Politechnika Poznańska
Laboratorium Maszyn Elektrycznych Ćwiczenie nr 6 Temat: Mikromaszyny elektryczne oraz maszyny specjalne.
Rok akademicki: 1999/2000 Wydział Elektryczny Studia dzienne magisterskie Specjalność: Robotyka Kierunek : Automatyka i Robotyka	Ćwiczenie wykonali: Marcin Żbikowski	Data wykonania ćwiczenia	Data oddania sprawozdania
				01.12.1999	20.12.1999
				ocena:

1. Prądnica tachometryczna unipolarna.

W pierwszej części ćwiczenia przeprowadziliśmy badanie prądnicy tachometrycznej unipolarnej wzbudzanej prądem stałym. Nasze pomiary i obserwacje polegały na sprawdzeniu zależności siły elektromotorycznej indukowanej w uzwojeniu twornika w zależności od prędkości obrotowej.

Dane znamionowe badanej prądnicy tachometrycznej unipolarnej odczytane z tabliczki znamionowej to:

E=65 uV/obr

n= 0 - 3000 obr/min

Iwn=1,7A

Charakterystykę powyższą zdejmowaliśmy przy prądzie znamionowym. W naszym przypadku była to wartość bardzo zbliżona do wartości znamionowej i wynosił on I=1,4 A

lp.	n	E
		[obr/min]	[mV]
1	267	7,28
2	340	9,67
3	458	14,67
4	572	21,60
5	686	29,37
6	786	36,47
7	881	42,67
8	980	48,24
9	1075	55,43
10	1190	60,68
11	1507	80,90
12	2017	106,90
13	2100	105,83

Na podstawie zdjętych pomiarów został sporządzony wykres zależności E(n) przedstawiony poniżej.

Na otrzymanym wykresie widać na nim wyraźnie, że charakterystyka badanej maszyny jest - mniej więcej - liniowa. Rozbieżności wynikają najprawdopodobniej z obecności dużej składowej zmiennej w napięciu wyjściowym, która uniemożliwiała dokładny odczyt wartości E na woltomierzu. Obecność oscylacji przedstawionych na rysunku poniżej (otrzymanym z komputerowego oscyloskopu) możemy wytłumaczyć na przykład wadą jednego ze styków używanych w celu połączenia układu z oscyloskopem. Podczas wykonywania pomiarów można było zauważyć, że wraz ze wzrostem wartości prędkości obrotowej zakłócenia również rosły.

rys. 1 Przebieg napięcia wyjściowego tachometrycznej prądnicy unipolarnej dla:

n=1190 obr/min i E=60,68 mV

2. Selsymetr

W drugiej części ćwiczenia badaliśmy selsymetr w dwóch trybach pracy:

• tryb pracy wskaźnikowej

• tryb pracy transformatorowej

W pracy wskaźnikowej selsyn odbiorczy wskazuje położenie kątowe, jakie zajmuje wał selsynu nadawczego. Charakterystyka tego urządzenia jest liniowa i przedstawiona została na wykresie 2. Widać wyraźnie, że w przypadku bez żadnego momentu obciążającego kąty na selsynach są sobie równe, natomiast po dołożeniu do selsynu odbiorczego obciążenia kąty przesunęły się względem siebie o około 7 stopni. Widać również, że w 2 przypadku w obwodzie pojawił się prąd, który zależy od wielkości różnicy kątów  i . Jego obecność można wytłumaczyć dążeniem układu do stanu równowagi.

Wyniki pomiarów (U_zas=110V) (praca wskaźnikowa):

Bez momentu obciążającego
lp.			I
		deg	deg	[A]
1	0	0	0
2	10	10	0
3	20	20	0
4	30	30	0
5	40	40	0
6	50	50	0
7	60	60	0
8	70	70	0
9	80	80	0
10	90	90	0

Z momentem obciążającym

lp.			I
		deg	deg	[A]
1	0	-10	0,042
2	10	0	0,043
3	20	10	0,041
4	30	24	0,035
5	40	32	0,020
6	50	42	0,000
7	60	53	0,000
8	70	63	0,000
9	80	74	0,000
10	90	84	0,000

 - kąt wychylenia selsynu nadawczego;  - kąt wychylenia selsynu odbiorczego

Przy badaniu pracy transformatorowej selsynu zablokowaliśmy tarczę selsynu odbiorczego w stałym położeniu 0⁰ i badaliśmy, w jaki sposób kąt wychylenia selsynu nadawczego wpływa na sygnał elektryczny (napięcie) powstający na uzwojeniu selsynu odbiorczego. Zależność ta została przedstawiona na wykresie poniżej. Można zauważyć, że jest ona w przybliżeniu sinusoidalna, co zgadza się z przewidywaniami teoretycznymi.

Główną wadą selsymetru jest fakt, że selsyny wchodzące w jego skład muszą być zasilane tą samą fazą napięcia. Uniemożliwia to ich zastosowanie na większe odległości.

