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.
R
A
+
E1
A1 B1
V
A2 B2
E2
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:
"R
Rśr =
3
Tabela.9.1.
Uzwojenie bocznikowe Uzwojenie twornika
L.p. Ia R Ia R
U U
R R
śr śr
V A V A
&! &! &! &!
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.
220V = 0�220V = 220V =
V V
R2
A
A A
R1
A
A1 A1
V RW
M G
E1 E2 E1 E2
A2 A2
n
B2 B2
B1
B1
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 n = nn = const . Prędkość obrotową n reguluje się za pomocą zmiany prądu wzbudzenia Iw ,
a napięcie zasilania U reguluje się przez zmianę przekładni transformatora prostownika zasilającego.
Pomiary wykonuje się zmieniając napięcie na zaciskach silnika od wartości U = 1,3Un do wartości, przy
której prąd twornika będzie równy około 0,15In . Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 9.2., oraz oblicza
się:
E = U - IaRa - siła elektromotoryczna
Tabela.9.2.
Pomiary Obliczenia
Ia Iw P0 "Pea "P0
U n
E
L.p.
obr
V A A V W W W
min
1
2
3
4
5
6
7
8
Wartość rezystancji twornika R przyjmuje się z pomiarów w pkt.9.1.1.
a
P0 = UIa - moc pobrana przez twornik
2
"Pea = IaRa - straty na rezystancji
uzwojenia twornika
"P0 = P0 - "Pea - straty jałowe.
3
Straty jałowe "P0 = "Pm + "PFe są określone jako suma strat mechanicznych "Pm i strat w żelazie
"PFe . Dla dokonania rozdziału strat jałowych wykreśla się charakterystykę "P0 = f (E2 ) , która przetnie oś
rzędnych w punkcie odpowiadającym wielkości strat mechanicznych.
P0
P0=f(E2)
P0=f(E)
Pfe
Pm
Un
E,E2
Rys.9.3. Wykres strat jałowych silnika bocznikowego
9.3.3. Charakterystyki robocze  n, I, �=f(M2) przy U=Un; Iw=Iwn
Układ do zdejmowania tej charakterystyki przedstawiony jest na rys.9.2. Silnik doprowadza się do punktu
pracy znamionowej za pomocą oporników R1,R2,Rw . Następnie zmniejszając obciążenie opornikiem
wodnym Rw i utrzymując stałą wartość prądu wzbudzenia silnika Iw = const , mierzy się napięcie U , prąd
twornika Ia oraz prędkość obrotową n . Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 9.3. i oblicza się:
I = Ia + Iw - prąd pobrany przez
silnik
E = U - IaRa - siła elektromotoryczna
silnika
2
"Pea = IaRa - podstawowe straty
obciążeniowe
2
�# ś#
I
ś# ź#
"Pd = 0,01Pn ś# ź# - dodatkowe straty
In obciążeniowe
�# #
"Pw = UIw - straty wzbudzenia
- suma wszystkich strat
""P = "P0 + "Pea + "Pd + "Pw
P1 = UaIa + UwIw - moc pobrana z sieci
P2 = P1 -
""P - moc oddana przez
silnik na wale
P2 - moment obrotowy na
M2 = 9,55
n wale silnika
P2
� =
- sprawność silnika
P1
4
Tabela.9.3.
Pomiary
Ia Iw
U n
Lp.
obr
V A A
min
1
2
3
4
5
6
7
8
Obliczenia
Lp.
�
Ia "P0 "Pea "PW "Pd
""P P1 P2 M
E
2
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:
U - Ia Ra
n =
cEŚ
5
Charakterystyki robocze, czyli funkcje n, I = (M2 ) oraz charakterystyka � = f (M2) przedstawione są na
rys.9.4
n,I,
n0
I
nn n
M2n M2
Rys.9.4. Charakterystyki robocze silnika bocznikowego
Jeżeli napięcie sieci U = const i strumień magnetyczny Ś=const, tzn. prąd wzbudzenia Iw = const
(przy pominięciu reakcji twornika), prędkość obrotowa silnika n wynosi:
n = c1 - c2M2 = n0 - c2M2
przy czym n0 - jest prędkością obrotową silnika w stanie jałowym. Widać zatem, że zależność n = f(M2)
jest w przybliżeniu linią prostą. Zgodnie ze wzorem
M = cMŚIa
przy pominięciu reakcji twornika, prąd twornika Ia ze wzrostem momentu rośnie prostoliniowo. Na skutek
reakcji twornika zmniejszającej strumień, wzrost prądu jest szybszy niż wynika to z zależności
prostoliniowej.
9.1.4. Charakterystyki regulacyjne n=f(U)
Charakterystykę regulacyjną n = f(U) wykonuje się przy stałej wartości prądu wzbudzenia
Iw = Iwn = const dla dwóch wartości momentu obciążenia na wale silnika:
1. przy biegu jałowym M2 = 0 ;
2. przy obciążeniu M2 H" 0,5M2n .
Przy zdejmowaniu charakterystyki dla M2 = 0 prądnica napędzana przez silnik jest niewzbudzona,
natomiast przy zdejmowaniu charakterystyki dla M2 = 0,5M2n prądnica jest obciążona tak, aby prąd
twornika silnika był stały o wartości równej I = 0,5In . Odpowiada to w przybliżeniu stałej wartości
momentu M2 = 0,5M2n . Pomiary wykonuje się według układu pomiarowego przedstawionego na rys.9.2
przy zmieniającym się napięciu zasilania U od zera do wartości 1,1 Un . Na podstawie pomiarów
zestawionych w tabeli 9.4 wykreśla się charakterystyki n=f(U) przy Iw = Iwn = const .
6
Tabela.9.4.
M = 0 M2 = 0,5M2n
2
Iw Iw
U n U n
Lp.
obr. obr.
V A V A
min. min.
1
2
3
4
5
6
7
8
Korzystając z zależności
E U - Ia �" Ra
n = =
cEŚ cEŚ
n
M=0
2
M=0,5M2n
2
U
Rys.9.5. Charakterystyki obciążenia silnika bocznikowego n=f(U), M = const
oraz biorąc pod uwagę Ia = const i Ś = const (nie uwzględniając oddziaływania twornika) równanie to
można zapisać w postaci
U
n = - c2 ,
c1
a zatem jest to równanie linii prostej. Większy kąt nachylenia charakterystyki n=f(U) dla M2 = 0,5M2n
wynika z występowania oddziaływania twornika przy obciążeniu (dla Ia `" 0 ).
9.1.5. Charakterystyki regulacyjne n-f(Iw)
Charakterystyki regulacyjne n = f(Iw) wykonuje się przy napięciu U = Un = const 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 Iw do wartości Iw = Iw min ,
przy której prędkość obrotowa silnika osiąga wartość n = 1,5nn . Na podstawie pomiarów zestawionych
7
w tabeli 9.5 wykreśla się charakterystyki n = f(Iw) przy U = Un = const . Przebieg krzywych n = f(Iw)
jest zbliżony do hiperboli o równaniu
E c1 c
n = = H"
cEŚ Ś If
Tabela.9.5.
M = 0 M2 = 0,5M2n
2
Iw Iw
n U n U
Lp.
obr. obr.
A V A V
min. min.
1
2
3
4
5
6
7
8
n
M=0
2
M=0,5M2n
2
Iw
Rys.9.6. Charakterystyki obciążenia silnika bocznikowego n = f(Iw), U = const
Ze względu na przebieg charakterystyki Ś = f(Iw) 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.