POLITECHNIKA RADOMSKA Wydz. TRANSPORTU		LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH		Data:
		GRUPA	ZESPÓŁ	Rok akademicki
Nr. Ćwiczenia: 2	Temat: BADANIE SILNIKA BOCZNIKOWEGO			OCENA:

Dane znamionowe badanej maszyny:

P_n = 1,5 kW I_nw = 0,47A

U_n = 220V n_n = 1450 obr./min.

I_n = 8,7A

1. Pomiar rezystancji uzwojenia bocznikowego i twornika

Schemat połączeń do pomiaru rezystancji: a/ uzwojenia bocznikowego,
b/ uzwojenia twornika i komutacyjnego

Tabela pomiarowa:

	Uzwojenie bocznikowe				Uzwojenie twornika
L.p.
	V	A			V	A
1.	220	0,44	502	496	17,5	6,85	2,55	2,576
2.	140	0,29	490,6			15	5,77		2,6
3.	120	0,24	495,4			10	3,39		2,551

Wzory:

Schemat połączeń do badań silnika bocznikowego

2. Wyznaczanie strat jałowych metodą biegu jałowego

Tabela pomiarowa:

	Pomiary				Obliczenia
L.p.								Δ
	V	A	A	obr./min.	V	W	W	W
1.	230	0,95	0,51	1450	227,5	218,5	2,316	216,1
2.	210	1	0,47	1450	207,4	210	2,567	207,4
3.	200	1,03	0,4	1450	197,3	206	2,723	203,2
4.	178	1,1	0,3	1450	175,1	195,8	3,106	192,6
5.	162	1,16	0,25	1450	159	187,92	3,454	184,4
6.	151	1,2	0,23	1450	147,9	181,2	3,696	177,5
7.	138	1,28	0,2	1450	134,7	176,6	4,205	172,4
8.	134	1,3	0,18	1450	130,6	174,2	4,338	169,8
9,	105	1,52	0,2	1450	101	159,6	5,930	153,6
10,	70	2,1	0,2	1450	64,6	147	11,320	135,6
11,	62	2,3	0,2	1450	56	142,6	13,579	129
12,	40	3,9	0,2	1450	29,9	156	39,044	116,9

Wzory:

- siła elektromotoryczna

- moc pobrana przez twornik

- straty na rezystancji uzwojenia twornika

- straty jałowe

Charakterystyki:

Ponieważ badany silnik nie został odłączony od prądnicy, więc wartość strat mechanicznych
będzie sumą strat mechanicznych silnika i prądnicy. Silnik i prądnica używane w ćwiczeniu były o zbliżonych parametrach i gabarytach, więc straty mechaniczne silnika będą równe stratom mechanicznym prądnicy.

Rys. 3. Wykres strat jałowych badanego silnika bocznikowego

Straty jałowe

straty w żelazie
= 110W,

straty mechaniczne
= 102 W, przy czym

więc straty mechaniczne silnika
W,

i straty mechaniczne powstałe na skutek przyłączenia prądnicy
W.

Straty jałowe badanego silnika dla napięcia znamionowego U_n = 220V wynoszą
W.

3. Charakterystyki robocze

Tabela pomiarowa:

	Pomiary				Obliczenia
L.p															Δ
	V	A	A	obr./min	A	V	W	W	W	W	W	W	Nm	-	W
1.	220	9,2	0,44	1500	9,64	196	217,2	96,8	18,41	479,41	2120,8	1641,39	10,45	0,774	147
2.	220	7	0,44	1518	7,44	202	125,7	96,8	10,96	382,46	1636,8	1254,34	7,89	0,766	149
3.	220	6	0,44	1520	6,44	204	92,4	96,8	8,21	347,91	1416,8	1068,89	6,72	0,754	150,5
4.	220	5	0,44	1527	5,44	207	64,1	96,8	5,86	318,76	1196,8	878,04	5,49	0,734	152
5.	220	4	0,44	1528	4,44	209	41	96,8	3,9	295,7	976,8	681,1	4,26	0,697	154
6.	220	3	0,44	1529	3,44	212	23,1	96,8	2,34	277,74	756,8	479,06	2,99	0,633	155,5
7.	220	2	0,44	1533	2,44	214	10,2	96,8	1,17	265,17	536,8	271,63	1,69	0,506	157
8,	220	1	0,44	1536	1,44	217	2,56	96,8	0,41	258,77	316,8	58,03	0,36	0,183	159

Wzory:

	- prąd pobrany przez silnik
	- siła elektromotoryczna silnika
	- podstawowe straty obciążeniowe
	- dodatkowe straty obciążeniowe
	- straty wzbudzenia
	- suma wszystkich strat
	- moc pobrana przez silnik i sieci
	- moc oddana przez silnik na wale
	- moment obrotowy na wale silnika
	- sprawność silnika

w obliczeniach przyjąłem
W

M_n = 9,55
= 9,88 Nm

Charakterystyki:

Rys. 4. