POLITECHNIKA GDAŃSKA
WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI
KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I MASZYN ELEKTRYCZNYCH
L A B O R A T O R I U M
M A S Z Y N Y E L E K T R Y C Z N E
ĆWICZENIE 2
SILNIKI PRĄDU STAŁEGO
BADANIE CHARAKTERYSTYK SILNIKA OBCOWZBUDNEGO
Materiały pomocnicze dla Kierunku Energetyka
Studia stacjonarne 1-szego stopnia
semestr 4
Opracował
Mieczysław Ronkowski
Gdańsk 2008
6
2.1. Badania
2.1.1. Oględziny zewnętrzne
Dokonać oględzin zewnętrznych badanego zespołu maszyn prądu stałego i urządzeń wchodzących w skład
układu pomiarowego i zasilania. Dokładnie odczytać i zanotować w tab. 2.1 dane zawarte na tabliczkach
znamionowych obu maszyn wchodzących w skład badanego zespołu.
Tabela 2.1
Lp
.
Dane znamionowe silnika/prądnicy Jednostka
Wartość
silnik/prądnica
1. Nazwa i typ wyrobu
-
2. Moc znamionowa P
n
kW
3. Rodzaj
pracy
-
4. Napięcie znamionowe twornika U
an
V
5. Prąd znamionowy I
an
A
6. Znamionowa
prędkość obrotowa nn obr/min
Rodzaj
wzbudzenia
-
7. Napięcie znamionowe obwodu wzbudzenia Ufn
V
8. Znamionowy
prąd w obwodzie wzbudzenia Ifn A
2.1.2. Pomiary rezystancji uzwojeń
•
Przebieg pomiaru rezystancji uzwojeń.
Zasady pomiaru rezystancji uzwojeń.
•
Pomiary wykonać metodą techniczną zarówno dla prądnicy jak i silnika.
•
Dobrać odpowiednie zakresy mierników:
amperomierzy - podstawą doboru są tu prądy znamionowe w obwodzie twornika i wzbudzenia;
woltomierzy - podstawą doboru jest tu spodziewana wielkość spadku napięcia na uzwojeniu przy prądzie
znamionowym: uzwojenie wzbudzenia - zakres napięcia znamionowego;
uzwojenie twornika - małe zakresy (zwykle poniżej kilka voltów).
•
Pomiaru rezystancji uzwojeń wzbudzenia należy dokonać dla trzech wartości prądu.
Wyniki pomiarów należy zanotować w tabeli 2.2a.
•
Pomiaru rezystancji obwodu twornika należy dokonać dla minimum 5 wartości prądu zmieniając jego
wartość od 10% do minimum 50% Ian (lub w odwrotnej kolejności).
Pomiary te należy wykonać możliwie szybko, aby zminimalizować skutki nadmiernego grzania się
(wypalania) styku szczotka-komutator.
Wyniki pomiarów należy zanotować w tab. 2.2b.
Tabela 2.2.a
Lp. Maszyna
U
f
I
f
Obliczenia:
R
f
V
A
Ω
1 prądnica
2
3
Wartość średnia Rf =
1 silnik
2
3
Wartość średnia Rf =
7
Tabela 2.2.b
Lp. Maszyna
Ua
Ia Obliczenia:
Ra
V
A
Ω
prądnica
silnik
2.1.3. Charakterystyka magnesowania obcowzbudnego silnika prądu stałego
Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk magnesowania obcowzbudnego silnika prądu
stałego przedstawiono na rys. 1.8.
Rys. 1.8. Schemat układu do pomiaru charakterystyki magnesowania obcowzbudnego silnika prądu stałego
Każda z badanych maszyn może pełnić rolę prądnicy jak i silnika, zależnie od sposobu jej zasilania bądź
obciążenia.
W trakcie próby utrzymujemy stałą prędkość obrotową i zmieniając prąd wzbudzenia maszyny napędzanej
mierzymy wartość indukowanej w niej siły elektromotorycznej równej napięciu na zaciskach przy braku
prądu obciążenia - otwartym obwodzie twornika. Należy stopniowo zwiększać prąd wzbudzenia - If
maszyny badanej : od wartości 0 do Ifmax (nigdy nie zmniejszając wartości tak regulowanego prądu If).
Następnie należy stopniowo zmniejszać prąd If od Ifmax do 0 (nigdy nie zwiększając tak regulowanego
prądu If ). Wyniki notujemy w tab. 2.3.
Tabela 2.3
8
Pomiar charakterystyki magnesowania obcowzbudnego silnika prądu stałego
If [A] ↑
0
Ea [V]
I
f
[A]
↓
0
E
a
[V]
Uwaga: Wartość Ifmax - prąd wzbudzenia przy którym SEM osiąga wartość E
a
max = 1,1 Uan
Na podstawie charakterystyki magnesowania (wykreślonej na rys.1.9) można ocenić materiały użyte do
budowy maszyny (szerokość pętli histerezy), wartości magnetyzmu szczątkowego, oraz stopień nasycenia.
I
f
[A]
0
E
a
[V]
E
asz
E
an
I
fn
Rys. 1.9. Charakterystyka magnesowania silnika prądu stałego
•
Wyznaczenie
indukcyjności rotacji Gaf
Aby określić indukcyjności rotacji Gaf korzystamy z pomierzonej charakterystyki magnesowania silnika. W
tym celu należy dodatkowo wykreślić uśredniony przebieg charakterystyki magnesowania (rys.1.9).
