Zakład
Mechatroniki i
Maszyny i Napędy Elektryczne
Maszyn
Elektrycznych
Nazwisko i imię: Semestr: Wydział: Kierunek: Grupa
dziek./lab:
B M i Z
4 M e c h a t r o n i k a
Jędrzej Kozerawski
2/1
Temat ćwiczenia:
Badanie silnika prądu stałego
Data wykonania ćwiczenia: Data i podpis prowadzącego: Ocena:
22.05.2012r.
1. Badany obiekt:
Silnik prądu stałego obcowzbudny (uzwojenie F1-F2), typ PZM044a
PN=1,5 kW
UN=220 V
ItN=8,7 A
IwN=0,4 A
nN=1450 obr/min
2. Aparatura pomiarowa:
- dwa amperomierze
- woltomierz
- miernik momentu obciążenia
- cyfrowy miernik prędkości obrotowej
3. Obliczenie momentu znamionowego:
4. Wyznaczenie charakterystyk mechanicznych przy regulacji prędkości obrotowej poprzez
zmianę napięcia twornika Ut:
a. Napięcie twornika Ut=150 V
Ut=150 V
Lp. n [obr/min] T [Nm] It [A]
1 1117 0 0,4
2 1092 2 2,4
3 1052 4 4,2
4 1040 6 5,8
5 1011 8 7,4
b. Napięcie twornika Ut=190 V
Ut=190 V
Lp. n [obr/min] T [Nm] It [A]
1 1431 0 0,5
2 1395 2 2,4
3 1380 4 4,2
4 1359 6 5,8
5 1344 8 7,4
c. Napięcie twornika Ut=220 V
Ut=220 V
Lp. n [obr/min] T [Nm] It [A]
1 1658 0 0,6
2 1642 2 2,4
3 1621 4 4,2
4 1598 6 6,0
5 1581 8 7,5
d. Charakterystyka mechaniczna:
Charakterystyka mechaniczna
n [obr/min]
2000
1800
1600
1400
U=220 V
1200
U=190 V
1000
U=150 V
Tn=9,88
800 Nm
600
400
200
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
T [Nm]
5. Wyznaczanie charakterystyk mechanicznych przy regulacji prędkości obrotowej poprzez
zmianę prądu wzbudzenia Iw:
a. Prąd wzbudzenia Iw=0,15 A
Iw=0,15 A
Lp. n [obr/min] T [Nm] It [A]
1 2098 0 1
2 2056 0,6 2
3 2039 1,0 3
4 1990 1,7 4
5 1995 2,8 6
b. Prąd wzbudzenia Iw=0,25 A
Iw=0,25 A
Lp. n [obr/min] T [Nm] It [A]
1 1434 0 0,6
2 1390 1,3 2,0
3 1366 2,0 3,0
4 1355 3,7 5,0
5 1339 5,5 7,0
c. Prąd wzbudzenia Iw=0,4 A
Iw=0,4 A
Lp. n [obr/min] T [Nm] It [A]
1 1117 0 0,4
2 1092 2 2,4
3 1052 4 4,2
4 1040 6 5,8
5 1011 8 7,4
d. Charakterystyka mechaniczna:
Charakterystyka mechaniczna
n [obr/min]
2500
2000
1500
Iw=0,4 A
Iw=0,25 A
Iw=0,15 A
Tn=9,88 Nm
1000
500
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
T [Nm]
6. Charakterystyki regulacyjne:
a. n=f(Ut)
Dla T=0 i Iw=IwN
Charakterystyka regulacyjna n=f(Ut)
n [obr/min]
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
140 150 160 170 180 190 200 210 220 230
U [V]
b. n=f(IW)
Dla T=0 i Ut=150 V
Charakterystyka regulacyjna n=f(Iwn)
n [obr/min]
4000
3500
3000
2500
Iw
2000
Iwn=0,4 A
1500
1000
500
0
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
I [A]
7. Porównanie prądów twornika w funkcji momentu obciążenia:
Dla Ut=150 V
Prąd twornika w funkcji momentu obciążenia
I [A]
20
18
16
14
12
Iw=0,15 A
Iw=0,25 A
Iw=0,4 A
10
Tn=9,88 Nm
Itn=8,7 A
8
6
4
2
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
T [Nm]
8. Obliczenie sprawności silnika:
9. Wnioski
Zmniejszenie napięcia twornika powoduje zmniejszenie prędkości obrotowej, lecz nadal
zachowuje ten sam kąt nachylenia charakterystyki, a więc nie zmienia się moment
dynamiczny silnika, a więc taka sama zmiana obciążenia daje nam taką samą zmianę
prędkości, niezależnie od utrzymywanego napięcia twornika. Widać to wyraz
nie po
liniowej charakterystyce regulacyjnej prędkości obrotowej w funkcji napięcia. Ograniczenie
napięcia twornika, jako jego wartość znamionowa, pozwala nam tylko na zmniejszanie
napięcia, a więc tym samym regulację prędkości obrotowej w dół.
Zmniejszanie prądu wzbudzenia powoduje natomiast wzrost prędkości obrotowej i
jednocześnie zmienia się delikatnie nachylenie charakterystyk, co powoduje zmianę
momentu dynamicznego, a więc wartość zmian prędkości odpowiadająca tej samej
zmianie momentu obciążenia będzie różna dla każdej charakterystyki, co utrudnia nam
ocenę i przewidzenie sposobu zachowania się silnika przy różnych prądach wzbudzenia,
co jest wadą tej metody regulacji prędkości obrotowej. Widać to wyraz
nie po potęgowej
charakterystyce regulacyjnej prędkości obrotowej w punkcji prądu wzbudzenia. Z powodu
ograniczenia maksymalnej wartości prądu wzbudzenia jako jego wartości znamionowej,
możemy regulować tylko prąd w dół, a więc prędkość obrotową w górę, co niekoniecznie
jest dobrym wyborem, gdyż zmniejszając go znacznie prędkość obrotowa może wzrosnąć
na tyle, że konstrukcja silnika tego nie wytrzyma, a to może stanowić niebezpieczeństwo
zarówno dla pracy maszyny jak i otoczenia.
Porównanie wartości prądów twornika w funkcji momentu obciążenia dla różnych wartości
prądu wzbudzenia pokazuje nam wyraz
nie, że wraz ze spadkiem wartości prądu
wzbudzenia rosną nam wartości prądu twornika, a dokładniej charakterystyka staje się
bardziej stroma. Prąd twornika zależy liniowo od momentu obciążenia. Dodatkowo, widząc
ograniczenie maksymalnego prądu twornika jako jego wartości znamionowej możemy
zauważyć, że maksymalny możliwy moment obciążenia ulega przez to znacznemu
zmniejszeniu, ograniczeniu.