Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Data wykonania ćwiczenia:

Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn 28.11.2011r.

Rok II gr. A5 Prowadzący:

Wykonali: Damian Gut, Mgr inż. Grzegorz Olszyna.

Habinka Przemysław,

Herbuś Kamil,

Hutnik Mateusz

NAPĘDY MASZYN

"Wyznaczanie sprawności zespołu napędowego pod obciążeniem”

Sprawozdanie z laboratorium 1.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było wyznaczenie sprawności układu napędowego, w zależności od obciążenia oraz obrotów silnika w zależności od momentu obciążenia użytecznego.

1. Charakterystyka układu

W ćwiczeniu wykorzystano układ, którego skład wchodzi:

• silnik trójfazowy asynchroniczny R27 DRS80S4/PT o mocy 0.75kW, firmy SEW – EURODRIVE,

• sprzęgło oponowe 127 – 28/65-2-/55 – 060ASO,

• hamulec elektromagnetyczny proszkowy P170H z regulatorem prądu firmy EMA-ELFA,

• przemiennik częstotliwości ACS800 firmy ABB,

• zestaw do pomiaru momentu obrotowego i prędkości obrotowej.

Schemat stanowiska:

Silnik napędza reduktor, który z kolei poprzez sprzęgło oponowe napędza wał, na który nakłada obciążenie hamulec elektromagnetyczny. Obciążenie możemy regulować za pomocą dwóch cewek, które powodują zbieranie się proszku elektromagnetycznego i wzrost oporu na wale. Z kolei za pomocą przemiennika częstotliwości ( tzw. Falownika ) możemy regulować prędkość kątową wirnika silnika.

1. Wyniki Badania:

Tabela 1. Pomiary parametrów do wyznaczenia sprawności zespołu napędowego.

Lp.	Obciążenie hamulca [Nm]	Prędkość obrotowa silnika nwej. [obr/min]­	Prędkość obrotowa hamulca nwyj. [obr/min]	Obciążenie silnika [%]
1	1,2	800	79,7	14,56
2	7,1	800	79,7	25,3
3	11,9	800	79,6	35,33
4	16,6	800	79,6	44,77
5	21,5	800	79,5	55,15
6	26,7	800	79,4	65,6
7	31,6	800	79,4	75,44
8	36,5	800	79,3	85,35
9	43	800	79,2	98

1. Obliczenia

Parametry obliczone na podstawie uzyskanych wyników:

Wartość przełożenia: $i = \frac{n_{\text{zs}}}{n} = \frac{800}{79,7} = 10,04$

n_zs – obroty znamionowe silnika

n – obroty układu roboczego (hamulca) przy obrotach n_zs silnika.

Obliczenie sprawności układu w zależności od obciążenia:

Przy obliczaniu wykorzystano następujące zależności:

Przelicznik rad/min – rad/s

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ ω} = \frac{\pi}{30} = 0,105$$

Moment znamionowy silnika:

$$\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ M}_{z\ \text{sil}.} = \frac{N_{z}}{N_{\text{zs}}} \bullet \frac{1}{\omega} = \frac{750\ W}{1400\ \text{obr}/\min} \bullet 9,55 = 5,12\text{Nm}$$

Moc użyteczna:

N_uz = M_p • ω_p  • ω [W]

ω_p – prędkość kątowa tarczy hamulca

M_p - moment

Moc dostarczana przez silnik:

N_sil. = ω_si • ω • x_i • M_zs [W]        x_i − obciazenie silnika

ω_si - prędkość kątowa wirnika silnika

Sprawność układu:

$\eta = \frac{N_{uz.}}{N_{\text{sil}.}}$ N_uz. - moment użyteczny, N_sil. - moment zadany przez silnik,

1. Wyniki

Tabela 2. Wyniki obliczeń.

lp.	MP [Nm]	ωsi $$\lbrack\frac{\text{obr}}{\min\ }\rbrack$$	ωp $$\lbrack\frac{\text{obr}}{\min\ }\rbrack$$	xi	Nuz. [W]	Nsil. [W]	𝜼 [%]
1	1,2	800	79,7	0,1456	10,008	62,448	16
2	7,1	800	79,7	0,253	59,214	108,512	54,5
3	11,9	800	79,6	0,3533	99,127	151,51	68
4	16,6	800	79,6	0,4477	138,278	192,019	72
5	21,5	800	79,5	0,5515	178,88	236,539	76
6	26,7	800	79,4	0,656	221,877	281,360	78,9
7	31,6	800	79,4	0,7544	262,596	323,564	81,1
8	36,5	800	79,3	0,8535	302,95	366,068	82,7
9	43	800	79,2	0,98	356,47	420,324	85

1. Wnioski i uwagi.

Z przeprowadzonego doświadczenia możemy wywnioskować, iż nie cała energia wyprodukowana przez silnik jest energią wykorzystywaną przez urządzenie napędzane. Część tej energii pochłaniają: siła tarcia i oporu ruchu w samym silniku oraz przekładni (reduktorze) a także opory i tarcie w pozostałych elementach takich jak np. punkt podparcia wału.

Większość tej energii zostaje rozproszona w postaci ciepła, które powstaje w wyniku tarcia. Niewielką część magazynują w postaci energii kinetycznej wirujące elementy wału, przekładni oraz wirnika.

Wydajność badanego układu rośnie wraz z obciążeniem nadawanym przez hamulec do wartości ok. 90% obciążenia silnika. Następnie następuje gwałtowny spadek wydajności i prędkości kątowej wału przy wartości obciążenia 100%.

Możemy stąd wywnioskować, iż dobór silnika do określonych obciążeni pozwala optymalnie wykorzystać energię oraz, że optimum pracy silnika mieści się w granicach 80-95 % obciążenia. Sterowanie silnika i zmiana parametrów jego pracy przy pomocy przemiennika częstotliwości pozwala na zmniejszenie lub wykluczenie roli przekładni ( multiplikatora/reduktora) w układzie napędowym. Owocuje to zmniejszeniem strat energii na jej elementach. Odpowiedni dobór parametrów pracy silnika elektrycznego do stawianych mu wymagań, zwiększa sprawność układu i pozwala oszczędzić energię.