Zautomatyzowany system pomiarowy do badania pola magnetycznego w maszynach indukcyjnych

ZE SZ Y T Y N A U K O W E P O LITEC H N IK I ŚLĄSKIEJ Seria: ELEK TR Y K A z. 173

2000 N r kol. 1471

Andrzej CIO SK A Zakład M echatroniki Zbigniew R Y M A RSK I Instytut Elektroniki

ZAUTOMATYZOWANY SYSTEM POMIAROWY DO BADANIA POLA MAGNETYCZNEGO W MASZYNACH INDUKCYJNYCH

S treszczen ie. Przedstaw iono system pom iarowy m aszyn indukcyjnych małej i średniej m ocy, składający się z układu generacji napięcia zasilającego (o program ow al­

nej am plitudzie podstaw ow ej częstotliw ości, zawartości harm onicznych), układu zbie­

rania i grom adzenia pom iarów z czujników pom iarow ych um ieszczonych w badanej m aszynie oraz układu m ikroprocesorow o sterowanego falownika, generującego 3- fazowe napięcie zasilające m aszynę synchroniczną (w ym uszającą prędkość obrotową badanej m aszyny indukcyjnej). Przedstaw iono dobór param etrów elem entów poszcze­

gólnych subsystem ów z punktu w idzenia dokładności odw zorow yw ania generowanych przebiegów i dokładności pom iarów w całym zakresie m ierzonych przebiegów. Przed­

staw iono oryginalne, niestandardowe rozw iązania konstrukcyjne subsystem ów istnieją­

cego system u pom iarow ego, pozw alające przyśpieszyć proces zbierania i przetwarzania danych.

THE AUTOMATIZED SYSTEM FOR MEASURING THE MAGNETIC FIELD IN INDUCTION MACHINES

S u m m a ry . The m easuring system o f the low and m iddle pow er induction m achi­

nes is presented. It consists o f the pow er supply voltage generator (with the program m a­

ble voltage m agnitude and frequency o f the basic harm onic and program m able level o f the higher harm onics), data collecting subsystem that m easures voltages inducted in sensors (placed in the tested m achine) and the m icroprocessor controlled 3-phase PWM voltage for supplying the synchronous m achine that forces the rotational speed o f the te­

sted induction machine. There is presented the selection o f param eters o f the subsystem com ponents in order to get the assigned m easurem ent accuracy. There are presented the unique, not standard design solutions o f the system.

72 A. Cioska, Z. Rym arski

1. W PR O W A D Z E N IE

W ystępow anie asym etrii technologicznych jednofazow ych m aszyn indukcyjnych po­

w stałych podczas ich produkcji pow oduje, że zachodzi konieczność w yznaczania w pływu tych asym etrii na podstaw ow e param etry elektrom agnetyczne i elektrom echaniczne maszyn.

Przekroczenie w procesie produkcyjnym dopuszczalnych odchyłek podstaw ow ych param e­

trów konstrukcyjno-w ykonaw czych m aszyn elektrycznych małej m ocy pow oduje w ystępo­

w anie znacznych rozrzutów znam ionow ych param etrów elektrom agnetycznych i elektrom e­

chanicznych. Podczas produkcji dużych i średnich m aszyn niedotrzym anie takich dopuszczal­

nych odchyłek param etrów konstrukcyjno-w ykonaw czych nie pow oduje znacznych rozrzutów param etrów znam ionow ych tych m aszyn.

Do podstaw ow ych param etrów konstrukcyjno-w ykonaw czych m aszyn zalicza się:

1. średnice: zew nętrzną w irnika i w ew nętrzną stojana,

2. rów nom ierność, ew entualnie celow o w prow adzaną nierów nom iem ość prom ieniow ej grubości szczeliny pow ietrznej,

3. m im ośrodow ość pow ierzchni w irnika w zględem osi obrotu m aszyny (ekscentryczność dynam iczna) i m im ośrodow ość położenia osi obrotu w irnika w zględem osi pow ierzchni w ew nętrznej stojana (ekscentryczność statyczna),

4. deform ację elip ty czn ą zewnętrznej pow ierzchni w irnika i deform ację eliptyczną w e­

w nętrznej pow ierzchni stojana,

5. asym etryczne połączenia czołow e stojana i wirnika, 6. w adliw ie w ykonany odlew klatki w irnika,

7. nieprecyzyjnie w ykonane spawy zw ojów zwartych, 8. w adliw ie zam ontow ane boczniki m agnetyczne,

9. nieprecyzyjnie naw inięte uzw ojenia głów ne (np. lokalne przewężenia), itd.

W celu określenia w pływ u technologicznej niedokładności w ykonaw czej (odstępującej od podstaw ow ych param etrów konstrukcyjno-w ykonaw czych) na param etry elektrom agne­

tyczne i elektrom echaniczne produkow anych m aszyn należy przeprow adzić odpow iednie ba­

dania w specjalistycznym m odelow ym układzie badaw czym , który w swojej części m echa­

nicznej um ożliw i odpow iednią sym ulację odstępstw od niektórych param etrów konstrukcyj­

no-w ykonaw czych z jednoczesnym ich pom iarem . Schem at blokow y z ry s.l przedstaw ia system em pom iarow y (składający się z trzech zasadniczych części nazyw anych trzem a sub- system am i) m odelow ego układu badaw czego, który poprzez pom iary rozkładów przestrzen- no-czasow ych [1] indukcji m agnetycznej w szczelinie pow ietrznej m iędzy stojanem a w irni­

kiem n iesym etrycznych m aszyn indukcyjnych um ożliw ia w konsekw encji wyznaczanie w pływ u poszczególnych asym etrii technologicznych (pow stałych podczas produkcji) na pa­

ram etry elektrom agnetyczne i elektrom echaniczne m aszyn.

Zautom atyzow any system pom iarow y do badania pola.. 73

W yznaczanie rozkładów przestrzenno-czasowych indukcji m agnetycznej w szczelinie pow ietrznej niesym etrycznych m aszyn indukcyjnych w ym aga przeprow adzania precyzyjnych badań w ściśle określonych pow tarzalnych w arunkach elektrom agnetycznych.

Podczas pom iarów napięcie zasilania badanej m aszyny indukcyjnej m usi być stabilizo­

w ane (tzn. utrzym yw any m usi być zadany kształt przebiegu czasowego napięcia: wartość, zaw artość harm onicznych, częstotliw ość) celem otrzym ania w łaściw ych przebiegów prze­

strzenno-czasow ych indukcji. Jest to realizow ane w układzie pierw szego subsystem u (pkt 2 . 1).

Prędkość obrotow a badanej m aszyny indukcyjnej musi być stabilizow ana podczas pom ia­

rów każdej serii pom iarow ej (tzn. utrzym yw ana m usi być stała prędkość obrotow a w irnika n przy zadanej częstotliw ości f napięcia zasilania silnika). Jest to realizow ane w tzw. trzecim subsystem ie (pkt 2.3), za pom ocą którego w konsekwencji w ym uszana je st prędkość obroto­

w a w irnika badanej m aszyny przez m echaniczne sprzęgnięcie z silnikiem synchronicznym 3- fazow ym , zasilanym z falow nika o regulowanej i stabilizowanej częstotliw ości napięcia zasi­

lania.

