POLITECHNIKA POZNAŃSKA Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej
Laboratorium Elektrodynamiki Technicznej Ćwiczenie nr 8 Temat ćwiczenia: Badanie przebiegu siły elektromotorycznej rotacji
Rok akademiczki 2013/14 Semestr VI Wydział Elektryczny Elektrotechnika Grupa EUM / 4
Uwagi:

I Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest badanie oraz obserwacja powstawania siły elektromotorycznej rotacji. Ćwiczenie polegało na zwiększeniu prędkości obrotowej oraz odczytywaniu powstałej wartości SEM rotacji i rejestracji uzyskanych przebiegów .

II Podstawy teoretyczne:

Prawo Faradaya w postaci całkowej:

Napięcie wzdłuż krzywej zamkniętej jest równe sile elektromotorycznej wzniecającej w skutek zmian czasowych strumienia magnetycznego przenikającego powierzchnię, której brzegiem jest ta krzywa.

Strumień magnetyczny przenikający powierzchnię S:

Wzór ogólny określający siłę elektromotoryczną indukowana w obwodzie zamkniętym:

Minus w powyższej zależności wynika z reguły Lentza, wedle której powstała siła elektromotoryczna przeciwdziała wytwarzającemu ją strumieniowi magnetycznemu.

III Schemat blokowy stanowiska pomiarowego:

IV Przebiegi ćwiczenia:

Wyznaczenie charakterystyki E=f(n) :

Tabela 1

Lp.	n	E	f
	[obr/min]	[V]	[Hz]
1	514	8,17	8,56
2	769	12,50	12,82
3	865	14,60	14,41
4	1021	16,60	17,01
5	1266	21,00	21,10
6	1370	23,10	22,83
7	1523	25,20	25,38
8	1583	26,61	26,39
9	1685	28,38	28,09
10	1786	30,07	29,77
11	1898	31,94	31,64
12	1996	33,58	33,27
13	2096	35,27	34,93
14	2200	37,04	36,66
15	2303	38,84	38,38
16	2405	40,50	40,08
17	2509	42,25	41,82
18	2611	43,98	43,52
19	2714	45,71	45,24
20	2771	46,63	46,18
21	2815	47,43	46,92

Przykładowe obliczenia prędkości obrotowej dla punktu 6:

Rejestracje wybranych przebiegów:

Rejestracja 1

Rejestracja 2

V Wnioski:

Założeniem badań siły elektromotorycznej rotacji w niniejszym ćwiczeniu, było zweryfikowanie podstaw teoretycznych zagadnienia. W pierwszej kolejności odnieśliśmy się do uzyskanej charakterystyki E= f(n), stwierdzając proporcjonalność siły elektromotorycznej, wytworzonej w układzie pomiarowym, do prędkości obrotowej silnika napędowego. Dla wykresu zastosowano prostą linię trendu, która w sposób dokładny oddała zarys przewidywany na podstawie punktów pomiarowych. Dodatkowo należy podkreślić małe odchylenia od przebiegu, które skorygowano słupkami błędów o wartości procentowej równej 3 %.

Wyniki obliczeń prędkości obrotowej określiliśmy mianem wysoce prawdopodobnych – w przypadku częstotliwości zbliżonych do 50 Hz otrzymano około 2800 obr/ min , co jest bliskie powszechnej wartości znamionowej silników prądu stałego. Powodem zbliżonych wartości liczbowych SEM oraz częstotliwości jest obecność jednej pary biegunów w układzie.

Interpretację zamieszczonych w sprawozdaniu rejestracji, rozpoczęliśmy od wyjaśnienia kształtu uzyskanego przebiegu. Jest on ściśle powiązane z budową dwubiegunowego układu pomiarowego, w którym na wale wirnika zamontowano 6 magnesów. Ich obecność jest oznaczona numerami 1 - 6 na rejestracji 1. Dodatkowo wraz ze wzrostem częstotliwości zasilania układu napędowego, punktu te stają się coraz to bardziej wyraźne – przebieg ulega zwężeniu względem osi poziomej i poszerzeniu w odniesieniu do osi pionowej. Odwrotność takiego stanu można zaobserwować na rejestracji 2, którą wykonano przy niskiej wartości prędkości obrotowej/częstotliwości. W tym przypadku punkty zaznaczone wcześniej numerami są praktycznie niewidoczne. Równocześnie udało nam się ponownie zaobserwować skutki wpływu konstrukcji układu na wyniki badań – jednak wyjaśnienie zjawisk zachodzących w tym kontekście wymaga krótkiego omówienia. Bezpośrednia rolę odgrywa tutaj moment zaczepowy, a co za tym idzie tzw. pozycja uprzywilejowana względem biegunów układu pomiarowego.

Powyższe rysunki przedstawiają w sposób uproszczony dwa szczególne stany układu. Przy wariancie pierwszym grupa zaobserwowała trudności w ręcznym obróceniu wału, natomiast przy drugim czynność ta okazywała się znacznie łatwiejsza. Rys.1 określa zatem położenie magnesów względem biegunów w przypadku pojawienia się momentu zaczepowego. W sytuacji stanu z rys.2 mamy do czynienia ze wspomnianą pozycją uprzywilejowaną.

Omówienie to ma duże znaczenie w odniesieniu do wniosków związanych z rejestracją 2.Przebieg drugi ukazuje nam bowiem sekwencję zaczepiania oraz zrywania tego zaczepu. W przypadku dalszego obniżania częstotliwości zasilania silnika napędowego, dochodzi do sytuacji w której moment na wale jest niewystarczający do pokonania omawianego w tej części momentu. Taka sytuacja widoczna była siłą rzeczy także podczas rozruchu.

Jako podsumowanie naszych rozważań postanowiliśmy potwierdzić fundamentalną zależność badanej siły elektromotorycznej od ruchu - w przypadku jego braku, wartość SEM rotacji jest równa zero.