Wyniki pomiarów (praca transformatorowa):

	Uzas=110V
	=0^o
lp					U
		deg				[V]
1	0				0
2	10				11
3	20				23
4	30				33
5	40				44
6	50				51
7	60				56
8	70				61
9	80				64
10	90				66

3. Prądnica tachometryczna indukcyjna

Prądnica tachometryczna indukcyjna 2-fazowa ma budowę podobną do silnika 2-fazowego z wirnikiem kubkowym. Ważną zaletą badanego urządzenia jest fakt, że częstotliwość siły elektromotorycznej indukowanej w drugim uzwojeniu jest równa częstotliwości napięcia zasilającego uzwojenie wzbudzenia i nie zależy od prędkości obrotowej wirnika. Wartość indukowanej siły elektromotorycznej jest natomiast proporcjonalna do powyższej prędkości.

Dane znamionowe:

Un=110 V

nn=1050 obr/min

Wyniki pomiarów (U_zas=110 V):

lp	n	E
		[obr/min]	[V]
1	0	0,14
2	100	0,17
3	217	1,50
4	302	2,33
5	415	3,30
6	500	3,70
7	602	4,90
8	703	5,60
9	806	6,00
10	910	6,28
11	1005	7,36
12	1093	9,00
13	1208	9,56
14	1308	11,20
15	1396	13,00
16	1483	13,35

Podczas przeprowadzania ćwiczenia zasililiśmy uzwojenie wzbudzenia napięciem przemiennym 50 Hz U_zas=110 V i odczytywaliśmy wartość siły elektromotorycznej. Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że napięcie zerowe badanego urządzenia wynosi ok. 0,14 V. Przedstawiona na wykresie poniżej. Zależność E(n) pokazuje, że charakterystyka teoretyczna różni się w pewnym stopniu od otrzymanej doświadczalnie. Winą za to można obarczyć pewną bezwładność woltomierza, który oscylował wokół odczytywanych wartości. Poza tym dodatkowy błąd wynika ze spadków napięć w uzwojeniach stojana i wirnika.

4. Silnik wykonawczy 2-fazowy

W kolejnej części ćwiczenia przeprowadziliśmy badanie silnika wykonawczego 2-fazowego.

Dane znamionowe:
Un=110 V	In=0,095 A	fn=50 Hz
nn=1150 obr/min		Mn= 5 gcm

Układ został zasilony 2 napięciami o przesunięciu fazowym 90⁰ i dodatkowo obciążony momentem M=100gcm. Dokonaliśmy pomiarów charakterystyki sterowania silnika (wykres) dla sterowania amplitudowego, tzn. dla stałej wartości napięcia wzbudzenia U_w=110 V dokonaliśmy pomiaru zależności prędkości obrotowej od napięcia sterującego, przyłożonego do drugiego uzwojenia.

Widać wyraźnie, że charakterystyka zbadanego urządzenia tylko w przybliżeniu jest liniowa, co może być spowodowane stanem technicznym silnika.

Pomiary:

lp	Ister	Uster	Iw	Uw	n
		[A]	[V]	[A]	[V]	[obr/min]
1	0,0620	110	0,0730	110	1101
2	0,0560	100	0,0730	110	1083
3	0,0420	80	0,0745	110	1015
4	0,0360	70	0,0760	110	955
5	0,0350	60	0,0760	110	895
6	0,0280	50	0,0770	110	657
7	0,0250	40	0,0780	110	550
8	0,0200	30	0,0790	110	332

Głównymi zaletami silnika wykonawczego 2-fazowego są:

• względnie mała moc sterująca (rzędu kilku watów),

• praca przy stałej częstotliwości napięcia oraz

• brak komutatora i szczotek (nie ma iskrzenia, normalnego dla silników z komutatorem),

• samohamowność.

5. Prądnica tachometryczna komutatorowa

Kolejnym i zarazem ostatnim badanym układem była układ prądnicy tachometrycznej komutatorowej. Jej główną wadą jest istnienie komutatora, który wprowadza do indukowanej siły elektromotorycznej składową zmienną, która rośnie wraz z prędkością obrotową wirnika (zjawisko zakłóceń komutacyjnych).

Dane znamionowe:
Un=230 V	In=0,095 A
nn=6000 obr/min

Pomiary:

lp	n	E
		[obr/min]	[V]
1	1516	66,11
2	1411	61,49
3	1307	57,02
4	1206	52,57
5	1108	48,13
6	1008	44,03
7	895	39,12
8	800	34,92
9	705	30,88
10	606	26,35
11	505	21,84
12	393	17,26

Na podstawie powyższych danych wykreślona została charakterystyka E(n) .

Z otrzymanej charakterystyki widać wyraźnie liniowość , co potwierdza zgodność pomiarów z teorią.

6. Wnioski

Wszystkie przebadane w ćwiczeniu maszyny cechują się liniową charakterystyką sterowania, co czyni z nich idealne urządzenia do zastosowań w układach automatyki. Użycie ich jest ograniczone tylko przez budowę, np. maszyny z komutatorem i szczotkami nie mogą być używane w otoczeniu urządzeń i układów łatwopalnych. Również tam, gdzie niedopuszczalne są zakłócenia radioelektryczne nie jest wskazane stosowanie maszyn z komutatorami. Łącza selsynowe natomiast mają zasięg ograniczony możliwością doprowadzenia odpowiedniego zasilania. Pomimo tego iż urządzenia te nadają się do układów regulacji automatycznej są one stopniowo wypierane przez urządzenia optoelektroniczne ,które to są bardziej dokładne a ich używanie nie jest tak ograniczone.

8

---