U kład pom iarow y, ja k o drugi subsystem (pkt 2.2) schem atu blokow ego z ry s .l, um ożli­

w ia w ykonyw anie każdej serii pomiarowej (rozkładów przestrzenno-czasowych indukcji) przez autom atyczne w yzw alanie początków w ykonyw anych pom iarów za pom ocą odpowied­

niego układu koincydencji (serie pom iarowe m uszą być w yzw alane w ściśle określonych po­

w tarzalnych w arunkach elektrom agnetycznych determ inow anych fazą chw ilow ego położenia w irnika w zględem stojana oraz fazą przejścia napięcia zasilającego przez zero).

2. SY STEM PO M IA R O W Y

R y s.l przedstaw ia schem at blokow y zbudow anego system u pom iarow ego składającego się z trzech subsystem ów oraz kom putera nadrzędnego klasy IBM /PC. K om puter nadrzędny zarządza cało ścią sytem u, jednak podstaw ow ym założeniem projektow anego urządzenia po­

m iarow ego je st m ożliw ość sam odzielnej, autonomicznej pracy na stanow isku pom iarowym oddalonym od kom putera nadrzędnego. Po w stępnym ustaw ieniu zadanych param etrów po­

m iarów i przetransm itow aniu tych param etrów do system u pom iarowego m ożna zarówno odłączyć kom puter nadrzędny, ja k i w yłączyć zasilanie sieciowe system u pom iarowego, przem ieścić w m iejsce pom iarów i ponow nie w łączyć zasilanie sieciowe, a w prow adzone pa­

ram etry pozostają zapam iętane w statycznych pam ięciach RAM , dzięki tem u że zasilanie tych pam ięci R A M je s t podtrzym yw ane bateryjnie. Podobnie, serie pom iarów dla każdego położe­

nia czujników pom iarow ych zostają zapisyw ane do podtrzym yw anych bateryjnie statycznych pam ięci R A M i transm itow ane do nadrzędnego kom putera dopiero po zakończeniu pom iarów na żądanie program u zarządzającego.

3-PHASESYNCHRONIC MACHINE

74 A. Cioska, Z. Rym arski

Rys. 1.Schemat blokowy systemu pomiarowegomaszyn indukcyjnych Fig. I. Blockdiagramofthe measuringsystemfor induction machines

Z autom atyzow any system pom iarow y do badania pola. 75

Każdy z subsystem ów m a w łasną klawiaturę i w ielopozycyjny w yśw ietlacz LCD , tw o­

rzące w raz z odpow iednim oprogram ow aniem danego subsystem u interfejs użytkownika. Ta­

ki interfejs użytkow nika um ożliw ia autonom iczne (a nie tylko z kom putera nadrzędnego) w prow adzanie now ych param etrów pom iarów do poszczególnych subsystem ów .

W szystkie subsystem y są połączone z kom puterem nadrzędnym poprzez standardowe łą­

cze szeregow e R S232C , a szybkość transm isji nie odgryw a roli, ponieważ łącze RS232C słu­

ży tylk o do przesyłania param etrów pom iarów i odczytu zebranych danych, a nie do sterowa­

nia procesam i pom iarow ym i, które w każdym z subsystem ów s ą realizow ane autonom icznie przez odrębne układy m ikroprocesorow e. Poszczególne subsystem y m a ją łącza umożliwiające przekazyw anie inform acji z subsystem u do innego subsystemu.

We w szystkich subsystem ach zastosow ano 8-bitowe m ikrokom putery jednoukładow e z rodziny M C S-51. W ybór tych m ikroprocesorów w ynika z m ożliw ości w ykorzystania ich portów w ejść/w yjść szeregow ych i w ykorzystania ich w ew nętrznych liczników, m iędzy in­

nym i do sterow ania transm isją szeregow ą w standardzie RS232C. Pozostałe porty pracujące ja k o w ejścia/w yjścia rów noległe w ykorzystyw ane są do funkcji sterow ania, a m ożliw ość ad- resacji pojedynczego bitu znakom icie upraszcza proces sterowania. Rów nocześnie jednak 8- bitow e rejestry w ew nętrzne w tych m ikroprocesorach pow odują w ydłużenie i dużą praco­

chłonność bardziej skom plikow anych operacji arytm etycznych (np. w sterow niku falownika z subsystem u 3 program ow e obliczanie w artości funkcji sinus i dokonyw anie operacji mnoże­

nia i dzielenia n a uzyskanych w ynikach). D latego w przypadku m ikroprocesorow ego sterow­

nika falow nika lepszy byłby szybszy 16-bitowy układ z rodziny M CS-96 posiadający wyjście jednego z p ortów w yprow adzające sygnał o m odulow anej szerokości im pulsów (w układach z M CS-51 należy uzyskać m odulację szerokości im pulsów - PW M program ow o z w ykorzysta­

niem zew nętrznych i w ew nętrznych liczników) [5], Przy specjalistycznych pom iarach maszyn indukcyjnych w stanach nieustalonych istnieje potrzeba uzyskania dynam icznych zm ian pręd­

kości obrotow ej w irnika, w ięc w zbudow anym system ie pom iarow ym istnieje potrzeba uzy­

skania dynam icznych zm ian częstotliw ości i w spółczynnika w ypełnienia im pulsów sterują­

cych falow nikiem zasilającym m aszynę synchroniczną; zatem następne w ersje falow nika m u­

szą być budow ane w oparciu o 16-bitowy mikroprocesor.

2.1. Subsystem generujący napięcie zasilania (subsystem 1)

Subsystem 1, generujący napięcie zasilające b adaną m aszynę indukcyjną, składa się z dw óch m odułów funkcyjnych:

1. układu generacji napięcia zasilającego,

2. układu regulacji i stabilizacji am plitudy napięcia zasilającego oraz oprogram ow ania sys­

tem owego.

76 A. Cioska, Z. Rym arski

K ażdy z bloków został tak zaprojektow any i w ykonany, aby m ógł pracować autonom icz­

nie ja k o sam odzielny m oduł, jed n ak dopiero połączenie m odułów tw orzy generator przebiegu napięcia zasilającego o program ow anej zaw artości harm onicznych.

2.1.1. U kład generacji napięcia zasilającego

R y s.2 przedstaw ia schem at blokow y układu generacji napięcia zasilającego. M oduł ukła­

du generacji pow stał w oparciu o m ikrokontroler jednoukładow y 8032 z rodziny m ikrokom ­ puterów je d noukładow ych M C S-51. N ależy on do grupy m ikrokontrolerów 8-bitow ych z m ultipleksow aną m ag istralą adresów i danych. Stąd w ynika konieczność zastosow ania w układzie rejestru adresow ego (RA).

Rys.2. S chem at b lo k o w y m o d u łu g eneratora napięcia zasilającego Fig.2. B lock diagram o f the p o w er supply voltage generator m odule

A rchitektura m ikrokontrolera 8032 pozw ala prosto uzyskać kom unikację z kom puterem nadrzędnym klasy IB M PC za pom ocą łącza szeregow ego w standardzie RS232C. M ikrokon­

troler taktow any je s t oscylatorem kw arcow ym 12 MHz, co pow oduje, że cykl rozkazowy rów ny je st 1 ps. S zybkość transm isji szeregowej ustalono na ok. 9600 bodów .

