Zespół Dydaktyczno-Naukowy Napędów i Sterowania

Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich

Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki

Ćwiczenie M1

Badanie maszyn prądu stałego.

Prądnicy i silnika bocznikowego.

Data wykonania ćwiczenia: 30.03.2007r

Data oddania sprawozdania: 06.04.2007r

Ocena:...................................................

Wykonał zespół:

1. Sieczka Karol

2. Bober Dawid

3. Chojnacki Tomasz

4. Raczyła Tomasz

5. Szczepkowski Piotr

6. Ziemczonek Dominik

7. Pędzich Marta

8. Gołąbek Adam

9. Nikitiuk Grzegorz

Wydział SiMR

Rok ak.: 2006/2007

Semestr: 4

Grupa: 2.1

Warszawa 2007r.

1. Badanie silnika bocznikowego prądu stałego.

• Wyznaczanie zależności prędkości obrotowej silnika od prądu wzbudzenia I_f w stanie jałowym f(I_f).

Lp.	n	If
		[obr/min]	[A]
1.	1200	0,63
2.	1240	0,58
3.	1280	0,52
4.	1320	0,45
5.	1360	0,41
6.	1400	0,39
7.	1440	0,36

• Wyznaczanie charakterystyk obciążeniowych silnika.

Stałe:

Rezystancja twornika prądnicy: R_tw= 9 Ω

Starty mechaniczne w prądnicy ΔP_m = 30 W

Straty w prądnicy (w żelazie) P_Fe = 2 W

Użyte wzory:

P₁ = I₀ * U₀

P₂ = U_z*I_s + R_tw*I₀² + U_fp*I_fp + ΔP_m + P_Fe

Wyniki uzyskujemy po użyciu powyższych wzorów. Zestawienie wyników w Tabeli.

	Pomiary							Obliczenia
Lp	n	Uz=U1	Uo=U3	Is=I1	Io=I3	Ifp=Iz	Ufp=U4	P1	P2	M	
		[obr/min]	[V]	[V]	[A]	[A]	[A]	[V]	[W]	[W]	[Nm]	[%]
1	1200	260	0	0,3	0	0,65	0	78	110,00	32,00	70,9
2	1140	236	240	0,7	0	0	213	165,2	197,20	153,41	70,9
3	1060	220	215	1,6	1	0,54	129	352	462,66	325,66	72,3
4	1020	212	203	2,1	1,5	0,52	190	445,2	596,25	455,55	76,1
5	1000	240	195	2,6	2	0,51	180	624	783,80	549,80	74,7
6	970	196	185	3,1	2,5	0,49	175	607,6	781,60	636,50	79,6
7	960	196	180	3,5	3	0,49	173	686	883,77	737,77	77,7

• Wyznaczanie charakterystyki regulacyjnej.

Stałe:

Prędkość obrotowa n = 1200 obr/min

Rezystancja twornika prądnicy: R_tw= 9 Ω

Starty mechaniczne w prądnicy ΔP_m = 30 W

Straty mechaniczne w prądnicy (w żelazie) P_Fe = 2 W

Zestawienie wyników w Tabeli.

	Pomiary					Obliczenia
L.p.	I3 = I0	I2 = Ifs	I4 = Ifp	U3 = U0	U4 = Ufp	P2	M
		[A]	[A]	[A]	[V]	[V]	[W]	[Nm]
1	0	0,65	0,5	15	0	32,0	0,3
2	0	0,45	0,7	230	190	165,0	1,3
3	1	0,34	1,8	230	165	568,0	4,5
4	1,5	0,31	2,4	230	160	781,3	6,2
5	2	0,31	3,1	225	160	1014,0	8,0
6	2,5	0,3	3,8	225	155	1239,8	9,8
7	3	0,3	4,4	220	135	1367,0	10,8

2. Badanie prądnicy obcowzbudnej prądu stałego.

• Wyznaczanie charakterystyki biegu jałowego prądnicy bocznikowej.

