POLITECHNIKA POZNAC
SKA
Wydział Elektryczny
Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej
Zakład Mechatroniki i Maszyn Elektrycznych
Przedmiot: Laboratorium Maszyn Elektrycznych
Cykl IV
Ćwiczenie nr: 8
Temat: Silnik jednofazowy i prądnice prądu stałego.
Rok akademicki: Wykonała: Data
2013/2014 Ewelina Kucal
Wykonania Oddania
Kierunek: Energetyka ćwiczenia sprawozdania
Studia: stacjonarne
16.01.2014r. 21.01.2014r.
Rok studiów: II
Ocena:
Semestr: III
Nr grupy: 2
Uwagi:
1. Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia było zapoznanie się z budową i działaniem silnika jednofazowego
oraz prądnic prądu stałego. Naszym zadaniem było uruchomienie oraz przeprowadzenie próby
obciążenia silnika jednofazowego. Mieliśmy także wyznaczyć charakterystyki zewnętrzne
prądnic prądu stałego: prądnicy obcowzbudnej oraz prądnicy bocznikowej. Jedną z części
ćwiczenia było dokonanie samowzbudzenia prądnicy bocznikowej.
2. Prądnice prądu stałego:
2.1. Dane znamionowe:
Podczas wykonywania ćwiczenia używaliśmy prądnicy o danych znamionowych:
U=115V
P=1,5kW
I=13,1A
N=1450
2.2. Wyznaczenie charakterystyki zewnętrznej prądnicy obcowzbudnej:
Moim zadaniem było wyznaczenie charakterystyki zewnętrznej prądnicy obcowzbudnej,
czyli zależności napięcia twornika U(na schemacie U ) od prądu obciążenia. Różnica między
a
prądem obciążenia, a prądem twornika jest pomijalna, ponieważ prąd wzbudzenia stanowi kilka
procent prądu znamionowego. Mogę więc przyjąć, że prąd obciążenia jest równy prądowi
twornika I .
a
W celu wykonania pomiarów uruchomiliśmy prądnicę. Napędem był silnik
asynchroniczny. Falownik umożliwił nam regulację prędkości obrotowej. Falownik może
wywoływać zakłócenia w układach pomiarowych dlatego w naszym stanowisku pomiarowym
znajdował się z dala od mierników. Po włączeniu prądu wzbudzenia wskazówka w woltomierzu
mierzącym napięcie twornika wychyliła się. Zwiększając prąd wzbudzenia można było
zaobserwować wzrost napięcia. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika napięcie
twornika wzrastało do prędkości znamionowej.
Rys. 2.2.1 Schemat prądnicy obcowzbudnej.
Następnie dokonaliśmy pomiarów umożliwiających wyznaczenie charakterystyki
zewnętrznej. Pomiary dokonywaliśmy zwiększając rezystancję obciążenia.
Tabela 2.2.1 Wyniki pomiarów dla prądnicy obcowzbudnej przy zwiększaniu obciążenia.
Lp. U [V] � [obr/min] I [A] I [A]
a f
1 120 1464 3 1,45
2 116 1463 3,75 1,45
3 112 1461 5,25 1,45
4 111 1455 6 1,45
5 108 1455 7,5 1,45
6 105 1457 7,75 1,45
7 102 1454 10,75 1,45
8 99 1453 12 1,45
9 96 1451 13,5 1,45
130
120
110
100
90
80
70
60
2 4 6 8 10 12 14
Prąd twornika Ia [A]
Rys. 2.2.2 Charakterystyka zewnętrzna prądnicy obcowzbudnej.
2.3. Obserwacja procesu samowzbudzenia i wyznaczenie charakterystyki zewnętrznej
prądnicy bocznikowej:
2.3.1 Schemat prądnicy bocznikowej:
Rys. 2.3.1 Schemat prądnicy bocznikowej.
Napięcie U [V]
2.3.2. Proces samowzbudzenia:
W obwodzie po poprzedniej pracy prądnicy jako prądnicy obcowzbudnej pozostał
strumień szczątkowy. Pod jego wpływem przy wirowaniu w uzwojeniu wirnika powstała mała
siła elektromotoryczna. W zamkniętym obwodzie elektrycznym pojawił się prąd początkowy,
który wspomagał strumień szczątkowy. Zwiększony strumień wywoływał jeszcze większą siłę
elektromotoryczną  napięcie prądnicy ciągle rosło. Wystąpił efekt samo napędzania się.
Maszyna wzbudziła się do pełnego napięcia.
2.3.3. Wyznaczenie charakterystyki zewnętrznej prądnicy bocznikowej.
Charakterystykę zewnętrzną wyznaczyłam dzięki wykonanym pomiarom napięcia
twornika i prądu twornika przy zwiększającym się obciążeniu.
Tabela 2.3.1 Wyniki pomiarów dla prądnicy bocznikowej przy zwiększaniu obciążenia.
Lp. U [V] � [obr/min] I [A] I [A]
a f
1 116 1312 3 1,8
2 110 1311 3,75 1,65
3 106 1309 5,25 1,6
4 100 1308 6,25 1,48
5 97 1307 7 1,43
6 92 1306 7,75 1,35
7 86 1305 8,75 1,25
8 75 1307 10,5 1,08
9 58 1307 11,5 0,85
10 57 1309 12 0,85
11 51 1309 12 0,75
12 36 1313 11,5 0,55
13 27 1315 10 0,4
14 20 1318 8,75 0,3
15 12 1320 7 0,2
16 6,2 1321 5,5 0,1
17 3 1322 4,5 0,25
140
120
100
80
60
40
20
0
0 2 4 6 8 10 12 14
Prąd twornika Ia [A]
Rys. 2.3.2 Charakterystyka zewnętrzna prądnicy bocznikowej.