Rozkazy sterujące oraz stablicow any ciąg próbek przebiegu napięcia generow anego przez układ przekazyw ane są łączem R S232C do m odułu generacji. P rzetransm itow ane dane zapi­

syw ane są w pam ięci R A M m odułu generatora. Pam ięć m odułu generatora przechow ująca inform acje o przebiegu sygnału została podzielona na dw a banki (BANKO i BAN K I ) . W celu zachow ania przetransm itow anych danych w przypadku zaniku napięcia zasilającego oraz um ożliw ienia odłączenia subsystem u od kom putera nadrzędnego i przeniesienia system u na stanow isko pom iarow e pam ięć R A M posiada układ bateryjnego podtrzym yw ania napięcia.

W celu u zy skania dużej dokładności odw zorow ania przebiegu w układzie zastosow ano 12-bitowy przetw ornik C /A firm y A nalog D evices AD667. Istnieje kilka standardow ych roz­

w iązań k o nstrukcyjnych problem u dostarczenia danych do 12-bitowego przetw ornika przy

Z autom atyzow any system pom iarow y do badania pola... 77

pom ocy 8-bitow ej m agistrali danych. D zięki zastosow aniu dw óch banków pam ięci RAM m ożliw e je st jednoczesne podaw anie do przetw ornika 12 bitów, co przyśpiesza proces gene­

racji kolejnych w artości napięcia. Próbki przetransm itowane do układu generacji poprzez łą­

cze R S232C zapisyw ane są na przem ian raz do BANKUO, raz do BA N K U 1 w taki sposób, aby pod odpow iadającym i adresam i w obu bankach znalazły się wartości jednej próbki (pełne dw anaście bitów). BANKO zaw iera młodszy bajt próbki, a B A N K I starsze 4 bity. Pełne 12- bitow e dane podaw ane s ą rów nocześnie do przetw ornika C/A bez udziału rejestrów w e­

w nętrznych procesora, co w w ystarczającym stopniu przyśpiesza działanie przedstawianego układu.

W celu dokonyw ania pom iarów przy zm ianie położenia cew ek pom iarow ych i zachow a­

niu ściśle określonej chw ili czasu dokonyw ania pom iaru układ generacji dostarcza do systemu pom iarow ego sygnał koincydencji w yznaczający chwilę przejścia przez zero generowanego napięcia zasilającego.

2.1.2. U kład regulacji i stabilizacji am plitudy

R ys.3 przedstaw ia schem at blokow y m odułu regulacji i stabilizacji am plitudy. Jego zada­

niem je st utrzym anie stałej, zadanej wartości am plitudy generowanego sygnału napięciowego.

M oduł został w yposażony w pam ięć RAM , w której przechow yw ane są inform acje prze­

transm itow ane do układu za pośrednictw em łącza RS232C z kom putera nadrzędnego. Pamięć RA M m odułu m a układ podtrzym yw ania bateryjnego zasilania, co pozw ala na odłączenie go od napięcia zasilania, podobnie ja k układ generacji napięcia.

U kład firm y A nalog D evices AD625 będący w zm acniaczem pom iarow ym o program o­

w anym w zm ocnieniu w połączeniu z procesorem stanowi pętlę regulacji am plitudy. W zm oc­

nienie je st ustalane za pom ocą kluczowanej drabinki rezystorowej. Istotnym problem em jest dobór w artości rezystancji drabinki oraz niezerowej rezystancji, ja k ą w noszą załączone klucze CM OS, co pow oduje istotne ograniczenie poziom u w zm ocnienia wzmacniacza.

Istotnym problem em je st dokonyw anie obliczeń arytm etyki wielobitow ej na procesorze 8-bitow ym , który nie posiada rejestrów 16-bitowych oraz m a ubogą listę rozkazów arytm e­

tycznych (m nożenia i dzielenia w ielobitow ego). Opracow anie procedur arytm etycznych oraz integracja całego subsystem u stanowiły jed en z podstaw ow ych problem ów przy projektowa­

niu i w ykonaniu subsystem u 1.

78 A. Cioska, Z. Rymarski

R ys.3. S ch em at b lo k o w y m o d u łu regulacji i stabilizacji am plitudy Fig.3. B łock diagram o f the am plitudę control m odule

2.1.3. O program ow anie system ow e

O program ow anie system ow e ponosi odpow iedzialność za pracę całego system u oraz peł­

ni rolę nadzorującą. K om puter nadrzędny klasy IBM /PC w ykonuje procedury kształtow ania przebiegu oraz dokonyw ania skom plikow anych operacji arytm etycznych. Operacje oblicze­

niow e przetw arzają d u ż ą liczbę danych o przebiegu. O program ow anie system ow e zapewnia łatw ą ingerencję w generow any przebieg i um ożliw ia łatw e kształtow anie tego przebiegu. Po­

zw ala także n a je g o w izualizację po ustaleniu w szystkich param etrów przebiegu jeszcze przed przetransm itow aniem go do system u generacji. O program ow anie m usi także zapewnić kom u­

nikację operatora system u z urządzeniem .

2.2. Subsystem p om iarow y (subsystem 2)

Rys.4 przedstaw ia schem at blokow y zrealizow anego subsystem u pom iarowego. W szczelinie pow ietrznej m iędzy stojanem a w irnikiem m aszyny indukcyjnej rozm ieszczono sym etrycznie zespół 12 m ikrocew ek pom iarow ych. K ażdem u położeniu tego zespołu odpo­

w iada seria zbieranych danych. A by w yniki pom iarów uzyskane w różnych seriach pom iaro­

w ych (przy przesuw aniu cew ek w szczelinie) m ogły sobie odpow iadać, w celu otrzym ania rozkładów przestrzennych indukcji pom iary rozpoczynają się zaw sze w ściśle określonej chw ili czasu, w yznaczonej przez koincydencję chw ilow ego położenia obracającego się w irni­

k a z przejściem p rzez zero napięcia zasilającego od w artości ujem nych do dodatnich.

Zautom atyzow any system pom iarow y do badania pola.. 79

D etektorem chw ilow ego położenia w irnika je st tarcza obrotow a osadzona na w ale w irni­

ka z odpow iednim otw orem na obw odzie, przepuszczająca dla pożądanego położenia wirnika im puls światła, co pow oduje w konsekwencji w ygenerow anie odpow iedniego im pulsu napię­

cia w układzie dioda LED -fototranzystor. U kład detektora DK (rys.4) generuje zatem krótki pojedynczy im puls w chw ili osiągnięcia koincydencji rozpoczynający operację pobierania i zapam iętyw ania w yników przez m ikrokontroler jednoukładow y pK (rys.4). W czasie jednej serii pom iarowej układ elektroniczny dokonuje pobrania kilku tysięcy próbek napięcia wyin- dukow anego w czujniku (duża częstotliw ość próbkow ania sygnałów m ierzonych przez kilka założonych okresów napięcia sieci zasilającej), aby przebieg m ożna było dokładnie odwzoro­

wać w czasie. C yfrow a reprezentacja sygnałów pom iarow ych um ożliw ia łatw ą rejestrację przebiegów w ielkości m ierzonych przy dużej w ym aganej odporności na zakłócenia (szumy, tem peratura, zm iany napięć zasilających), a oprogram ow anie nadrzędnego kom putera klasy IBM PC um ożliw ia przetw arzanie w yników oraz ich wizualizację na ekranie m onitora wraz z m ożliw ością ich w ydrukow ania.

