1

9. BADANIE SILNIKA BOCZNIKOWEGO

9. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z własnościami silnika bocznikowego oraz wyznaczenie

charakterystyk i sprawności badanego silnika.

9.1. Przebieg pomiarów

9.1.1. Pomiar rezystancji uzwojeń

Pomiaru rezystancji uzwojeń należy dokonać metodą techniczną według schematu przedstawionego na

rys.9.1.

A

R

E2

E1

B1

B2

V

A1

A2

+

Rys. 9.1. Schemat połączeń do pomiaru rezystancji: a/ uzwojenia bocznikowego, b/ uzwojenia twornika i

komutacyjnego

Badane uzwojenie zasila się napięciem stałym, wykonując po 3 pomiary dla obu uzwojeń. Wyniki

pomiarów zapisuje się do tabeli 9.1. i oblicza się wartość średnią rezystancji:

3

R

R

śr

∑

=

Tabela.9.1.

Uzwojenie bocznikowe

Uzwojenie twornika

U

a

I

R

śr

R

U

a

I

R

śr

R

L.p.

V A

Ω

Ω

V A

Ω

Ω

1

2

3

4

5

6

7

8

2

9.1.2. Wyznaczanie strat jałowych metodą biegu jałowego

Układ połączeń do wyznaczania strat jałowych metodą biegu silnikowego pokazany jest na rys.9.2.

V

V

n

0 220V =

÷

220V =

A

A

M

R

2

R

1

R

W

A1

A2

B1

B2

E2

E1

G

A1

A2

B1

B2

A

E2

E1

A

V

220V =

Rys.9.2. Schemat połączeń do badań silnika bocznikowego

Badany silnik nie powinien być sprzęgnięty z żadną maszyną. Pomiary wykonuje się dla stałej prędkości

obrotowej

. Prędkość obrotową reguluje się za pomocą zmiany prądu wzbudzenia

,

a napięcie zasilania

reguluje się przez zmianę przekładni transformatora prostownika zasilającego.

Pomiary wykonuje się zmieniając napięcie na zaciskach silnika od wartości

do wartości, przy

której prąd twornika będzie równy około

. Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 9.2., oraz oblicza

się:

const

n

n

n

=

=

n

w

I

U

n

U

3

,

1

U

=

n

I

15

,

0

a

a

R

I

U

E

−

=

- siła elektromotoryczna

Tabela.9.2.

Pomiary Obliczenia

U

a

I

w

I

n

E

0

P

ea

P

∆

0

P

∆

L.p.

V A A

min

obr

V W W W

1

2

3

4

5

6

7

8

Wartość rezystancji twornika

przyjmuje się z pomiarów w pkt.9.1.1.

a

R

a

0

UI

P

=

- moc pobrana przez twornik

a

2
a

ea

R

I

P

=

∆

- straty na rezystancji
uzwojenia twornika

ea

0

0

P

P

P

∆

−

=

∆

- straty jałowe.

3

Straty jałowe

Fe

m

0

P

P

P

∆

+

∆

=

∆

są określone jako suma strat mechanicznych

i strat w żelazie

. Dla dokonania rozdziału strat jałowych wykreśla się charakterystykę

, która przetnie oś

rzędnych w punkcie odpowiadającym wielkości strat mechanicznych.

m

P

∆

Fe

P

∆

)

E

(

f

P

2

0

=

∆

P

0

U

n

P

f(E )

0

=

2

P

f(E)

0

=

E,E

2

P

m

P

fe

Rys.9.3. Wykres strat jałowych silnika bocznikowego

9.3.3. Charakterystyki robocze – n, I,

η=f(M

2

) przy U=U

n

; I

w

=I

wn

Układ do zdejmowania tej charakterystyki przedstawiony jest na rys.9.2. Silnik doprowadza się do punktu

pracy znamionowej za pomocą oporników

. Następnie zmniejszając obciążenie opornikiem

wodnym

i utrzymując stałą wartość prądu wzbudzenia silnika

w

2

1

R

,

R

,

R

w

R

const

I

w

=

, mierzy się napięcie

, prąd

twornika oraz prędkość obrotową . Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 9.3. i oblicza się:

U

a

I

n

w

a

I

I

I

+

=

- prąd pobrany przez
silnik

a

a

R

I

U

E

−

=

- siła elektromotoryczna
silnika

a

2
a

ea

R

I

P

=

∆

- podstawowe straty
obciążeniowe

2

n

n

d

I

I

P

01

,

0

P

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

∆

- dodatkowe straty
obciążeniowe

w

w

UI

P

=

∆

- straty wzbudzenia

w

d

ea

0

P

P

P

P

P

∆

+

∆

+

∆

+

∆

=

∆

∑

- suma wszystkich strat

w

w

a

a

1

I

U

I

U

P

+

=

- moc pobrana z sieci

∑

∆

−

=

P

P

P

1

2

- moc oddana przez
silnik na wale

n

P

55

,

9

M

2

2

=

- moment obrotowy na
wale silnika

1

2

P

P

=

η

- sprawność silnika

4

Tabela.9.3.

Pomiary

U

a

I

w

I

n

Lp.

V A A

min

obr

1

2

3

4

5

6

7

8

Obliczenia

a

I

E

0

P

∆

ea

P

∆

W

P

∆

d

P

∆

∑

∆P

1

P

2

P

2

M

η

Lp.

