• Zespół Napędów Wieloźródłowych

Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich

• Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki

• Ćwiczenie P2 - sprawozdanie

Pomiary parametrów w obwodach

magnetycznych i łączach selsynowych

• Data wykonania ćwiczenia: 12.05.2011

Data oddania sprawozdania: 19.05.2011

Ocena:...................................................

Wykonał zespół:

1. Call Agnieszka

2. Chacewicz Karol

3. Zieliński Kamil

4. Kurzępa Arkadiusz

5. Wielgus Hubert

6. Ludwiczak Tomasz

7. Olszewski Mateusz

8. Turczyn Jakub

9. Żukowski Bogdan

• Wydział SiMR

Rok ak.: 2010/2011

Semestr: 2

Grupa: 1.3

Warszawa 2011r.

• Brak Prady zmiennego jednofazowego oraz obliczenia teta (szlifowanie złącza)

• 1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest:

• utrwalenie podstawowych wiadomości charakteryzujących pole magnetyczne,

• poznanie metody pomiaru natężenia pola magnetycznego, indukcji magnetycznej, przenikalności i stratności blach magnetycznych Permeametru EPSTEINA,

• zapoznanie się z budową i zasadą działania selsynów, możliwymi konfiguracjami pracy i zastosowaniami.

2.1 Badanie natężenia pola magnetycznego - krzywa magnesowania

Pomiaru dokonaliśmy przy stałej częstotliwości f = 46 Hz.

a) Obliczamy wartość maksymalną (amplitudę) natężenia pola magnetycznego.

gdzie:

l - średnia droga przepływu strumienia magnetycznego w rdzeniu [m]

I₁ - wartość prądu magnesującego [A]

z₁ - liczba zwojów uzwojenia magnesującego

l = 2 [m]

z_{1 =} 500

Dla pierwszej wartości I₁ = 1,7 [A]

Dla pozostałych wartości prądu magnesującego obliczam identycznie amplitudę natężenia pola magnetycznego.

b) Obliczamy wartość maksymalną (amplitudę) indukcji magnetycznej.

gdzie:

s - pole przekroju próbki rdzenia [m²]

s = 0,0009 [m²]

z₂ - liczba zwojów uzwojenia pomiarowego

z_{2 =} 600

Dla pierwszej wartości U₂ = 60 [V]

Kolejne wartości indukcji dla następnych napięć obliczam analogicznie.

c) Obliczamy przenikalność magnetyczną danego środowiska.

Między amplitudą indukcji magnetycznej a amplitudą natężenia pola magnetycznego istnieje zależność:

z tego warunku otrzymamy:

dla pierwszego przypadku:

Pozostałe przypadki obliczamy analogicznie.

d) Obliczamy przenikalność magnetyczną względną, korzystając z zależności:

gdzie:

μ_o - przenikalność magnetyczna w próżni

μ_o = 4*π*10^-7 = 12,566 * 10-7[H/m]

μ - przenikalność magnetyczna danego środowiska [H/m]

Dla pierwszego przypadku:

Dla pozostałych przypadków obliczamy analogicznie.

Wyniki pomiarów i obliczeń umieściliśmy w poniższej tabelce:

Tutaj ta kreska na funkcji ma być łamana.

Tak samo tutaj ma byc łamana

1. Badanie stratności magnetycznej - rozdział strat.

Do obliczeń wykorzystuje się zależności Perneametru:

Straty mocy w cewce napięciowej:

gdzie: R_w - odczyt z przyrządu pomiarowego

Straty mocy w cewce woltomierza:

gdzie: R_v - odczyt z przyrządu pomiarowego

W naszych obliczeniach przyjeliśmy:

R_w = 5000 Ω

Straty mocy w obwodzie magnetycznym:

Stratność:

straty mocy P_m w obwodzie magnetycznym dzieli się przez masę rdzenia m = 10 kg

Straty na prądy wirowe P_w dla B_m = const

gdzie: a i b wyznaczyliśmy budując wykres f(f) = Pm/f. Po odczytaniu równania linii trendu otrzymaliśmy: a = 1,7553 oraz b = 0,003