W układzie pom iarow ym procesem pobierania i zapam iętyw ania danych steruje m ikro­

kontroler I80C32, z popularnej rodziny MCS-51 ukierunkowanej na sterowanie. Jest on stan­

dardow o w yposażony w łącze szeregowe RS232C, co um ożliw ia bezpośrednie sprzęgnięcie go z kom puterem IBM PC. M ikrokontroler pracuje według program u zapisanego w pamięci EPROM (rys.4), sterując bezpośrednio procesem w yboru w zm ocnienia, kanału pom iarowego, zapisu i odczytu danych. Stan procesu pom iarowego je st sygnalizowany na bieżąco w bloku BSP (rys.4) diodam i LED i sygnałem dźw iękow ym .

Indukow ane w rozłożonych na obw odzie m aszyny m ikrocew kach pom iarow ych napięcie m a w artość rzędu kilku mV w artości m iędzy szczytowej. Ponadto m ała im pedancja cewek, konieczność stosow ania „pływ ającego” w ejścia wzmacniaczy pom iarow ych (połączenie bie­

gunów cew ek z m a są zniekształcałoby pom iary rozkładów przestrzennych indukcji) oraz fakt, że pom iarom podlega przebieg o częstotliw ości równej częstotliwości sieci zasilającej silnik, stw arzają pow ażne utrudnienia [3], Przetw orniki A/C w ym agają napięcia w ejściow ego o am ­ plitudzie kilku w oltów odniesionego do masy (w opisanym dalej przypadku z nałożoną skła­

do w ą stałą - UNSS z rys.4). K onieczne je st w ięc w zm ocnienie przebiegów m ierzonych do takiej w artości (B W W P z rys.4). N ajlepszym rozw iązaniem je st zastosow anie wzm acniaczy pom iarow ych A D 524 firm y A nalog Devices. U kłady te m ają m ożliw ość regulacji wzm ocnie­

nia, bardzo dobre param etry statyczne i dynam iczne oraz um ożliw iają w ykorzystanie układu do dynam icznej zm iany potencjału ekranu ochronnego w celu zwiększenia tłum ienia zakłó­

ceń.

80 A. Cioska, Z. Rym arski

Jednoczesny pom iar napięcia w kilku określonych m iejscach obw odu badanej m aszyny i je g o przetw orzenie na postać cy fro w ą w ym aga użycia w najprostszym przypadku tylu prze­

tw orników A /C , ile je s t kanałów pom iarow ych. G ęstość próbkow ania zależy odw rotnie pro­

porcjonalnie od czasu przetw arzania przetw orników oraz czasu odczytu i zapisu danej z przetw ornika do pam ięci R A M system u pom iarowego. Po analizie różnych m ożliw ych roz­

w iązań zastosow ano układ szybkiego przetw ornika A/C typu „flash converter” oraz układ w ykorzystujący ideę bezpośredniego zapisu danej do pam ięci R A M (D M A -direct memory access) ja k o najlepsze m ożliw e rozw iązanie dla tego przypadku. M ikrokontrolery serii MCS- 51 nie m a ją m ożliw ości w spółpracy z układam i DM A. W system ie pom iarow ym zastosowano m ikrokontroler 18032, który generuje tylko adresy i sygnały sterujące pam ięcią, a dane są za­

pisyw ane w prost z w yjść przetw ornika A/C do pam ięci RA M (układ sterujący bram ą B i G przez U SD M A z rys.4) bez pośrednictw a rejestrów w ew nętrznych m ikrokontrolera, co znacz­

nie przyśpiesza operację zapisu. N a gęstość próbkow ania w pływ a rów nież czas przetw arzania w yników pom iarów . O graniczona lista rozkazów m ikrokontrolera je st ukierunkow ana na ste­

row anie, a nie na przetw arzanie danych. C elow e zatem w ydaje się zrezygnow anie z przetw a­

rzania polegającego na całkow aniu napięcia indukow anego, aby otrzym ać w artość przebiegu indukcji. Do pam ięci R A M zapisyw ane są tylko próbki napięć indukow anych, a operację ich całkow ania, ja k założono, w ykona się później w kom puterze nadrzędnym typu IBM PC po przetransm itow aniu do niego zebranych danych.

Z astosow ano tylko je d en przetw ornik A1C. Pow oduje to konieczność przełączania wyjść w zm acniaczy pom iarow ych do w ejścia przetw ornika. K om utację zrealizow ano w ykorzystując m ultipleksery/dem ultipleksery analogow e z rodziny układów C D 40X X (BM A z rys.4), które zbudow ane z kluczy analogow ych typu CM OS um ożliw iają przełączanie sygnałów z często­

tliw o ścią f > 1 M H z, w pełnym zakresie przenoszonych napięć (od --UMS do + U „S układu).

C harakteryzują się ponadto krótkim czasem stabilizow ania przełączonego napięcia (rzędu ns), m a łą rezy stan cją w stanie załączenia klucza (R0N < 125 Q przy U as = ±7,5 V) i bardzo dużą rezystancją kluczy w yłączonych (ROFF > 100 M Q).

Przy przełączaniu w yjść w zm acniaczy pom iarow ych do w ejścia przetw ornika A/C for­

m alnie nie je s t spełniony w arunek jednoczesności pom iaru. Pom iary są przesunięte względem siebie o pew ien niew ielki okres czasu (rzędu kilku ps), zależny od czasu przełączenia m ulti­

pleksera, czasu stabilizacji sygnału na w ejściu przetw ornika, czasu sam ego przetw arzania, jak i czasu odczytu i zapisu (zapam iętania) danej w pam ięci RA M (czas pom iędzy próbkowaniem je st rów ny sum ie tych czasów pom nożonych przez liczbę kanałów).

Z autom atyzow any system pom iarow y do badania pola. 81

P roblem przeprow adzania jednoczesnych pom iarów w 12 kanałach pom iarow ych rozw ią­

zano przez zastosow anie układów próbkująco-pam iętających (S& H) w torach pom iarowych bezpośrednio po wzm acniaczach. W zastosow anym rozwiązaniu układy próbkująco- pam iętające (BU PP z rys.4) służą do pobierania próbek wartości zm iennego w czasie napię­

ciowego sygnału w ejściow ego w czasie rzędu kilku ps i zapam iętania tych w artości sygnału przez czas potrzebny na zapisanie danych pom iarow ych do pam ięci RAM . Układy S&H speł­

nia ją w ięc rolę pam ięci analogow ej w układzie pom iarowym . Dodatkow o przez to, że układ S&H utrzym uje s ta łą zapam iętaną wartość próbek sygnału m ierzonego przez czas przetwa­

rzania przetw ornika A/C, nie pow stają błędy związane z szybkością zm ian sygnału na w ejściu przetw ornika.