Wartości indukcyjność rotacji wyznaczamy z wzoru:
rm
f
a
af
I
E
G
Ω
=
(1 – 1)
gdzie:
60
2 n
rm
π
Ω
=
9
2.1.4. Charakterystyki mechaniczne obcowzbudnego silnika prądu stałego
A
AT 1F
+
-
F1
F2
G
A1
A2
V
I
fp
W3
P
A
R
op
I
ap
U
ap
W4
Rys. 1.10. Schemat układu do pomiaru charakterystyk mechanicznych obcowzbudnego silnika prądu stałego
Schematy połączeń obu maszyn podano na rys. 1.10. W pierwszym etapie przeprowadzamy rozruch silnika.
Następnie, przy znamionowych wartościach napięcia zasilania obwodu twornika oraz prądu wzbudzenia
silnika, wzbudzamy prądnicę do wartości napięcia znamionowego i regulując nastawą opornika R
op
zmieniamy prąd obciążenia prądnicy oraz moment obciążenia badanego silnika. Wyniki notujemy w tab. 2.4.
Tabela 2.4a
Pomiar charakterystyki mechanicznej obcowzbudnego silnika prądu stałego
U
a
I
f
I
a
Ω
rm
(n)
T
m
U
ap
I
ap
R
ad
V A A
rad/s
(obr/min)
Nm V A
Ω
const
const
const
U
an
I
fn
0
10
Pomiary powtórzyć dla przypadków: U
a
= 0.75 U
an
Tabela 2.4b
U
a
I
f
I
a
Ω
rm
(n)
T
m
U
ap
I
ap
R
ad
V A A
rad/s
(obr/min)
Nm V A
Ω
const
const
0
0.75 U
an
I
fn
0
0
0
0
0
0
0
Pomiary powtórzyć dla przypadków: I
f
= 0.75 I
fn
Tabela 2.4c
U
a
I
f
I
a
Ω
rm
(n)
T
m
U
ap
I
ap
R
ad
V A A
rad/s
(obr/min)
Nm V A
Ω
const
const
0
U
an
I
f
= 0.75I
fn
0
0
0
0
0
0
0
Pomiary powtórzyć dla przypadków: R
ad
≠ 0
Tabela 2.4d
U
a
I
f
I
a
Ω
rm
(n)
T
m
U
ap
I
ap
R
ad
V A A
rad/s
(obr/min)
Nm V A
Ω
const
const
const
U
an
I
fn
R
ad
≠ 0
Wielkości obliczone:
Moc pobrana (elektryczna) przez silnik: P
1
= U
a
⋅I
a
Moc oddana (mechaniczna) przez silnik i moc pobrana (mechaniczna) przez prądnicę:
P
m
= T
m
⋅Ω
rm
Moc oddana (elektryczna) przez prądnicę: P
2
= U
ap
⋅I
ap
lub P
2
≈ U
a2
⋅I
a2
/
η
2
gdzie: U
a2
– napięcie twornika prądnicy obciążającej
I
a2
- prąd twornika prądnicy obciążającej
η
2
– sprawność prądnicy obciążającej
11
2.2. Zadania
1. Wykreślić zależność całkowitej rezystancji twornika Ra = f (Ia)
2. Wykreślić wszystkie pomierzone charakterystyki
3. Wyznaczyć procentową zmianę prędkości obrotowej przy znamionowym obciążeniu w stosunku do
prędkości biegu jałowego
4. Określić indukcyjność rotacji Gaf w badanego silnika.
5. Sporządzić wykresy: Ua0 = E
a
= f (If ) oraz Gaf = f (If )
6. Uzasadnić przebiegi charakterystyk
7. Porównać sprawność poszczególnych sposobów sterowania prędkości obrotowej silnika prądu stałego.
2.3. Pytania kontrolne
1. Dlaczego wartość rezystancji obwodu twornika nie jest stała?
2. Jak należy wyznaczyć wartość indukcyjności rotacji w maszynie prądu stałego?
3. Jak należy dobrać opornik (ustawić wartość prądu) w obwodzie wzbudzenia silnika napędowego przy
rozruchu?
4. Jak należy dobrać amperomierz w obwodzie wzbudzenia (i inne przyrządy) ?
5. Wymienić podstawowe sposoby regulacji prędkości obrotowej silnika prądu stałego. Podać odpowiednie
charakterystyki.
6. Wymienić podstawowe wady i zalety poszczególnych sposobów sterowania prędkością obrotową silników
prądu stałego.
7. Podać sposoby połączeń podstawowych silników prądu stałego.
8. Jaki silnik jest bardziej czuły na zmiany napięcia w sieci: bocznikowy czy o wzbudzeniu
obcym ? (W którym z nich zmiana napięcia wywoła większą zmianę prędkości obrotowej?)
2.4. Literatura pomocnicza
1. Latek W.: Zarys maszyn elektrycznych. WNT, W-wa 1974.
2. Latek W.: Badania maszyn elektrycznych w przemyśle. WNT, W-wa 1979.
3. Manitius Z.: Maszyny prądu stałego. Skrypt. Wyd . Pol. Gdańskiej, Gdańsk 1977.
4. Manitius Z.: Maszyny Elektryczne. Cz.I. Skrypt. Wyd. Pol. Gdańskiej, Gdańsk 1977.
5. Plamitzer A.: Maszyny elektryczne. Wyd. 7. WNT, W-wa 1992.
6. Praca zbiorowa (red. Manitius Z.): Laboratorium maszyn elektrycznych. Skrypt. Wyd.2. Wyd. Pol.
Gdańskiej, Gdańsk 1990.
7. Roszczyk S.: Teoria maszyn elektrycznych. WNT, W-wa 1979.
8.
PN-IEC 34-1:1997
Maszyny elektryczne wirujące -- Ogólne wymagania i badania
:
http://www.pkn.pl/