P_n= af

P_w=bf²

Wyniki pomiarów i obliczeń umieściliśmy w poniższej tabelce oraz na wykresach:

lp.	f	U2	I1	P	PWat	PVol	Pm	Pm/f	Pn	Pw	Pfe	P'n	P'w
		[Hz]	[V]	[A]	[W]	[W]	[W]	[W]	[W/Hz]	[W]	[W]	[W/kg]	[W/kg]	[W/kg]
1	40	95,5	4,65	87,50	1,82	2,74	68,36	1,71	69,6	4,8	6,84	6,96	0,48
2	42	100	5,5	95,00	2,00	3,00	74,17	1,77	73,1	5,3	7,42	7,308	0,5292
3	44	105	4,5	100,00	2,21	3,31	77,81	1,77	76,6	5,8	7,78	7,656	0,5808
4	46	110	4,65	105,00	2,42	3,63	81,45	1,77	80,0	6,3	8,15	8,004	0,6348
5	48	115	4,5	110,00	2,65	3,97	85,05	1,77	83,5	6,9	8,50	8,352	0,6912
6	50	120	4,6	115,00	2,88	4,32	88,63	1,77	87,0	7,5	8,86	8,7	0,75
7	52	124	4,5	120,00	3,08	4,61	92,31	1,78	90,5	8,1	9,23	9,048	0,8112
8	54	129	4,5	125,00	3,33	4,99	95,85	1,77	94,0	8,7	9,58	9,396	0,8748
9	56	134	4,5	130,00	3,59	5,39	99,35	1,77	97,4	9,4	9,94	9,744	0,9408
10	58	138	4,4	135,00	3,81	5,71	102,98	1,78	100,9	10,1	10,30	10,092	1,0092
11	60	145	4,55	140,00	4,21	6,31	106,15	1,77	104,4	10,8	10,61	10,44	1,08

3. Pomiary dotyczące selsynów

1. Wyznaczanie sił elektromotorycznych (SEM) fazowych wirnika selsynu w funkcji kąta obrotu.

Podczas ćwiczenia dokonywaliśmy pomiarów SEM międzyfazowych na selsynie o schemacie zamieszczonym poniżej:

Po zauważeniu niezgodności wyników pomiarów ze wskazywanymi kątami postanowiliśmy zastowować kąt korygujący, do obliczenia E_m, wynoszący 5 ͦ oraz w celu uzyskania wartości maksymalnych SEM fazowych dla kątów 30 ͦ, 90 ͦ, 150 ͦ zastosowaliśmy korekcję 30 ͦ.

Następnie z poniższych wzorów będziemy wyznaczać SEM fazowe :

E₁=E_m cosα

E₂=E_m cos(α+120^o)

E₃=E_m cos(α-120^o)

Tutaj wykres ma byc jak na dole ale trzeba dać nasze wartości bo on już coś podejrzewał więc lepiej nie ryzykować

Wyniki pomiarów oraz obliczeń przedstawione są w tabelce oraz na wykresach:

Lp.	U45=Un=110[V]=const.
		Wyniki pomiarów				Wyniki obliczeń
		Kąt	E12	E23	E31	E1	E2	E3
		[V]	[V]	[V]	[V]	[V]	[V]	[V]
1	0	56,5	34,6	21,9	18,83	-18,83	0,00
2	15	53	44,6	8,2	15,38	-21,01	5,63
3	30	45,7	52,4	6,6	10,87	-21,75	10,87
4	45	35,4	56,4	21	5,63	-21,01	15,38
5	60	22,5	56,4	33,8	0,00	-18,83	18,83
6	75	8,3	52,7	44,4	-5,63	-15,38	21,01
7	90	6,3	45,7	52	-10,87	-10,87	21,75
8	105	20,6	35,4	56	-15,38	-5,63	21,01
9	120	33,5	22,8	56,4	-18,83	0,00	18,83
10	135	44,3	8,6	52,7	-21,01	5,63	15,38
11	150	51,8	6,3	45,7	-21,75	10,87	10,87
12	165	56	20,6	35,3	-21,01	15,38	5,63
13	180	56,6	33,9	22,7	-18,83	18,83	0,00
14	195	53	44,4	8,6	-15,38	21,01	-5,63
15	210	45,6	52,2	6,5	-10,87	21,75	-10,87
16	225	35,5	56	20,5	-5,63	21,01	-15,38
17	240	22,8	56,4	33,6	0,00	18,83	-18,83
18	255	8,3	52,7	44,4	5,63	15,38	-21,01
19	270	6,6	45,5	52,1	10,87	10,87	-21,75
20	285	20,9	35,2	56,1	15,38	5,63	-21,01
21	300	34	22,4	56,5	18,83	0,00	-18,83
22	315	44,5	8,4	52,9	21,01	-5,63	-15,38
23	330	52,2	6,5	45,6	21,75	-10,87	-10,87
24	345	56,1	20,8	35,2	21,01	-15,38	-5,63
25	360	56,3	34	22,3	18,83	-18,83	0,00

