Politechnika Lubelska |
---|
Laboratorium Mikromaszyn |
Wykonywali: |
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie zasadniczych właściwości i charakterystyk jednofazowego komutatorowego silnika szeregowego prądu przemiennego oraz nabycie umiejętności przeprowadzenia podstawowych badań.
Dane znamionowe
Silnik
Typ 5ks-11
P2=250W
n=6000obr/min
M=0,4Nm
Hamulec elektromagnetyczny
I1=390W
Iwh=1,12A
Pomiar rezystancji i reaktancji uzwojeń
Schemat układu pomiarowego
Pomiar przeprowadzony został dla całego uzwojenia (uzwojenia wzbudzenia i uzwojenia twornika).
L.p. | U | I | P | Z | X | R | obwód mierzony |
---|---|---|---|---|---|---|---|
V | A | W | Ω | Ω | Ω | ||
1 | 64 | 0,38 | 24 | 168,42 | 166,20 | 27,23 | Wzbudzenie 1D1-2D2 |
2 | 72 | 0,42 | 30 | 171,43 | 170,07 | 21,56 | |
3 | 80 | 0,42 | 33 | 190,48 | 187,07 | 35,84 |
Średnia rezystancja: Rt=R1+R2+R3=28,21Ω
Średnia reaktancja: Xt=X1+X2+X3=174,45 Ω
Rezystancja całkowita wynosi: Rt=28,21Ω
Reaktancja całkowita wynosi: Xt=174,45Ω
Pomiar charakterystyk biegu jałowego
Schemat układu pomiarowego jak w poprzednik punkcie
Wyniki pomiarów
L.p. | U | I0 | n0 | P | P0 | PL0 | cosφ0 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
V | A | obr/min | W | W | W | - | |
1 | 80 | 0,42 | 5690 | 30 | 25,02 | 4,98 | 0,7448 |
2 | 72 | 0,43 | 4950 | 30 | 24,78 | 5,22 | 0,8005 |
3 | 66 | 0,41 | 4370 | 28 | 23,26 | 4,74 | 0,8595 |
4 | 58 | 0,39 | 3650 | 20 | 15,71 | 4,29 | 0,6945 |
5 | 50 | 0,37 | 2650 | 19 | 15,14 | 3,86 | 0,8183 |
6 | 42 | 0,34 | 1550 | 15 | 11,74 | 3,26 | 0,8221 |
7 | 34 | 0,3 | 0 | 13 | 10,46 | 2,54 | 1,0256 |
Przykładowe obliczenia
PL0=Io2Rt=(0,39)2*28,21=4,29W
P0=P-PL0=20-4,29=15,71W
$$\cos\varphi_{0} = \frac{P_{0}}{\text{UI}_{0}} = \frac{15,71}{58 \bullet 0,39} = 0,6945$$
Otrzymane charakterystyki
I0=f(U)
no=f(U)
P0=f(U)
cosφo=f(U)
Pomiary charakterystyk zwarcia
Schemat układu pomiarowego jak w poprzednim punkcie. Wirnik badanego silnika zostaje unieruchomiony.
Wyniki pomiarów
L.p. | Uk | I | Pk | cosφ0 | T1 |
---|---|---|---|---|---|
V | A | W | - | Nm | |
1 | 140 | 2 | 140 | 0,5000 | 0,36 |
2 | 128 | 1,8 | 120 | 0,5208 | 0,35 |
3 | 120 | 1,6 | 100 | 0,5208 | 0,25 |
4 | 116 | 1,4 | 80 | 0,4926 | 0,22 |
5 | 108 | 1,2 | 60 | 0,4630 | 0,17 |
6 | 96 | 1,0 | 50 | 0,5208 | 0,14 |
7 | 84 | 0,8 | 40 | 0,5952 | 0,08 |
8 | 68 | 0,6 | 20 | 0,4902 | 0,06 |
9 | 40 | 0,4 | 10 | 0,6250 | 0,03 |
10 | 20 | 0,2 | 5 | 1,2500 | 0,02 |
Przykładowe obliczenia
$$\text{cosφ}_{k} = \frac{P_{k}}{U_{k}I} = \frac{80}{116 \bullet 1,4} = 0,4926$$
Otrzymane charakterystyki
Uk=f(I)
Pk=f(I)
Tl=f(I)
cosφk=f(I)
Pomiar charakterystyki obciążenia
Schemat układu pomiarowego
Wyniki pomiarów
L.p. | U | I | Pin | Ts | n | Ps | η | cosφ | Iwh |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
V | A | W | Nm | obr/min | W | - | - | A | |
1 | 80 | 0,77 | 40 | 0,08 | 980 | 8,21 | 0,205 | 0,649 | 1,12 |
