Wydział Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej

Katedra Diagnostyki Maszyn Elektrycznych

Laboratorium Maszyn Elektrycznych

Sprawozdanie ćwiczenie - Silniki komutatorowe prądu stałego

Data wykonania ćwiczenia: 19.05.2015.
Wykonał: Mzyk Karol

I. Silnik bocznikowy prądu stałego.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z budową silnika bocznikowego prądu stałego, wykonanie rozruchu oporowego nieobciążonego silnika, wyznaczenie charakterystyk pracy obciążonego silnika oraz wyznaczenie sprawności silnika.

Rozruch silnika nastąpił przez ustawienie wartości na rezystorze R_d wartości maksymalnej, a na rezystorze R_fd znamionowej wartości prądu wzbudzenia. Włączyliśmy napięcie zasilające i stopniowo zmniejszaliśmy rezystancję R_d do zera. Prędkość obrotowa stopniowo wzrastała. Rezystorem R_fd ustawiliśmy wartość prądu wzbudzenia 0.73 A.

Schemat układu pomiarowego dla silnika bocznikowego z dozwojeniem szeregowym

Dane znamionowe :

U_aN = 230V R_a = 0.8Ω

I_tN = 15.2A R_s = 0.07Ω

I_fN = 0.73A

n_N = 1450 $\frac{\text{obr}}{\min}$

I_N = I_tN +  I_fN

a) U_a = U_aN = 230V , I_f= I_fN = 0.73A , R_d = 0

I [A]	n [min^−1]	P1 [W]	T [Nm]	P2 [W]	η [%]	$$C_{E}F\ \lbrack\frac{\text{Nm}}{A}\rbrack$$	Tobl [Nm]
15	1109	3617,9	26,172	3037,924	83,96	1,878	28,171
12	1143	2927,9	20,76	2483,602	84,82	1,842	22,107
9	1176	2237,9	14,796	1821,21	81,38	1,810	16,290
6	1209	1547,9	9,684	1225,433	79,16	1,779	10,677
3	1238	857,9	4,596	595,537	69,41	1,756	5,269
1	1275	397,9	0,384	51,244	12,87	1,717	1,717

δ_nN = $\frac{n_{0} - {\ n}_{N}}{n_{0}}$ * 100% = $\frac{1275 - 1109}{1275}$ * 100% = 13.01%

b) U_a = U_aN = 230V , I_f= I_fN = 0.73A , R_d = 5Ω

I [A]	n [min^−1]	P1 [W]	T [Nm]	P2 [W]	η [%]	$$C_{E}F\ \lbrack\frac{\text{Nm}}{A}\rbrack$$	Tobl [Nm]
11	674	2697,9	18,9	1333,307	49,42	2,355	25,915
9	785	2237,9	15,096	1240,338	55,42	2,163	19,475
7	901	1777,9	11,244	1060,362	59,64	2,008	14,058
5	1006	1317,9	7,728	813,717	61,74	1,908	9,544
3	1120	857,9	4,152	486,725	56,73	1,813	5,440
1	1243	397,9	0,372	48,397	12,16	1,723	1,723

δ_nN = $\frac{n_{0} - {\ n}_{N}}{n_{0}}$ * 100% = $\frac{1243 - 674}{1243}$ * 100% = 45.77%

c) U_a = U_aN = 230V , I_f= 0.6A , R_d = 0

I [A]	n [min^−1]	P1 [W]	T [Nm]	P2 [W]	η [%]	$$C_{E}F\ \lbrack\frac{\text{Nm}}{A}\rbrack$$	Tobl [Nm]
15	1183	3588	24,18	2993,984	83,44	1,760	26,409
12	1215	2898	19,308	2455,398	84,72	1,733	20,797
9	1248	2208	14,148	1848,068	83,69	1,705	15,350
6	1283	1518	9,276	1245,649	82,05	1,677	10,062
3	1323	828	3,9	540,048	65,22	1,643	4,930
1	1356	368	0,42	59,609	16,19	1,614	1,614

δ_nN = $\frac{n_{0} - {\ n}_{N}}{n_{0}}$ * 100% = $\frac{1356 - 1183}{1356}$ * 100% = 12.76%

d) U_a= 200V , I_f= I_fN = 0.73A , R_d = 0

I [A]	n [min^−1]	P1 [W]	T [Nm]	P2 [W]	η [%]	$$C_{E}F\ \lbrack\frac{\text{Nm}}{A}\rbrack$$	Tobl [Nm]
15	940	3146	26,196	2577,337	81,92	1,910	28,662
12	969	2546	20,628	2092,133	82,17	1,877	22,527
9	1000	1946	15,36	1607,68	82,61	1,842	16,578
6	1028	1346	9,972	1072,961	79,71	1,814	10,885
3	1057	746	4,464	493,864	66,20	1,786	5,358
1	1088	346	0,336	38,262	11,05	1,749	1,749

δ_nN = $\frac{n_{0} - {\ n}_{N}}{n_{0}}$ * 100% = $\frac{1088 - 940}{940}$ * 100% = 13.6%

Obliczenie mocy użytecznej znamionowej P_n dla znamionowego prądu zasilania:

P_n = $T*\ \frac{\text{πn}}{30}$ T =  C_EFI_a = 21.7 C_EF = 1.428 $\mathrm{\Omega}_{N} = \frac{\text{πn}}{30}$

P_n = 3298.8 W

Sprawność znamionowa silnika dla znamionowego prądu zasilania:

$$\eta_{N} = \ \frac{T_{n}*\mathrm{\Omega}_{N}\ }{U_{N}*\ I_{N}}*100\% = 89.88\%$$

II. Silnik szeregowy prądu stałego.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z budową silnika szeregowego prądu stałego, rozruch napięciowy silnika, pomiar charakterystyk zewnętrznych i mechanicznych n = f(I) i n = f(T) oraz wyznaczenie sprawności silnika.

