorda hız ve konum ölçümünü yapmaktadır. Ölçümler analog tekniklerle yapılacaktır. Motor hızının ölçümü için tacho-generator, motorun açısal olarak pozisyonunun ölçülmesi için de 360 derecelik potansiyometre kullanılacaktır. Tacho generator doğrudan motor miline bağlıdır. Potansiyometre ise motor miline bağlı 1/32 lik dönüşüm oranına sahip dişliye bağlıdır. Dolayısıyla motorun 32 turunda potansiyometre bir tur döner. Aşağıda, deneyde kullanılan temel elemanlar; DC motor, tacho-generator, güç yükselteci ve potansiyometre hakkında kısa bilgi verilmektedir. DC Motor: Motor, dönme aksamına bir eneri sağlandığında dönme hareketi yapan hareketli bir elemandır. Enerji kaynağı hidrolik(su basıncı), pnömatik(hava basıncı) veya elektrik gibi birçok formda olabilir. AC ve DC gerilimle çalışabilen elektrik motorları mevcuttur. Motor tipi seçimi, performans ve maliyetin karşılaştırılması ile belirlenir. Deney setinde kullanılacak olan motor, daimi mıknatıslı türden bir DC elektrik motorudur. Ra armatür (motorun dönen kısmındaki bobin) direnci, T1 ve T2 motor bağlantı uçları olmak üzere, ideal bir DC elektrik motoru ve uygulanan gerilime karşı hızının değişimi aşağıda Şekil 1'de gösterilmiştir. Şekil1: Bir DC motorun, a) İdeal dc motor bileşenleriyle gösterimi b) Gerilim-hız grafiği Motor durmakta iken motora bir Va gerilimi uygulanırsa, motorun dönmesine neden olan bir Ia akımı akar. Motor dönerken, bir ters elektro motor kuvvet Vb oluşur. Motor hızlandıkça zıt emk artar ve Ia düşer. İdeal (kayıpsız) bir motorda, armatür akımı neredeyse sıfıra düşer ve Vb yaklaşık olarak Va ya eşittir. Motor hızı uygulanan Va ile orantılıdır ve şekilde gösterildiği gibidir. Sayfa 1 / 7

3 Deney setinde, Va armatür gerilimi bir güç amplifikatörü tarafından sağlanmaktadır. Kontrol sinyalinin devre düzeneğindeki akım 1mA den küçük olmasına karşın, motor akımının Amper düzeyinde olmasından dolayı bir güç yükseltecine ihtiyaç vardır. Güç yükselteci, motor dönüşünün uygulanan bir girişe göre terslenebilmesi için iki giriş soketine sahiptir. Tacho-generator, küçük kalıcı mıknatıslı bir makinedir ve döndürüldüğünde hız ile orantılı olan bir elektro motor kuvvet üretir. Bu gerilim, motor dönme hızının bir ölçümünde olarak kullanılabilir. Tacho-generator: Tacho-generator, giriş mili hızıyla orantılı genlik ve polaritede DC gerilim üreten bir cihazdır. Aslında o da bu özellik var demektir basit bir dc sabit mıknatıslı motor bulunmaktadır. Aslında tacho-generator, sabit mıknatıslı basit bir DC motordur. Ancak cihaz, düşük sürtünme ve çıkış geriliminin mil hızına göre doğru orantılı olarak değişimi özelliklerine sahip olması için özel olarak tasarlanmıştır. Genellikle tacho-generator çıkışları(üretilen gerilim), yüksek giriş direncine sahip bir yükseltece bağlandığı için, (DC generator lerin aksine) çıkış güçleri önemli değildir. Güç Yükselteci: Bir güç yükselteci, genellikle sadece bir voltaj ya da akımdan çok, bir güç olarak belirtilen çıkışı olan bir yükselteçtir. Bir sinyalin çalıştıracağı cihaz için enerji gereksinimi olduğunda yükselteç kullanılır. Bir yükseltecin kullanılacağı yerler olarak; bir elektrik motoru, ısıtıcı, bir lamba ya da bir radyo vericisinin çıkış katı örnek olarak verilebilir. Özellikle büyük bir güç gerektiren yükselteçlerin tasarımı, epeyce karmaşık olabilir. Potansiyometre: Potansiyometre, iki bağlantı terminali arasında bulunan bir direnç materyali ve bu materyal üzerinde hareket eden üçüncü bir bağlantıdan oluşan ayarlı bir dirençtir. Hareketli ucun konumu değiştirildikçe, hareketli uç ile sabit uçlar arası direnç değeri değişir. - Doğrusal potansiyometrelerde direnç değeri hareketin miktarı ile orantılı olarak değişir. - Logaritmik potansiyometrelerde ile direnç değişimi logaritmiktir. Bu tür potansiyometrelerde, döndürme hareketine karşı direnç değişimi üsteldir. Sayfa 2 / 7