2 | 80 | 0,76 | 40 | 0,07 | 1000 | 7,33 | 0,183 | 0,658 | 1 |
3 | 80 | 0,76 | 40 | 0,07 | 1060 | 7,77 | 0,194 | 0,658 | 0,9 |
4 | 80 | 0,75 | 40 | 0,07 | 1140 | 8,35 | 0,209 | 0,667 | 0,8 |
5 | 80 | 0,74 | 40 | 0,065 | 1230 | 8,37 | 0,209 | 0,676 | 0,7 |
6 | 80 | 0,73 | 40 | 0,06 | 1450 | 9,11 | 0,228 | 0,685 | 0,6 |
7 | 80 | 0,71 | 40 | 0,06 | 1570 | 9,86 | 0,246 | 0,704 | 0,5 |
8 | 80 | 0,70 | 40 | 0,055 | 1850 | 10,65 | 0,266 | 0,714 | 0,4 |
9 | 80 | 0,67 | 40 | 0,05 | 2200 | 11,51 | 0,288 | 0,746 | 0,3 |
10 | 80 | 0,64 | 40 | 0,04 | 2590 | 10,84 | 0,271 | 0,781 | 0,2 |
11 | 80 | 0,56 | 40 | 0,03 | 3500 | 10,99 | 0,275 | 0,893 | 0,1 |
Przykładowe obliczenia
$$P_{S} = \frac{\pi}{30}\text{nT}_{s} = \frac{\pi}{30}1140 \bullet 0,07 = 8,35W$$
$$\eta = \frac{P_{s}}{P_{\text{in}}} = \frac{8,35}{40} = 0,209$$
$$cos\varphi = \frac{P_{\text{in}}}{\text{UI}} = \frac{40}{80 \bullet 0,75} = 0,667$$
Otrzymane charakterystyki
n=f(I)
Pin=f(I)
Ps=f(I)
η=f(I)
cosφ=f(I)
Pomiar charakterystyk regulacyjnych
Schemat układu pomiarowego jak w poprzednim punkcie.
Wyniki pomiarów
L.p. | U | I | Ts | n |
---|---|---|---|---|
V | A | Nm | obr/min | |
1 | 124 | 0,86 | 0,08 | 5000 |
2 | 112 | 0,86 | 0,08 | 3670 |
3 | 92 | 0,8 | 0,08 | 2380 |
4 | 88 | 0,82 | 0,08 | 1840 |
5 | 82 | 0,8 | 0,08 | 1260 |
1 | 160 | 1,2 | 0,16 | 5540 |
2 | 155 | 1,2 | 0,16 | 5270 |
3 | 150 | 1,2 | 0,16 | 5030 |
4 | 145 | 1,18 | 0,16 | 4800 |
5 | 140 | 1,2 | 0,16 | 4320 |
6 | 132 | 1,2 | 0,16 | 3640 |
Otrzymane charakterystyki
n=f(U)
Wnioski
Pomiar rezystancji obarczony był pewnym błędem wynikającym z występowania rezystancji mierników.
Charakterystyki biegu jałowego są zbliżone do oczekiwanych. Jedynie wartość cosinusa kąta nieznacznie odbiega od założonej. Może to być spowodowane błędami watomierza, gdyż mierzone moce były małe w stosunku do jego najmniejszego zakresu.
Również otrzymane charakterystyki dla stanu zwarcia nie odbiegają zbytnio od przewidywanych.
Przy wyznaczaniu charakterystyki obciążenia przebiegi również są przewidywalne. Z wyników pomiarów wynika mała sprawność silnika, dlatego nie może on pracować pod pełnym obciążeniem przez dłuższy czas ze względu na duże straty energii i grzanie się uzwojeń.
Charakterystyka regulacyjna przedstawia zależność prędkości obrotowej od napięcia zasilania. Jak widać, niewielka zmiana napięcia powoduje dużą zmianę prędkości wału. Jeżeli silnik obciążony jest momentem, to zbyt duże obniżenie napięcia powoduje zatrzymanie silnika (dla momentu równego 0,2Tn jest to napięcie poniżej 80V, dla obciążenia 0,4Tn silnik zatrzymuje się już poniżej ok. 130V.
Badany silnik jednofazowy stosowany jest powszechnie w urządzeniach gospodarstwa domowego takich jak odkurzacze, miksery, roboty kuchenne, itp. Ze względu na małą sprawność urządzenia te nie mogą być obciążone dłużej niż podany przez producenta czas. Silniki w odkurzaczach podczas pracy są chłodzone zasysanym powietrzem.