BADANIE PR
DNICY SZEREGOWO-BOCZNIKOWEJ PR
DU STAA
EGO
10. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z własnościami prądnic: obcowzbudnej, bocznikowej i szeregowo-
bocznikowej oraz wyznaczenie charakterystyk tych prÄ…dnic.
10.1. Przebieg pomiarów
10.1.1. Charakterystyka biegu jałowego
Charakterystykę biegu jałowego zdejmuje się podczas pracy prądnicy obcowzbudnej. Prądnica jest
sprzęgnięta z silnikiem prądu stałego, a schemat połączeń pokazany jest na rys.10.1. Charakterystyka biegu
E0 =ð f(ðIw )ð E0
jałowego przedstawia zależność siły elektromotorycznej prądnicy w funkcji prądu
Iw Rw =ð Ä„ð
wzbudzenia przy prÄ™dkoÅ›ci obrotowej n =ð nn =ð const i rezystancji obciążenia . PrÄ™dkość
obrotową utrzymuje się stałą poprzez regulację napięcia zasilania U rezystancji R1 włączonej w obwód
s
wzbudzenia silnika. Ze względu na zjawisko histerezy, charakterystykę zdejmuje się przy prądzie
Iw
wzbudzenia wzrastającym od zera do takiej wartości, przy której wartość siły elektromotorycznej
E0 =ð 1,3Un
, a następnie przy prądzie wzbudzenia malejącym do zera. Wyniki pomiarów wpisuje się do
tabeli 10.1. Przez charakterystykę biegu jałowego, przedstawioną na rys.10.2., rozumie się krzywą leżącą
pośrodku krzywych, zdjętych przy rosnącym i malejącym prądzie wzbudzenia. Z charakterystyki
Iwon
wypośrodkowanej odczytuje się znamionową wartość prądu wzbudzenia biegu jałowego przy napięciu
U =ð Un .
U 2 2 0 V =
S
V V
R
2
A A
A
R
1
A
A 1 A 1
V R
M G
W
E 1 E 2 E 1 E 2
A 2 A 2
n
B 2 B 2
B 1
B 1
Rys.10.1. Schemat połączeń do zdejmowania charakterystyki biegu jałowego prądnicy obcowzbudnej
1
Charakterystyka biegu jałowego zwana również charakterystyką magnesowania przy pewnej wartości
prądu wzbudzenia ulega zakrzywieniu ze względu na nasycenie się obwodu magnetycznego prądnicy.
E
o
U
n
E
s z c z
Iw o n Iw
Rys.10.2. Charakterystyka biegu jaÅ‚owego prÄ…dnicy prÄ…du staÅ‚ego E0 =ð f(ðIw )ð
Tabela.10.1.
Iw Iw
RosnÄ…cy MalejÄ…cy
Iw E0 n Iw E0 n
L.p.
obr obr
A V A V
min min
10.1.2. Charakterystyka obciążenia
Charakterystykę obciążenia zdejmuje się podczas pracy prądnicy jako obcowzbudnej według schematu
połączeń przedstawionego na rys.10.3.
2
220V =
V
R1
A
A
A1
V RW
G
E1 E2
A2
n
B2
B1
Rys.10.3. Schemat połączeń do zdejmowania charakterystyki prądnicy obcowzbudnej
E0 =ð 1,3Un Rw
Prądnicę pracującą jałowo przy
oraz n =ð nn obciążamy opornikiem wodnym do takiej
Ia =ð In
wartości, aby prąd twornika . Następnie zmniejsza się prąd wzbudzenia i odczytuje się wartość
napięcia, utrzymując stałą prędkość obrotową i stały prąd twornika. Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli
10.2.
Tabela.10.2.
Iw Ia
U
n
Lp.
obr
V A A
min
U =ð f(ðIw )ð Ia =ð In =ð const
Charakterystyka obciążenia , przy i n =ð nn =ð const przedstawia na
rys.10.4.