Pom im o przesuniętych względem siebie czasów odczytów i przetw arzania sygnałów (rzędu kilku ps) uzyskuje się jednak (dzięki zastosow anym układom ) jednoczesność pom ia­

rów we w szystkich 12 kanałach pom iarow ych, tak istotną przy specjalistycznych badaniach rozkładów przestrzenno-czasow ych indukcji w szczelinie powietrznej silnika. Jednoczesność zapam iętania w artości sygnałów w poszczególnych kanałach uzyskuje się przez podanie na zwarte ze so b ą w ejścia sterujące próbkow aniem układów S&H im pulsu zapisującego, gene­

row anego przez m ikrokontroler (pK). Zastosow ane układy S&H typu LF398 m ają w ystar­

czająco dobre param etry do tego typu pom iarów. C harakteryzują się krótkim czasem przyjęcia próbki, m ałym błędem pam iętania i dużym w spółczynnikiem tłum ienia w pływ u napięć w ej­

ściow ych i zasilających na zapam iętywane napięcie.

W szystkie w yniki pom iarów i dane potrzebne do uruchom ienia system u pom iarowego w czasie inicjalizacji zapisyw ane są w pam ięci RA M o podtrzym yw anym bateryjnie napięciu zasilania.

D uża pojem ność pam ięci (128 kB) zapew nia m ożliw ość zebrania do 128 tysięcy próbek sygnału, a bardzo m ały pobór prądu układu pam ięci (rzędu kilku pA dla w ersji CM OS) przy nieaktyw nym sygnale w yboru pam ięci i zasilaniu z baterii 3.3 V zapew nia w ielotygodniow ą m ożliw ość zapam iętyw ania zapisanej inform acji. Ponadto tak opracowany i w ykonany system m a zapew nioną autonom iczność, dzięki czem u m ożna w ykorzystyw ać go z dala od kom pute­

ra nadrzędnego IB M PC, a m ałe w ym iary i m asa pozw alają na jego łatw e przenoszenie na stanow isko pom iarowe.

Zebrane dane (cyfrow e w yniki pom iarów) w późniejszym czasie m o g ą być przetransmi- tow ane do kom putera nadrzędnego klasy IBM łączem szeregow ym RS232C, gdzie zostają zapam iętane w odpow iednich plikach i m o g ą podlegać dalszej obróbce cyfrowej (np. cyfro­

w em u całkow aniu) z m ożliw ością w izualizacji na ekranie monitora, m ogą również zostać wydrukow ane.

82 A. Cioska, Z. Rym arski

Rys.4. Schemat blokowywielokanałowegoukładupomiarowego Fig.4. Blockdiagramofthe multichannel measuring device

Zautom atyzow any system pom iarow y do badania pola. 83

2.3. Subsystem w ym uszający prędkość obrotową (subsystem 3)

Przy badaniach silnika indukcyjnego w stanie ustalonym subsystem w ym uszający pręd­

kość o b rotow ą (obiektu badań) m usi zapew nić stałą (stabilizowaną, w ybraną) prędkość, speł­

niając w ym ogi elektrom agnetyczne podczas badań. Przy badaniach silnika indukcyjnego w stanie nieustalonym subsystem ten musi zapew nić narastanie prędkości obrotow ej według założonej krzyw ej przebiegu czasowego prędkości n(t).

Taki w łaśnie układ zaprezentow ano w artykule, przyjm ując, że prędkość obrotow a w trakcie rozruchu silnika (jak i je g o dojścia do innej prędkości obrotowej) zm ienia się według krzywej o inercji 2 rzędu o 2 stałych czasow ych T l i T2 (ograniczając je od dołu do 10 ms, z góry do 1000 s). W praktyce dla silników o mocy rzędu 1-rlO kW należy odpow iednio dobrać stałe czasow e T l i T2, np. przyjm ując ich w artość rzędu kilku sekund w zależności od potrzeb itd.

P aram etry pracy silnika s ą w yliczane w kom puterze nadrzędnym i przesyłane w postaci bloków danych do system u pom iarow ego po każdej zm ianie któregoś z param etrów sterowa­

nia silnika. Bloki danych dla różnych param etrów są wcześniej zgrom adzone w nieulotnej pam ięci i w ybierane z klaw iatury bloku sterującego.

Pierw szym założeniem konstrukcyjnym system u sterow ania i pom iarów silników elek­

trycznych je s t elastyczność system u - m ożliw ość zm iany jego konfiguracji, dalszej rozbudo­

wy i realizacji projektów poszczególnych pakietów przez różnych projektantów w oparciu o w stępne, w spólne założenia.

D latego system ten zrealizow ano na zasadzie urządzenia złożonego z pakietów podłączo­

nych do m agistrali system ow ej. W szystkie pakiety m ają ujednolicony interfejs do magistrali system ow ej, która um ożliw ia każdem u pakietow i pełnienie funkcji M A STER lub SLAVE.

Rozw iązanie z dedykow anym m odułem M A STER i m odułam i SLA V E uniem ożliw ia bezpośrednią w ym ianę danych pom iędzy dw om a dow olnym i pakietam i SLA V E (np. m odu­

łem pom iaru prędkości obrotowej i m odułem generatora PW M ) bez udziału modułu M A ST E R (m odułu układu pom iarowego). W ydłuża to czas operacji przekazyw ania danych i kom plikuje program m odułu M ASTER. M oduły SLA V E mogły być „pasyw ne” - traktowane przez M A ST E R ja k o rodzaj zestaw u zew nętrznych rejestrów o określonych adresach (rys.5a), ja k i m ogły być „aktyw nym i” m odułam i z w łasnym procesorem realizującym operację w y­

m iany danych przez m agistralę system ow ą po otrzym aniu przerw ania generowanego przez m oduł M A STER . W obecnie prezentow anym system ie każdy m oduł m oże przejąć kontrolę nad m agistralą sy stem o w ą i stać się pakietem M A STER w ybierającym dow olny inny moduł jako SLAVE.

84 A. Cioska, Z. Rym arski

(a) (b)

(c)

MASTER MOOE

R ys.5. S chem aty b lo k o w e m odułów : „ P asy w n y ” m o d u ł SLA V E w system ie z jed n y m d ed y k o w an y m m odułem M A S T E R (a); „A k ty w n y ” m o d u ł SLA V E w system ie z jed n y m d edykow anym m odułem M A ST ER (b);

U n iw ersaln y m o d u ł M A ST E R /S L A V E w prezentow anym w ielom odułow ym system ie (c)

Fig.5. B lock d iagram s o f the m odules: the „passive” Slave m odule in th e system w ith the only one dedicated M aster m o d u le (a); the “active” Slave m odule in the system w ith the only o n e dedicated M aster m odule (b); the u niversal M aster/S lave m odule in the m ultim odule system presented in this paper (c)

M agistrala system ow a składa się z linii dostępnych dla w szystkich pakietów i kilku spe­

cjalizow anych linii kontrolnych łączących konkretne pakiety, tak ja k przedstaw iono na rys.6.