A V W W W W W W

Nm -

1

2

3

4

5

6

7

8

W stanie ustalonym prędkość obrotowa silnika bocznikowego określona jest zależnością:

Φ

−

=

E

a

a

c

R

I

U

n

5

Charakterystyki robocze, czyli funkcje

)

M

(

I

,

n

2

=

oraz charakterystyka

)

M

(

f

2

=

η

przedstawione są na

rys.9.4

M

2n

I

n

0

n,I,

n

n

n

M

2

Rys.9.4. Charakterystyki robocze silnika bocznikowego

Jeżeli napięcie sieci

i strumień magnetyczny

Φ=const, tzn. prąd wzbudzenia

const

U

=

const

I

w

=

(przy pominięciu reakcji twornika), prędkość obrotowa silnika wynosi:

n

2

2

0

2

2

1

M

c

n

M

c

c

n

−

=

−

=

przy czym

- jest prędkością obrotową silnika w stanie jałowym. Widać zatem, że zależność

0

n

( )

2

M

f

n

=

jest w przybliżeniu linią prostą. Zgodnie ze wzorem

a

M

I

c

M

Φ

=

przy pominięciu reakcji twornika, prąd twornika ze wzrostem momentu rośnie prostoliniowo. Na skutek
reakcji twornika zmniejszającej strumień, wzrost prądu jest szybszy niż wynika to z zależności
prostoliniowej.

a

I

9.1.4. Charakterystyki regulacyjne n=f(U)

Charakterystykę regulacyjną

( )

U

f

n

=

wykonuje się przy stałej wartości prądu wzbudzenia

dla dwóch wartości momentu obciążenia na wale silnika:

const

I

I

wn

w

=

=

1. przy biegu jałowym

;

0

M

2

=

2. przy obciążeniu

n

2

2

M

5

,

0

M

≈

.

Przy zdejmowaniu charakterystyki dla

0

M

2

=

prądnica napędzana przez silnik jest niewzbudzona,

natomiast przy zdejmowaniu charakterystyki dla

n

2

2

M

5

,

0

M

=

prądnica jest obciążona tak, aby prąd

twornika silnika był stały o wartości równej

n

I

5

,

0

I

=

. Odpowiada to w przybliżeniu stałej wartości

momentu

. Pomiary wykonuje się według układu pomiarowego przedstawionego na rys.9.2

przy zmieniającym się napięciu zasilania

od zera do wartości 1,1

. Na podstawie pomiarów

zestawionych w tabeli 9.4 wykreśla się charakterystyki n=f(U) przy

n

2

2

M

5

,

0

M

=

U

n

U

const

I

I

wn

w

=

=

.

6

Tabela.9.4.

0

M

2

=

n

2

2

M

5

,

0

M

=

U

n

w

I

U

n

w

I

Lp.

V

min.

obr.

A V

min.

obr.

A

1

2

3

4

5

6

7

8

Korzystając z zależności

Φ

⋅

−

=

Φ

=

E

a

a

E

c

R

I

U

c

E

n

M =0,5

2

M

2n

n

M =0

2

U

Rys.9.5. Charakterystyki obciążenia silnika bocznikowego n=f(U),

const

M

=

oraz biorąc pod uwagę

i

const

I

a

=

const

=

Φ

(nie uwzględniając oddziaływania twornika) równanie to

można zapisać w postaci

2

1

c

c

U

n

−

=

,

a zatem jest to równanie linii prostej. Większy kąt nachylenia charakterystyki n=f(U) dla

n

2

2

M

5

,

0

M

=

wynika z występowania oddziaływania twornika przy obciążeniu (dla

0

I

a

≠

).

9.1.5. Charakterystyki regulacyjne n-f(I

w

)

Charakterystyki regulacyjne

wykonuje się przy napięciu

( )

w

I

f

n

=

const

U

U

n

=

=

dla dwóch stałych

wartości momentu obrotowego silnika, określonych w punkcie 9.1.4. Układ połączeń silnika przedstawiony
jest na rys.9.2. Próbę wykonuje się od wartości maksymalnej prądu wzbudzenia

do wartości

w

I

min

w

w

I

I

=

,

przy której prędkość obrotowa silnika osiąga wartość

n

n

5

,

1

n

=

. Na podstawie pomiarów zestawionych

7

w tabeli 9.5 wykreśla się charakterystyki

( )

w

I

f

n

=

przy

const

U

U

n

=

=

. Przebieg krzywych

( )

w

I

f

n

=

jest zbliżony do hiperboli o równaniu

f

1

E

I

c

c

c

E

n

≈

Φ

=

Φ

=

Tabela.9.5.

0

M

2

=

n

2

2

M

5

,

0

M

=

w

I

n

U

w

I

n

U

Lp.

A

min.

obr.

V A

min.

obr.

V

1

2

3

4

5

6

7

8

M =0,5

2

M

2n

n

M =0

2

I

w

Rys.9.6. Charakterystyki obciążenia silnika bocznikowego

( )

w

I

f

n

=

,

const

U

=

Ze względu na przebieg charakterystyki

( )

w

I

f

=

Φ

oraz ze względu na oddziaływanie twornika

rzeczywisty przebieg tylko w przybliżeniu jest hiperbolą.

9.4. Sprawozdanie

Sprawozdanie powinno zawierać:
• dane znamionowe badanej maszyny

• wyznaczenie wszystkich strat silnika bocznikowego

• charakterystyki robocze

• charakterystyki prędkości obrotowej

• obliczenia sprawności

•

wnioski i spostrzeżenia.