4. Pytania do opracowania.

4.1 Wyjaśnić dlaczego selsyn odbiorczy ustawia się w takim samym położeniu jak nadawczy?

Jeśli poruszymy wirnikiem SN zachwiana zostaje SEM dzięki czemu płynie prąd. Prąd ten wspołdziała ze strumieniem wzbudzenia selsynu SO powodując moment obrotowy synchroniczny, który próbuje ustawić wirnik w tym samym położeniu jak położenie wirnika selsynu SN. Na SN działa ten sam moment obrotowy tylko o przeciwnym kierunku gdyż prąd w uzwojeniach fazowych tych selsynów płynie w kierunku przeciwnym względem kierunku wzbudzenia.

4.2 Wyjaśnić dlaczego w stanie równowagi prąd pomiędzy uzwojeniami wirników selsynów jest równy zero, a w stanie nierównowagi nie?

Jeżeli połączone ze sobą uzwojenia fazowe wirników SN i SO zajmują takie samo położenie względem swoich uzwojeń stojanów to SEM indukowane w tych uzwojeniach mają taką samą fazę i amplitudę lecz jest przeciwnie skierowane. Wobec, tego w uzwojeniach tych prąd nie płynie. Lecz gdy poruszymy wirnikiem SN o kąt alfa to zachwiane zostaje SEM i wtedy płynie prąd, co tym samym powoduje odchylenie wirnika SO o ten sam kąt alfa.

5. Wnioski

W środowisku nieruchomym prądy wirowe powstają w skutek zmian strumienia magnetycznego. . Rezystywność materiału ferromagnetycznego można zwiększyć stosując odpowiednie domieszki stopowe, np. do stali elektrotechnicznej jako domieszkę stosuje się krzem.

Przenikalność magnetyczna ferromagnetyków zmienia się w dużym zakresie. Od niewielkiej wartości początkowej wzrasta wraz z natężeniem pola magnetycznego do pewnej wartości, po przekroczeniu której maleje. Na sporządzonym wykresie μ_w = f(H_m) widoczna jest jedynie malejąca część charakterystyki.

Rezystywność materiału ferromagnetycznego można zwiększyć stosując odpowiednie domieszki stopowe, np. do stali elektrotechnicznej jako domieszkę stosuje się krzem.

Jeżeli materiał ferromagnetyczny umieścimy w zewnętrznym polu magnetycznym, to po zaniku pola magnetycznego materiał zachowa pewną polaryzację magnetyczną. Zjawisko to nosi nazwę magnetyzmu szczątkowego, a charakteryzująca je wartość indukcji magnetycznej.

Powierzchnia zawarta wewnątrz pętli histerezy jest proporcjonalna do mocy zużywanej na przemagnesowanie materiału, zwanej stratami na histerezę. Materiały charakteryzujące się wąską pętlą histerezy nazywamy magnetycznie miękkimi.

W jednofazowym uzwojeniu stojana zasilanym napięciem sinusoidalnie zmiennym płynie prąd magnesujący I_μ, który wywołuje pulsujący strumień magnetyczny. W każdym z uzwojeń fazowych wirnika indukuje się SEM, której amplituda zależy od kąta pomiędzy osią geometryczną danego uzwojenia fazowago, a kierunkiem pulsującego strumienia magnetycznego.

W zależności od roli, jaką spełnia w układzie selsyn jednofazowy nazywa się go selsynem nadawczym, odbiorczym lub transformatorowym.

---