Z autom atyzow any system pom iarow y do badania pola.. 85

UNIK MAGISTRALI WSPÓt.NK DLA WSZVSTK1CW PAKI KTÓW SYSTRMD

Linia arfcUrału • »teniwani* » łryi

•ft k»Wa5^8

Linia «uKcth^*<lr»u Y*>i»rulurły AST Linia

iüfftmjüi

rcssfiasja-DW^BT'

T .*!•

T.KU /apfciirjamcii W «#'

Linia itioxtnia ła jd a k i

h-hn

l.inla »ufa»»«»!« n»ąma»ci hitfera »yjtcłKaga karp f.r»clijąctj »

irytńe

Rys.6. Schem at blokow y prezentow anego system u sterow ania i pom iaru silników Fig.6. B lock diagram o f th e m otor m easuring system

K ażdy pakiet, który chce pełnić funkcję M ASTER, spraw dza linię arbitrażu. Jeżeli jest ona w stanie aktyw nym , to oznacza, że inna karta ju ż przejęła sterow anie magistralą. Jeżeli je st ona nieaktyw na, to w ym usza jej stan aktyw ny, uniem ożliw iając innym kartom przejście w tryb M A STER . Karta, która pełni funkcję M ASTER, w ystaw ia statyczny (na czas wymiany danych) adres karty, która m a pełnić funkcję SLAVE. N astępnie karta M A ST E R w ysyła na m agistralę sy stem ow ąjednobajtow y rozkaz, generując na m agistrali rów nocześnie sygnał za­

pisu danych. R ozkaz ten zostaje zapisany do bufora wejściow ego karty SLA V E (o ustalonym na m agistrali statycznym adresie), która po tej operacji w ystaw ia na m agistralę sygnał zajęto- ści bufora w ejściow ego, uniem ożliw iający karcie M A STER dalszy zapis. Sygnał zajętości bufora zostaje autom atycznie zerowany po odczycie przez SLA V E bufora wejściowego. W przypadku rozkazu odczytu danych ze SLAVE karta SLAVE po zdekodow aniu go zapisuje do sw ojego bufora w yjściow ego bajt danych. O peracja zapisu do bufora w yjściow ego powoduje autom atyczne w ystaw ienie przez SLA V E na m agistralę aktywnego sygnału gotow ości bufora w yjściow ego do odczytu. A ktyw ność tej linii je st w arunkiem odczytu tego bufora przez M A STER. O dczyt bufora przez M A STER pow oduje zerowanie sygnału gotow ości. Po każ­

dym jednobajtow ym rozkazie odczytu następuje odczyt bajtu danych. Przy zapisie danych przez m agistralę sy stem o w ą najpierw je st w ysyłany bajt rozkazu zapisu bajtu danych, a po przejściu linii zgłoszenia zajętości bufora wejściow ego w stan nieaktyw ny zapisywany jest

86 A. Cioska, Z. Rym arski

obligatoryjnie bajt danych. Przedstaw iona kolejność: zapis bajtu rozkazu i odczyt lub zapis bajtu rozkazu i zapis bajtu danych, m usi być zachow ana ze w zględu na autom atykę działania zunifikow anego dla w szystkich pakietów interfejsu m agistrali system ow ej. Ten interfejs oparty je s t na układzie logiki program ow alnej PA LC E 26V 12H -15/PC 4. Interfejs poszcze­

gólnych pakietów różni się jed y n ie w pisanym do układu PLD adresem w yboru karty z m agi­

strali. Pew ne funkcje interfejsu na niektórych kartach m o g ą nie być w ykorzystyw ane - np.

karta przetw ornika obrotow o-kodow ego w irnika nigdy nie będzie pełnić roli M A STER , ale dla unifikacji m a zainstalow any układ PLD , identycznie oprogram ow any ja k np. karta gene­

ratora PW M , która zarów no w ydaje rozkazy ja k o M A ST E R (np. odczytu prędkości obroto­

w ej), ja k i przyjm uje rozkazy ja k o SLA VE. Przyjęto także konw encję zapisu lub odczytu zaw sze najpierw starszego bajtu, który blokuje funkcje kontrolne pakietu SLAVE, a potem m łodszego bajtu danych, który te funkcje odblokow uje. Z apobiega to sterow aniu w oparciu o niepełne dane.

D rugim założeniem projektow ym system u (sprzętu i oprogram ow ania) je s t m ożliw ość autonom icznej pracy każdego z pakietów , bez instalacji układów interfejsu. K ażda karta ma w łasny interfejs szeregow y RS232 um ożliw iający załadow anie param etrów pracy z kom pute­

ra nadrzędnego, a jej zestaw lokalnych w skaźników i przycisków um ożliw ia indyw idualne sterow anie jej funkcjam i. W szystkie rozkazy zapisu i odczytu param etrów przez magistralę sy stem o w ą s ą zdublow ane przez łącze szeregow e, a żądanie odczytu lub zapisu danych z nie obsadzonej karty poprzez m agistralę system ow ą nie m oże spow odow ać zaw ieszenia pracy karty M A ST E R , ani spow olnić innych jej funkcji. D latego oprogram ow anie nie zaw iera pętli w ew nętrznych głów nej pętli program u, lecz cyklicznie (ograniczona liczba cykli w ograni­

czonym czasie) spraw dza w arunki zapisu/odczytu z m agistrali w kolejnych obiegach pętli głów nej.

K om puter nadrzędny m a program zarządzania całością system u poprzez w ybrany pakiet (który po zdekodow aniu „szeregow ych” rozkazów dla innych pakietów transm ituje je dalej w trybie M A ST E R poprzez m agistralę system ow ą) oraz program y bezpośredniego sterow ania innym i kartam i (w trybie ich autonom icznej pracy), nie w ykorzystyw ane w w ielopakietow ym trybie pracy system u. Program y bezpośredniego sterow ania pakietam i m o g ą b yć w ykorzysta­

ne w trybie testow ania poszczególnych m odułów.

Rozkazy przez łącze szeregow e są przesyłane w form acie zbliżonym do formatu M O D B U S-A SC II. S tandardow a ram ka (adres pakietu, bajt rozkazu, pole danych, LRC , bajty kontrolne) m a 29 bajtów.

N atom iast ram ka przesyłu param etrów rozruchu lub zm iany prędkości obrotowej - zaw ­ sze poprzedzona rozkazem zapisu bloku param etrów - m a zm ienną długość zależną od zapro­

gram ow anej liczby n kroków zm iany (m aksym alnie n=400) rozruchu/zm iany - 17+12*n baj­

tów ASCII.

Z autom atyzow any system pom iarowy do badania pola.. 87

Trzecim założeniem projektow ym system u je s t bezpieczeństwo operacji pakietów - w szystkie w yjścia/w ejścia podłączone do części m ocy są optoizolow ane. Ze w zględu na to założenie system zrealizow ano w tak zwanej dwupoziom owej architekturze, gdzie sterowanie je st um ieszczone w całości na „niskonapięciow ym poziom ie”, a na „w ysokonapięciow ym po­

ziom ie” są je d y n ie elem enty bezpośrednio sterujące kluczami przetw ornicy (IR2101).