4 Gerilim bölücü olarak kullanım: Potansiyometrenin sabit uçlarına bir gerilim uygulandığında, hareketli uçtan bir gerilim alınırsa, potansiyometre bir gerilim bölücü görevi görür. a) b) Şekil 2: Potansiyometrenin a) Fiziksel görünüm örneği b) Gerilim bölücü olarak bağlantısı Dönmeli harekete sahip bir sistemin miline potansiyometre bağlanırsa, potansiyometre direnci dönme açısı ile orantılı olarak değişir. Bu nedenle, potansiyometrenin gerilim bölücü olarak kullanılmasıyla, dönme miktarı(pozisyonu) ölçülebilir. Potansiyometre çıkışı milin açısını temsil eder. Örneğin bir cihazda ses ayarı için kullanılan bir potansiyometrenin 360 derece dönmesine ihtiyaç yoktur fakat bir milin açısal olarak dönme miktarını bulmak için 360 derecelik ölçme imkanı sağlaması, tam tur tamamlandığında tekrar 0 dereceye düşüp dönmeye devam etmesi istenir. Bunun için sonsuz defa dönebilen, 360 derecelik potansiyometreler kullanılır. Bu potansiyometrelerde, 360 dan 0 dereceye düştüğünde birkaç derecelik küçük bir açı için çıkış sıfır olmaya devam eder. Sayfa 3 / 7

5 Uygulama 1: Tacho-generator kullanarak motor hızı ölçümü Analogue Transducers Deney Devresi: Practical 1 (Speed Measurement using a Tacho-generator) Şekil 3: Tacho-generator ile motor hızı ölçümü düzeneği Deneyin Yapılışı: Bu deneyde, bir DC motorun miline bağlı tacho-generator ile motor hızı ölçümü yapılacaktır. Önce motor yükselteci girişine DC giriş uygulayıp, giriş ve tacho generator çıkışı(motor hızı bilgisi) izlenecektir. Daha sonra girişe kare dalga uygulanarak motorun basamak girişine tepkisi izlenmiş olacaktır. Mekanik birim üzerindeki tacho-generator den sağlanan LCD ekrandan da tachogeneratör DVM/RPM seçici anahtarı, RPM (yani devir/dakika) konumuna getirilirse LCD ekrandan devir sayısı okunabilir. 1. Aşama: Motor yükseltecine değişken DC giriş uygulanması 1) Motorun güç yükseltecinin offset ayarını(zero offset control), yükselteç girişlerine hiçbir giriş yok iken motor durağan olacak şekilde ayarlayın (ok yukarı bakmalı). 2) Board üzerinde 1,4,5 nolu bağlantıları yapın. 3) Ayarlı DC (Variable DC) gerilimini, motor durağan olacak şekilde ayarlayın. 4) Bar Display i açın Giriş sinyali mavi çizgi ile, tacho-generator çıkışı sarı grafik ile görülecektir. 5) Ayarlı DC gerilimini saat yönünün tersine sona getirerek, yönde maksimum giriş uygulayın 6) Ölçeceğiniz değerlerle Tablo 1, max." satırı, 1,2 nolu sütunları doldurun. 7) Mekanik birimdeki, RPM/DVM seçici anahtarını RPM konumuna getirerek LCD için RPM(devir/dakika) fonksiyonunu seçin. 8) Display de ölçeceğiniz 1/32 lik hız değerini 3. sütuna yazın. 9) Bu değeri 32 ile çarparak sonucu 4. sütuna yazın. 10) Ayarlı DC gerilimini saat yönünde sona getirerek +, yönde maksimum giriş uygulayın. 11) Tablo 1, + max." satırı için, 6-10 numaralı işlem adımlarını tekrarlayın. Sayfa 4 / 7