3
E ,U
o
E
o
U
I
w
Rys.10.4. Charakterystyka obciążenia prÄ…dnicy obcowzbudnej U =ð f(ðIw)ð
Charakterystyka obciążenia leży poniżej charakterystyki magnesowania i jest od niej oddalona o odcinek
równy sumie: spadków napięcia na rezystancjach obwodu twornika i wartości siły elektromotorycznej
powstałej na skutek rozmagnesowującego działania twornika.
10.1.3. Charakterystyka regulacyjna
Charakterystykę regulacyjną zdejmuje się podczas pracy prądnicy jako obcowzbudnej według schematu
Iw Ia
połączeń przedstawionego na rys.10.3. Jest to zależność prądu wzbudzenia w funkcji prądu twornika
przy U =ð Un =ð const oraz n =ð nn =ð const. Pomiary wykonuje siÄ™ zwiÄ™kszajÄ…c prÄ…d obciążenia od zera do
wartoÅ›ci I =ð 1,3In i z powrotem do zera. Wyniki pomiarów wpisuje siÄ™ do tabeli 10.3. Z dwóch gaÅ‚Ä™zi
charakterystyki wykreśla się charakterystykę wypośrodkowaną przedstawioną na rys.10.5.
I
w
I
w n
I I
n
Rys.10.5. Charakterystyka regulacyjna prÄ…dnicy obcowzbudnej Iw =ð f (ðIa )ð
4
Tabela.10.3.
RosnÄ…cy I MalejÄ…cy I
Iw n Iw n
I I
L.p.
obr obr
A A A A
min min
Iw
Wzrost prÄ…du wzbudzenia ze wzrostem prÄ…du I (przy U = const) spowodowany jest reakcjÄ… twornika
i spadkami napięć na rezystancjach w obwodzie twornika. Różnica przy zdejmowaniu charakterystyk przy
rosnącym i malejącym prądzie wzbudzenia wynika z istnienia pętli histerezy.
10.1.4. Charakterystyki zewnętrzne
Charakterystykę zewnętrzną prądnicy, czyli zależność napięcia na zaciskach U od prądu obciążenia I
przy staÅ‚ej wartoÅ›ci rezystancji w obwodzie wzbudzenia R2 =ð const , oraz staÅ‚ej prÄ™dkoÅ›ci obrotowej
n =ð const wyznacza siÄ™ dla:
- prÄ…dnicy obcowzbudnej,
- prÄ…dnicy bocznikowej,
- prÄ…dnicy szeregowo - bocznikowej.
Na rys.10.6 przedstawione są przebiegi charakterystyk zewnętrznych wszystkich rodzajów prądnic prądu
stałego.
U
Uob
Uoa
Uon
Uoc
I I I I I
zb n kr za
Rys.10.6. Charakterystyki zewnętrzne prądnic prądu stałego: a)obcowzbudnej, b)bocznikowej, c)szeregowo -
bocznikowej
5
Zmniejszenie się napięcia na zaciskach wraz ze wzrostem prądu obciążenia wywołane jest
zmniejszeniem się siły elektromotorycznej pod wpływem reakcji twornika oraz spadkami napięć na
Iw
rezystancjach w obwodzie twornika. Prąd wzbudzenia prądnicy obcowzbudnej, wynikający z wpływu
Iza
obcego z
ródła napięcia ma stałą wartość, więc ustalony prąd zwarcia ma dużą wartość. Bardziej stromy
przebieg charakterystyki zewnętrznej prądnicy bocznikowej jest spowodowany tym, że ze wzrostem prądu,
napięcie prądnicy maleje, a więc maleje prąd wzbudzenia, co powoduje dalsze zmniejszenie napięcia. Przy
zwiększaniu obciążenia powyżej krytycznej wartości Ikr napięcie spada tak gwałtownie, że prąd zaczyna
Izb
ponownie maleć do wartości prądu zwarcia . Niska wartość prądu zwarcia jest zaletą tych prądnic.
Kształt charakterystyki zewnętrznej prądnicy szeregowo-bocznikowej zależy od proporcji przepływów:
szeregowego i bocznikowego. Na rys.10.6c. przedstawiona jest charakterystyka zewnętrzna przy
współdziałaniu przepływów, przy znacznym udziale przepływu szeregowego.