Silnik szeregowy może się rozbiegać przy braku obciążenia, dlatego zwiększając napięcie zasilania silnika szeregowego należy jednocześnie zwiększać prąd wzbudzenia prądnicy obciążającej dany silnik. Ustawiamy napięcie zasilania na 70V.

Pomiary wykonywaliśmy obciążając twornik silnika prądem 45A a następnie zmniejszając go do wartości takie przy której silnik rozbiega sie do 2100 obrotów.

Dane:

R_a = 0.254Ω

R_f = 0.054Ω

R_d = 0.78Ω

R_b = 0.184Ω

Układ do wyznaczania charakterystyk pracy silnika szeregowego.

a) U= 50V , R_d = 0 , bocznikowanie wzbudzenia i rezystancja dodatkowa odłączone

I [A]	n [min^−1]	P1 [W]	T [Nm]	P2 [W])	η [%]	$$C_{E}F\ \lbrack\frac{\text{Nm}}{A}\rbrack$$	Tobl [Nm]
45	747	2250	19,35	1512,899	67,24	0,462	20,8
40	825	2000	15,705	1356,127	67,81	0,436	17,455
35	939	1750	11,61	1141,054	65,20	0,399	13,967
30	1149	1500	8,28	995,769	66,38	0,339	10,168
25	1302	1250	5,76	784,950	62,80	0,310	7,76
20	1550	1000	3,6	584,04	58,40	0,270	5,405
15	2031	750	1,206	256,369	34,18	0,213	3,202

b) U= 70V , R_d = 0 , bocznikowanie wzbudzenia i rezystancja dodatkowa odłączone

I [A]	n [min^−1]	P1 [W]	T [Nm]	P2 [W]	η [%]	$$C_{E}F\ \lbrack\frac{\text{Nm}}{A}\rbrack$$	Tobl [Nm]
45	1065	3150	19,44	2166,977	68,79	0,504	22,663
40	1176	2800	16,47	2027,259	72,40	0,469	18,744
35	1366	2450	12,06	1724,274	70,38	0,414	14,497
30	1524	2100	8,946	1426,994	67,95	0,381	11,427
25	1839	1750	5,508	1060,191	60,58	0,324	8,092
20	2100	1400	3,15	692,37	49,46	0,290	5,809

c) U= 70V , R_d = 0.78Ω , bocznikowanie wzbudzenia odłączone

I [A]	n [min^−1]	P1 [W]	T [Nm]	P2 [W]	η [%]	$$C_{E}F\ \lbrack\frac{\text{Nm}}{A}\rbrack$$	Tobl [Nm]
40	608	2800	15,282	972,506	34,73	0,416	16,644
35	728	2450	12,438	947,742	38,68	0,419	14,662
30	955	2100	8,865	886,116	42,20	0,374	11,213
25	1357	1750	5,31	754,193	43,10	0,301	7,533
20	2000	1400	2,016	422,016	30,14	0,230	4,609

d) U= 50V , R_d = 0Ω, R_b = 0.184Ω

I [A]	n [min^−1]	P1 [W]	T [Nm]	P2 [W]	η [%]	$$C_{E}F\ \lbrack\frac{\text{Nm}}{A}\rbrack$$	Tobl [Nm]
45	866	2250	16,362	1483,073	65,91	0,625	28,146
40	946	2000	13,221	1309,073	65,45	0,587	23,50
35	1079	1750	10,224	1154,65	65,98	0,528	18,486
30	1226	1500	7,29	935,463	62,36	0,476	14,291
25	1498	1250	4,986	781,758	62,54	0,399	9,983
20	1779	1000	2,736	509,449	50,94	0,344	6,883

Wnioski:

Porównując otrzymane charakterystyki zewnętrzne silnika bocznikowego prądu stałego możemy zauważyć, że napięcie zasilające wpływa na prędkość obrotową- im większe tym maszyna osiąga większe obroty. Również znamionowy prąd wzbudzenia odgrywa dużą rolę. Gdy zmniejszymy prąd wzbudzania charakterystyka jest bardziej stroma, a co za tym idzie, następują gwałtowniejsze zmiany prędkości obrotowej. Jednakże zmiany charakterystyk nie są tak duże jak w przypadku dodania oporu dodatkowego.

Reasumując, przeprowadzone przez nas pomiary pozwoliły ustalić, że w miarę wzrostu wartości mocy oddawanej przez maszynę prędkość obrotowa wirnika maleje, prąd rośnie oraz rośnie sprawność. Ponadto im wyższa prędkość obrotowa tym mniejszy moment obrotowy.

Obserwując przebieg charakterystyk zewnętrznych badanego urządzenia w czasie pomiarów zauważamy, że napięcie ma wpływ na kształtowanie się wykresu. Gdy jest ono wyższe charakterystyka znajduje się „wyżej na wykresie”. Ponadto opór dodatkowy kształtuje nachylenie charakterystyki, im większy, tym wykres gwałtowniej wzrasta.

Reasumując, danie ćwiczenie pozwoliło nam obserwować zmiany charakterystyk zewnętrznych i mechanicznych w zależności od oporu dodatkowego, obniżania napięcia i zbocznikowania uzwojenia wzbudzenia. Dzięki temu wiemy jak uzyskać wskazaną przez nas wartość prędkości obrotowej, czy też momentu obrotowego.