W niniejszym artykule przedstaw iono dw a pakiety - program ow alnego generatora PWM i karty przetw ornika obrotow o-kodow ego w irnika realizującej rów nocześnie pom iar bieżące­

go kąta położenia w irnika, program ow y pom iar prędkości obrotowej silnika i generującej im ­ puls dla system u pom iarow ego, gdy położenie w irnika je s t zgodne z zadaną w artością.

G enerator PW M zbudow ano w oparciu o standardowy procesor SAB80C535 firmy Sie­

m ens i specjalizow any kontroler SA8282 firm y M itel. Idea sterow ania rozruchem lub zm ianą prędkości obrotow ej je s t taka, że zakłada się liczbę kroków rozruchu/zm iany pom iędzy usta­

lonym i prędkościam i początkow ą i końcową, przyjm uje się dwie stałe czasowe i inne przed­

staw ione dalej param etry, a następnie liczy się czasy poszczególnych kroków. Jako końcow ą w artość u stalo n ą w obliczeniach przyjm uje się fend± 0 .0 1 1 ftrK,-fbcg,n I /n.

D la czasu t=0 n a silnik podaw any je st przebieg o pierwszej wyliczonej częstotliwości, a do licznika czasu sterow nika w pisyw ana je s t długość pierw szego kroku. Po ostatnim kroku (n+1 krok), gdy teoretycznie obliczona wartość częstotliw ości je st zgodna z w artością końco­

w ą na silnik je s t podaw any przebieg o częstotliw ości ustalonej końcowej fcnd. W kolejnych krokach błąd trajektorii częstotliw ości sterow ania silnikiem nie przekroczy A f = I fend-fbeg¡„ I In.

W przypadku dużej liczby kroków n m oże się okazać, że dokładność ustaw iania częstotliw o­

ści (w ynikająca z m inim alnego przyrostu czasu 1 ms w obliczeniach) je st m niejsza niż Afend =

± 0 .0 1 I fend-fbcgiJ /ri i w kilku ostatnich krokach (ale nie po ostatnim ) częstotliw ość je st usta­

w iana na w artość fmd.

D okładność obliczeń poszczególnych chw il zm iany częstotliw ości w ynosi 1 ms. D o licz­

nika czasu dane o chw ilach przełączeń zapisyw ane są z dokładnością 10 ms, poniew aż i tak je st to przyjęty m inim alny czas, w którym karta enkodera m usi w yliczyć chw ilow ą prędkość.

A m plituda generow anego przebiegu określona przez w spółczynnik w ypełnienia im pul­

sów pow inna się zm ieniać proporcjonalnie do zm ian częstotliwości m odulującej, lecz dla naj­

niższych częstoliw ości przebiegu zasilającego należy podać pew ną m in im aln ą różną od zera, w artość am plitudy (zw ykle ok. 20% m aksym alnej am plitudy), poniew aż w innym przypadku start prędkości obrotow ej silnika rozpocznie się dopiero przy dostatecznie dużej am plitudzie napięcia zasilającego silnik indukcyjny, a w przypadku zasilania silnika synchronicznego w niektórych przypadkach m oże w o góle nie nastąpić rozruch.

88 A. Cioska, Z. Rym arski

W stępne ustaw ianie częstotliw ości nośnej fcair (rzędu kilku kH z) um ożliw ia pracę z róż­

nego typu przetw ornicam i D C/A C. U kład SA828 liczy częstotliw ość przebiegu w yjściow ego w specyficzny sposób, co pow oduje, że uzyskiw ana częstotliw ość różni się od w stępnie za­

daw anej. Jeżeli fclock = 10 M H z, = 4882.8 kH z, f[angc = 101.7 Hz, to dokładność ustawień częstotliw ości nośnej w ynosi około 0.025 Hz, co daje m aksym alny błąd zadawanej prędkości obrotow ej 0 .1 5 /p o b r/m in , gdzie: p - liczba par biegunów.

Podczas pracy silnika w stanie ustalonym prędkość obrotow a je s t m ierzona i przesyłana co 2 s do kom putera nadrzędnego. B łąd pom iaru prędkości w stanie nieustalonym je st w ięk­

szy (m aksym alnie około 1.5% dla 1800 obr/m in, czyli 27 obr/m in) niż błąd zadaw ania pręd­

kości przez generator PW M .

P om iar chw ilow ych w artości prędkości obrotowej m a znaczenie przy dobieraniu zakresu stałych czasow ych zm iany prędkości obrotow ej, poniew aż pozw ala to w konsekwencji na identyfikację w łasności dynam icznych układu. Pom iar ustalonej prędkości obrotow ej silnika synchronicznego przy stałym m om encie obciążeniu (w realizow anym system ie pom iarow ym ) m a znaczenie kontrolne.

Prędkość ch w ilo w ą należy m ierzyć albo poprzez liczenie czasu obrotu w irnika o zadany kąt, albo poprzez liczenie kąta obrotu w zadanym czasie. O bie te m etody są tym dokładniej­

sze, im dłuższy je st czas pom iaru prędkości (dłuższy czas obrotu o zadany kąt lub dłuższa zm iana o w iększy kąt w zadanym czasie), co je s t równoznaczne z tym , że pierw sza m etoda je s t dokładniejsza dla m ałych prędkości, druga zaś dla dużych.

Z ałożony zakres zm ian prędkości obrotow ej przyjęto w granicach od 0 do 6000 obr/min.

B łąd pierw szej m etody zależy od błędu pom iaru czasu zm iany kąta o 360°/1024, poniew aż używ any je s t enkoder z 10-bitow ym kodem G raya i m ożna przerw ać program procesora co d ru g ą zm ianę L SB , który zm ienia się co 2*36071024. Jeżeli stosuje się procesor DALLAS 80C 320 z 12 M H z zegarem i odpow iednią k orekcją program u, to błąd ten je st równy TOTOr = 2 ps. B łąd w zględny m etody liczenia czasu je s t w yrażony zależnością (2), a prędkość obroto­

w a relacją (1).

D w ubajtow y licznik T l pozw ala na określenie najniższej prędkości obrotowej 3.6 obr/m in. Poniżej tej prędkości następuje przepełnienie licznika i program ow e w pisanie 0 do obu bajtów prędkości.

W drugiej m etodzie pom iaru zliczana je st liczba przerw ań (generow anych przy obrocie w irnika o kąt 4 * 3 6 0 7 1 0 2 4 ) w czasie 10 m s (czyli je s t to czas jednego obrotu w irnika przy prędkości 6000 obr/m in). Bezw zględny błąd tej m etody w ynosi ±1 przerw anie. W zględny błąd tej m etody m aleje ze w zrostem prędkości i je st w yrażony relacją (4), zaś prędkość okre­

ślona je s t re la c ją (3). S ystem zaw sze zbiera dane do obu m etod pom iaru prędkości, ale do ob­

liczeń w ybiera tę, która dla bieżącej prędkości obrotowej daje m niejszy błąd zgodnie z ry s.7.

W ten sposób m ożna ograniczyć błąd w zględny do około 1.5% dla prędkości 1800 obr/min, przy której zm ienia się m etodę.