10.1.4.1. Charakterystyka zewnętrzna prądnicy obcowzbudnej
Charakterystykę zewnętrzną prądnicy obcowzbudnej zdejmuje się według schematu przedstawionego na
rys.10.3. Po uruchomieniu prÄ…dnicy ustala siÄ™ punkt pracy znamionowej, regulujÄ…c odpowiednio rezystancje
włączone w obwód wzbudzenia i twornika tak, aby przy prędkości znamionowej napięcie i prąd twornika
również osiągnęły wielkości znamionowe. Dla tego punktu pracy określa się znamionowy prąd wzbudzenia
Iw Rw
. Nie zmieniajÄ…c wzbudzenia regulujemy rezystancjÄ… opornika wodnego tak, aby prÄ…d twornika
Ia
osiągnął wartość 1,3In . Pomiary wykonuje się zmniejszając stopniowo wartość prądu w obwodzie
Ua
głównym do zera. Wyniki wpisuje się do tabeli 10.4. Zmienność napięcia prądnicy obcowzbudnej
wynosi:
Uoa -ð Un
Ua =ð 100%
Un
10.1.4.2. Charakterystyka zewnętrzna prądnicy bocznikowej
Charakterystykę zewnętrzną prądnicy bocznikowej zdejmuje się według schematu przedstawionego na
rys.10.7. Pomiary przeprowadza się w sposób podany w pkt. 10.1.4.1. Wyniki pomiarów wpisuje się do
Ub
tabeli 10.4. Zmienność napięcia prądnicy bocznikowej wynosi.
Uob -ð Un
Ub =ð 100%
Un
A
A 1
G
V RW
n E 1 E 2
A 2
A
R
2
B 2
B 1
Rys.10.7. Schemat połączeń do zdejmowanie charakterystyki zewnętrznej prądnicy bocznikowej
10.1.4.3. Charakterystyka zewnętrzna prądnicy szeregowo-bocznikowej
Charakterystykę zewnętrzną prądnicy szeregowo-bocznikowej zdejmuje się według schematu
przedstawionego na rys.10.8. przy:
- współdziałaniu przepływów uzwojeń wzbudzających
- przeciwdziałaniu przepływów uzwojeń wzbudzających
6
Pomiary przeprowadza się w sposób podany w pkt. 10.1.4.1. Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli
10.4. Zmienność napięcia prądnicy szeregowo-bocznikowej wynosi.
U0c -ð U
n
U =ð 100%
c
U
n
Tabela.10.4.
Obcowzbudna Bocznikowa
n
L.p. U I Iw I Iw
U
obr
V A A V A A
min
Szer.-bocz. współdziałające Szer.-bocz. przeciwdziałające
U
U I Iw I Iw
V A A V A A
7
a) b)
E2 E2
R R
E1 E1
A A
D2 D2
D1 D1
A1 A2 B1 B2 A1 A2 B1 B2
G G
n n
V V
A A
RW RW
Rys.10.8. Schemat połączeń prądnicy szeregowo-bocznikowej przy: a) współdziałaniu przepływów, b) przeciwdziałaniu
przepływów.
U
U
przo
U
zgo
połączenie sz.b. zgodne
U
n
połączenie sz.b. przeciwne
I I
n
Rys.10.9. Charakterystyki zewnętrzne prądnicy szeregowo-bocznikowej przy: a) współdziałaniu przepływów,
b) przeciwdziałaniu przepływów.
10.2. Sprawozdanie
Sprawozdanie powinno zawierać:
·ð dane znamionowe badanej maszyny,
·ð charakterystykÄ™ biegu jaÅ‚owego,
·ð charakterystykÄ™ obciążenia,
·ð charakterystykÄ™ regulacyjnÄ…,
·ð charakterystyki zewnÄ™trzne,
·ð obliczenia zmiennoÅ›ci napiÄ™cia,
·ð wnioski i spostrzeżenia.
8