Charakterystyka biegu jałowego prądnicy
n = 1200 obr/min
Ifp	A	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
Eo	V	150	185	215	235	255
n = 1440 obr/min
Ifp	A	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
Eo	V	175	225	260	290	300

n	[A]	1200	1240	1280	1320	1360	1400	1440
E	[V]	255	260	270	280	290	295	305

• Wyznaczanie charakterystyki zewnętrznej prądnicy bocznikowej.

Charakterystyka zewnetrzna prądnicy
n = 1200 obr/min Ipf = 0,44 A
I3	[A]	0	1	1,5	2	2,5	3
U2	[V]	225	225	220	220	220	215
P2	[W]	0	225	330	440	550	645

• Wyznaczanie charakterystyki regulacyjnej prądnicy bocznikowej.

Charakterystyka regulacyjna prądnicy
Uo = 220 V n = 1200 obr/min
Ifp	A	0,4	0,44	0,43	0,45	0,45	0,46
Io	A	0	1,1	1,5	2,1	2,5	3

Wnioski:

Pierwsza część ćwiczenia dotyczyła badania charakterystyk silnika bocznikowego: biegu jałowego oraz obciążenia. W pierwszej z nich badaliśmy wpływ wartości prądu wzbudzenia na obroty silnika. Zgodnie z zależnością

wraz ze wzrostem strumienia magnetycznego prędkość obrotowa powinna maleć(jednak tak się nie dzieje), zatem wykres zależności n=f(I_f) powinien mieć kształt łagodnie opadającej krzywej. Ze względu na nasycenie magnetyczne nie jest to zależność liniowa i taką krzywą otrzymaliśmy. Jej mała krzywizna wynika z wąskiego zakresu badanych wielkości, ale zasadniczo jest ona zgodna z założeniem. Powodem takiego przebiegu charakterystyki jest duże wzbudzenie, co za tym Idze szybki narastanie SEM indukcji w tworniku wraz z omegą czyli szybko naleje prąd a od tego właśnie zależy moment. Wraz ze wzrostem strumienia maleje omega a co za tym idzie prędkość obrotowa rośnie. Badanie charakterystyki obciążeniowej polegało na wyznaczeniu zależności prądu twornika, obrotów i sprawności od momentu obrotowego silnika. Wykres n=f(M) to krzywa opadająca od obrotów biegu jałowego do obrotów nominalnych. Jest to spadek wynikający ze wzrostu prądu twornika (równolegle z nim wzrasta prąd wzbudzenia i strumień który jest jednak zmniejszany przez działanie prądu twornika, dlatego obroty maleją wolniej). Wykres I_s=f(M) to rosnąca krzywa, a rozrzut wyników jest dość duży. Wykres sprawności η=f(M) to krzywa, której przebieg może niepokoić. Książkowy przebieg krzywej zbliżony jest do paraboli (straty zależą od kwadratu prądu) która osiąga ekstremum w pobliżu mocy (momentu) znamionowego i osiągają około 90%. Przyczyn tego odstępstwa od teorii może być kilka: błąd odczytania wskazań na miernikach lub błędy działania samych mierników albo wada lub uszkodzenie konstrukcji silnika.

Druga część ćwiczenia dotyczyła badania charakterystyk: biegu jałowego, zewnętrznej oraz regulacyjnej prądnicy bocznikowej.. Charakterystyka zewnętrzna to zależność napięcia na zaciskach prądnicy w funkcji obciążenia czyli prądu twornika. Ogólnie otrzymana zależność odpowiada rzeczywistej. Ostatnia z badanych charakterystyk to wykres I_f=f(I₃) czyli charakterystyka regulacyjna. Normalnie jest to wygięta w górę krzywa, której nieliniowość wynika ze wzrostu niekorzystnego oddziaływania prądu twornika na strumień wypadkowy wraz ze wzrostem tego prądu. Otrzymana krzywa przypomina przebieg rzeczywisty, ale duże odstępstwo to efekt niemożności utrzymania stałego napięcia znamionowego prądnicy przy jednocześnie stałych obrotach. Wskutek tego prąd magnesujący zamiast rosnąć pozostaje stały i zniekształca charakterystykę.

10

---