Zautom atyzow any system pom iarow y do badania pola.. 89

Błąd pomiaru prędkości obrotowej

1,60%

1 .4 0 % ---tN 1.2 0 % --- X 1 ,0 0 % --- X --- 0,80%

0,60%

0,40%

0,20%

0,00%

101 201 301 401 501

Prędkość obrotowi/10 [rpnY10]

Rys.7. B łąd po m iaru prędkości obrotow ej z o p ty m aln ą zm ian ą m etody pom iaru Fig.7. The relative error o f speed m easurem ent

Prędkość obrotow a i w zględny błąd m etody przy pom iarze czasu zm iany kąta obrotu o 4 *360°/l 024:

1 1000000r , . . .

Vob, =:= ---60 [rp m ] , (1)

1 1

8 ^{( t} _ t \ T

V counted e r r o r / counted

obr “ * | ‘ \~ )

Prędkość obrotow a i w zględny błąd m etody przy pom iarze liczby zm ian kąta wirnika o 4*360°/1024 w czasie 10 ms:

100 r ! . ..

= n ptOTW„ 60 — [ r p m ] , ( 3 )

256

O1™™, ± l) - n „

(4)

3. P O D SU M O W A N IE

Z aprezentow ano system pom iarow y do w yznaczania rozkładów przestrzenno-czasowych indukcji m agnetycznej w szczelinie powietrznej niesym etrycznych m aszyn indukcyjnych.

System został praktycznie spraw dzony dla jednego toru pom iarow ego, bez autom atycznej re­

gulacji w zm ocnienia w tym torze, bez m ikroprocesorow ego układu w ym uszającego napię­

ciow e zasilanie badanej m aszyny i z podstaw ow ą w ersją m ikroprocesorow o sterow anego fa­

low nika bez m ożliw ości kształtow ania dynam iki dochodzenia prędkości obrotowej maszyny synchronicznej do zadanej prędkości ustalonej. W oprogram ow aniu położono głów ny nacisk n a odporność transm isji na zakłócenia, tworząc algorytm y transm isji w ielokrotnie sprawdza­

ją ce (np. spraw dzając transm isję zw rotną) transm itow ane dane. W tak zbudow anym podsta­

w ow ym system ie spraw dzono praw idłow ość przedstaw ionej koncepcji i m ożliw ość jej reali­

90 A. Cioska, Z. Rym arski

zacji (pom iary m ałych napięć w obecności znacznych zakłóceń [3] oraz w ielkość błędów odtw arzania, zm ierzonych przebiegów , w ynikających z szybkości i dokładności stosow anych układów ). O drębnym , niezw ykle istotnym problem em , realizow anym jed n ak przez odrębny zespół niż autorzy artykułu, je s t w ykonanie m ikrocew ek pom iarow ych (technologią napyla­

nia) i um ieszczenie ich w badanej m aszynie indukcyjnej.

LITER A TU R A

1. C ioska A ., Janik T.: M etoda pom iaru rozkładu pola m agnetycznego w szczelinie pow ietrz­

nej m ałych m aszyn elektrycznych prądu przem iennego. O B R M E "EM A -K O M EL", Z e­

szyty P roblem ow e 20/74.

2. N ow acki Z.: M odulacja szerokości im pulsów w napędach przekształtnikow ych prądu przem iennego. PW N , W arszaw a 1991.

3. C ioska A., G oław ski G.: Problem y pom iaru m ałych sygnałów napięciow ych w obecności silnych zakłóceń. Z eszyty P roblem ow e 50/95 M aszyny E lektryczne, BO B RM E

"K O M EL", K atow ice 1995. M ateriały konferencyjne, IV Sem inarium Techniczne, Kato- w ice-U stroń, 24-26 m aja 1995, str. 4 2-49.

4. C ioska A ., R ym arski Z.: S ystem pom iarow y niesym etrycznych m aszyn indukcyjnych małej i średniej m ocy. Z eszyty N aukow e Pol. Śląskiej, seria E lektryka z. 138, G liw ice 1994.

5. C ioska A., R ym arski Z.: Stanow isko laboratoryjne do zautom atyzow anych pom iarów m a­

szyn in dukcyjnych małej i średniej m ocy. Zeszyty Problem ow e 48/94, O B R M E „EM A- K O M E L ”, K atow ice 1994.

6. C ioska A ., Janczak A.: W ielokanałow y układ do pom iaru rozkładów przestrzenno- czasow ych indukcji m agnetycznej w szczelinie pow ietrznej niesym etrycznych m aszyn in­

dukcyjnych. Z eszyty N aukow e Pol. Śląskiej, seria E lektryka z. 138, G liw ice 1994.

Recenzent: Dr hab. inż. B ronisław Tom czuk

W płynęło do R edakcji dnia 10 kw ietnia 2000 r.

A bstract

The paper show s a m easuring system for determ ining the spatial distribution o f m agne­

tic induction in sm all and m edium pow er non sym m etrical induction m otors, by m aking a se­

ries o f induction tim in g s' exam inations by m eans o f proper m icro coils installed w ith the po ­ ssibility o f shifting them in the air gap. The original concept o f m easurem ents in precisely determ ined electrom agnetic conditions has been developed. The paper presents the concept and realisation o f this m easuring system that consists o f a device generating the supplying

Zautom atyzow any system pom iarow y do badania pola. 91

voltage (w ith a program m able m agnitude, basic frequency and contents o f harm onics), a devi­

ce collecting and storing results o f m easurem ent from sensors (installed in tested engine) and m icroprocessor controlled dc/ac converter generating 3 phase voltage, supplying the synchro­

nous engine (forcing the rational speed o f the tested engine). All three subsystem s co-operate w ith an IB M /PC com patible host com puter, to w hich the stored m easurem ent results are transm itted through the standard serial interface RS232C. Each o f the subsystem s can work separately and can be controlled by means o f a user interface: authonom ical keyboard and m ultiposition alphanum erical LCD module. Each subsystem has battery pow ered memories (RA M ) in w hich the subsystem param eters and collected data are stored. Such a design makes it possible to use the system in places rem ote from the host com puter after initial setting up.

The paper presents the choice o f perform ance param eters for the com ponents o f particular subsystem s (such as conversion tim es, settling tim es, slew rates etc. o f converters and analo­

gue com ponents and tim e o f com pleting some instructions by em bedded controllers) from point o f view o f the accuracy o f program m ed wave forms generation and the accuracy o f m e­

asurem ents. There are show n the unique, non-standard solutions o f the existing system, spe­

eding it, such as D M A in the system w ith an em bedded m icrocontroller in the multichannel m easurem ent subsystem , use o f parallel, com plem entary loaded program m able counters in the converter controller and others. A part from this, there are briefly show n problem s with cre­

ating the softw are, th at has to solve the problem o f faults in the transm itted data, caused by periodic and random noise. A special protocol o f serial data transm ission through the RS232C interface to the host IBM /PC com patible com puter has been developed to elim inate the errors o f transm ission th at can appear in the presence o f interfaces. A t the end o f the paper there is presented the actual state o f the system together w ith the direction o f its further rebuilding and m odernising.