3. Silnik jednofazowy:
3.1. Dane znamionowe:
Podczas przeprowadzenia ćwiczenia używaliśmy silnika jednofazowego o parametrach
znamionowych:
U=220V
P=1,1kW
I=10A
N=1440
3.2. Uruchomienie:
Pierwszą czynnością, którą wykonaliśmy w tym punkcie ćwiczenia było zapoznanie się
z budową badanego silnika jednofazowego. Do silnik tego dołączony był kondensator, który
pełnił funkcję rozrusznika. Dzięki niemu możliwe było uruchomienie silnika.
W przypadku silników jednofazowych występuje problem z zapewnieniem momentu
rozruchowego. Jedno uzwojenie zasilane z sieci jednofazowej wytwarza pole pulsujące,
które przy prędkości równej zeru nie daje momentu rozruchowego. Dla realizacji rozruchu
w silniku jednofazowym stosuje się więc dodatkowo uzwojenie rozruchowe. Uzwojenie
rozruchowe jest przesunięte w przestrzeni. Wprowadza się także przesunięcie fazowe prądów:
w uzwojeniu rozruchowym oraz uzwojeniu głównym. Najkorzystniejsze przesunięcie fazowe
to 90� elektrycznych. Przesunięcie fazowe może powiększyć kondensator, który poprawia także
współczynnik mocy. Moment rozruchowy powoduje wirowanie wektora wypadkowego. Dzięki
temu powstaje moment elektryczny.
Napięcie U [V]
W ćwiczeniu tym zwiększaliśmy napięcie. Wraz ze wzrostem napięcia wzrastał moment
obrotowy. Po uzyskaniu dużej prędkości, uzwojenie rozruchowe silnika wyłączyło się. Można
było zauważyć ten moment, gdyż wtedy prąd w obwodzie rozruchu spadł do 0A. Wyłączenie się
uzwojenia rozruchowego spowodowane było zastosowaniem w silniku odśrodkowego
wyłącznika uzwojenia rozruchowego.
Uzwojenie rozruchowe jest zaprojektowane do pracy krótkotrwałej. Należy szybko
dokonywać rozruchu. Zbyt długa praca może uszkodzić uzwojenie rozruchowe. Rozruch trwa
krótko, jeśli nie ma dużego obciążenia.
3.3. Próba obciążenia:
Następnym krokiem w ćwiczeniu było zbadanie pracy silnika podczas zmiany obciążenia.
Wraz ze wzrostem obciążenia spadała prędkość. Początkowo prędkość wynosiła 1496
i zbliżona była do prędkości synchronicznej równej 1500 . Do prędkości synchronicznej
prędkość silnika zbliżyła się przy biegu jałowym. Następnie prędkość spadała zbliżając się
do obrotów znamionowych. Przy dojściu do prędkości 1460 okazało się, że prąd jest zbliżony
do prądu znamionowego.
4. Wnioski:
Podczas zajęć udało nam się wykonać wszystkie planowane zadania.
Analizując wykresy charakterystyk zewnętrznych prądnic: obcowzbudnej i bocznikowej
zauważyłam, że są one różne.
W przypadku prądnicy obcowzbudnej wraz ze wzrostem prądu twornika pojawił się
niewielki spadek napięcia. Linia przedstawiająca napięcie bardzo słabo opada
wraz ze wzrostem obciążenia. Zmienność obciążenia jest bardzo mała. Jest to zgodne
z założeniami teoretycznymi, gdyż na ogół dla prądnicy obcowzbudnej zmienność napięcia
mieści się w przedziale 5-10%.
Natomiast w przypadku prądnicy bocznikowej zmiana napięcia była dużo bardziej
widoczna. Potwierdzają to założenia teoretyczne. Zmienność prądnicy bocznikowej
jest znacznie większa niż prądnicy obcowzbudnej: 15 30%. Spowodowane jest to przez
dodatkowy wpływ zmiany prądu wzbudzenia na zmianę wartości strumienia i napięcia
indukowanego w tworniku.
W przypadku prądnicy bocznikowej prąd zwarcia jest mniejszy od wartości
znamionowej prądu. Z przedstawionej charakterystyki zewnętrznej mogę także zauważyć,
że została w pewnym momencie osiągnięta wartość maksymalna prądu, po czym prąd zaczął
spadać wraz ze spadkiem napięcia. Wartość maksymalna prądu twornika w przypadku moich
pomiarów jest trzy razy większa od prądu zwarciowego.
Wykonując drugą część ćwiczenia mogłam zauważyć, że praca silnika jednofazowego
przypomina pracę silnika klatkowego trójfazowego podczas próby obciążenia. Maszyny te
zachowują się bardzo podobnie. Jednak w przypadku silnika jednofazowego występuje bardziej
skomplikowany rozruch.
Podsumowując, wyniki przeprowadzonych badań potwierdzają założenia teoretyczne,
co świadczy o poprawnie wykonanym ćwiczeniu.