6 Tablo 1: Yükselteç girişi ve tacho-generator çıkışlarının, + yönde ölçülen maksimum değerleri. ( 2 ) ( 1 ) Tacho- Değişken DC ( 3 ) ( 4 ) Generator [ V ] Motor Hızı Motor Hızı Gerilimi [ V ], (Bar Displaymavi grafik) [RPM] (1/32) [RPM] (Gerçek) (Bar Displaysarı grafik) max. + max. 2. Aşama: Motor yükseltecine kare dalga giriş uygulanması 12) Fonksiyon jeneratörünün (sweep function generator) çıkışını(output amplitude) minimuma ayarlayın(ok sola bakmalı). 13) Fonksiyon jeneratörünün frekansını çıkışını min. freq. ile minimuma ayarlayın(sola bakmalı). 14) 1 numaralı bağlantıyı sökerek, 2 ve 3 numaralı bağlantıyı yapın. Böylece, motor yükselteç girişine kare dalga uygulanmış oldu. 15) Chart Recorder ı izleyerek, kare dalga sinyal genliğini +1.25V, -1.25V olarak değişecek şekilde ayarlayın. 16) Chart Recorder i kullanarak, uygulanan kare dalga sinyalinin periyodunu T=3 saniye olacak şekilde ayarlayın. Bunun için, Chart Recorder in sağ altında x scale = 500 ms olduğu yazmaktadır. Yatayda her birimin 500ms zamana denk geldiği anlaşılır. Dolayısıyla periyod 3/0.5 = 6 birim genişliğinde olmalıdır. Sürekli akan görüntüden dolayı periyodu okuyamıyorsanız, Capture a basarak açılan pencerede okuma yapabilirsiniz. Motor sürekli ileri-geri dönmelidir ve elde edilen görüntü, aşağıdaki gibi olmalıdır. Şekil 4: Uygulanan giriş ve ölçülen motor hızının grafiği 17) T=3 saniye için, ekranı Deney2Uygulama1a.jpg olarak kaydedin. 18) T=1.5 saniyeye ayarlayıp, ekranı Deney2Uygulama1b.jpg olarak kaydedin. Sayfa 5 / 7

7 19) T=5 saniyeye ayarlayıp, ekranı Deney2Uygulama1c.jpg olarak kaydedin. Bu uygulama, motorun bir giriş için verdiği cevapta, bir zaman gecikmesi olduğunu göstermektedir. Bu zaman gecikmesi armatürün eylemsizlik(atalet) momentinden kaynaklanmaktadır. Bütün motorlar, kontrol sistem tasarımı için çok önemli sonuçları olan bu genel karakteristiği gösterir. Özel armatür tasarımı, küçük motorlar için eylemsizlik momentini büyük ölçüde düşürebilir. Uygulama 1 bitti. Sonuçları hocanıza gösterdikten sonra Uygulama 2 ye geçiniz. Sayfa 6 / 7

8 Uygulama 2: Potansiyometre Kullanarak Pozisyon Ölçümü Analogue Transducers Deney Devresi: Practical 2 (Position Measurement using a Potentiometer) Deneyin Yapılışı: Şekil 5: Potansiyometre kullanarak pozisyon ölçümü düzeneği Deney oluşmaktadır. Deney Adımları: 1) Board üzerinde 1-3, numaralı bağlantıları yapınız. Böylece yukarıdaki düzeneğe giriş yapılıp, ölçüm için hazırlanmış olacaktır. 2) Ölçümler için Chart Recorder i açınız. Mavi çizgi giriş, sarı çizgi pozisyon potansiyometresi çıkışını verecektir. 3) Mekanik birimdeki, RPM/DVM seçici anahtarını RPM konumuna getirerek LCD için RPM(devir/dakika) fonksiyonunu seçin. Board üzerindeki Ayarlı DC Gerilim potansiyometresini çevirerek LCD display de okunan hızı 32 RPM olarak ayarlayınız. Bu durumda potansiyometre çıkışı rampa şeklinde periyodik bir çıkış verecektir. 360 derecelik pozisyonda, potansiyometre çıkışı maksimuma vardığında, çıkış aniden sıfıra düşer birkaç derece sıfırda kalır. Daha sonra periyodik olarak artış devam eder. 4) Ekranı Deney2Uygulama2a.jpg olarak kaydedin. 5) Hızı 16 RPM olarak ayarlayın ve ekranı Deney2Uygulama2b.jpg olarak kaydedin. Deney 2 bitti. Sonuçları hocanıza gösterdikten sonra bağlantıları sökünüz. Sayfa 7 / 7