Cel i opis ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyk strumieniowych dla silnika prądu stałego i porównanie ich z charakterystykami otrzymanymi na podstawie obliczeń. Charakterystyki te stosuję się do regulacji prędkości obrotowej silników elektrycznych. Strumieniowe sterowanie silnikiem jest efektywną metodą, ponieważ nie generuje ona dużych strat mocy, tak jak dzieje się np. w przypadku regulacji oporowej.
Wykonaliśmy serie pomiarów prądu i odpowiadających im prędkości obrotowych silnika dla dwóch rezystorów wpiętych równolegle do uzwojenia stojana.
Wyniki pomiarów:
Dane otrzymane na pierwszym ćwiczeniu:
Oporność wirnika: 0.17Ω
Oporność stojana: 0.4Ω
Przekładnia amperomierza: 4 / 1.7 = 3.08
Oporniki wpinane równolegle do uzwojenia stojana:
Rb0 = 0.39Ω
Rb1 = 1Ω
Wyniki pomiarów prędkości obrotowych w zależności od wpiętego w obwód oporu, oraz wyliczenie siły elektromotorycznej.
charakterystyka pomiarowa podstawowa |
||
wskazanie amperomierza |
I [A] |
n [obr/min] |
2,5 |
7,69 |
1350 |
3 |
9,23 |
1160 |
3,5 |
10,77 |
1020 |
4,25 |
13,08 |
820 |
5 |
15,38 |
700 |
6 |
18,46 |
600 |
7,25 |
22,31 |
500 |
charakterystyka pomiarowa dla Rb0 |
||
wskazanie amperomierza |
I [A] |
n [obr/min] |
3,8 |
11,69 |
1380 |
4,1 |
12,62 |
1280 |
4,3 |
13,23 |
1220 |
5,3 |
16,31 |
960 |
6,4 |
19,69 |
800 |
6,8 |
20,92 |
740 |
7,3 |
22,46 |
700 |
charakterystyka pomiarowa dla Rb1 |
||
wskazanie amperomierza |
I [A] |
n [obr/min] |
2,6 |
8 |
1420 |
2,9 |
8,92 |
1300 |
3,1 |
9,54 |
1180 |
3,4 |
10,46 |
1100 |
3,7 |
11,38 |
1020 |
3,9 |
12 |
960 |
4,7 |
14,46 |
800 |
5,7 |
17,54 |
640 |
6,8 |
20,92 |
560 |
7,2 |
22,15 |
540 |
Analiza wyników:
Linią przerywaną na obu wykresach jest zaznaczona jest funkcja linowa (a·x + b), według której będą obliczane wartości E, w zakresie, w którym nie możemy posłużyć się wykresem wykonanym na podstawie wartości odczytanych na laboratorium.
Wykres dla dołączonego oporu Rb0, funkcja: 2.52·x + 2.9:
Następnie wyliczamy stopień osłabienia strumienia:
stąd:
Osłabienie wzbudzenia dla rezystora Rb0 wynosi
. Na podstawie tego współczynnika i powyższego wykresu możemy odczytać wartość E' dla wartości prądu która stanowi 0.5 wartości prądu wyjściowego. Korzystając ze wzoru
możemy obliczyć obroty silnika, po zastosowaniu rezystora osłabiającego strumień magnetyczny.
Rb0 |
|||||
n [obr/min] |
I [A] |
E [V] |
I' [A] |
E' [V] |
n' [obr/min] |
1350 |
7,69 |
23,28 |
3,82 |
13,53 |
2323,62 |
1160 |
9,23 |
27,16 |
4,58 |
15,45 |
2038,82 |
1020 |
10,77 |
31,04 |
5,35 |
17,38 |
1821,66 |
820 |
13,08 |
36,85 |
6,5 |
20,27 |
1491,04 |
700 |
15,38 |
42,67 |
7,64 |
23,16 |
1289,87 |
600 |
18,46 |
50,42 |
9,17 |
27,01 |
1120,2 |
500 |
22,31 |
60,12 |
11,08 |
31,82 |
944,57 |
Wykres charakterystyki obliczeniowej dość znacznie odbiega od wykresu pomiarowego. Oprócz niedokładności przyrządów pomiarowych przyczyną może być to, że wykres E = f(I) w rzeczywistości powinien mieć inny przebieg niż ten który został przyjęty. Na laboratorium odczytywaliśmy obroty silnika dla wartości prądu, dla których fragment wykresu jest bliski funkcji liniowej, dlatego nie jesteśmy w stanie określić jego przebiegu w pozostałej części.
Analiza błędów pomiarowych:
klasa obrotomierza: 2
dokładność obrotomierza dla zakresu 120 - 480: 0.02 · 360 = 7.2 obr/min
dokładność obrotomierza dla zakresu 400 - 1600: 0.02 · 1200 = 24 obr/min
klasa woltomierza: 0.5
zakres woltomierza: 0 - 75V
dokładność pomiaru woltomierza: 0.005V · 75 = 0.375V
klasa amperomierza: 1
zakres amperomierza: 0 - 23.1A
dokładność pomiaru amperomierza: 0.01 · 23.1A= 0.231A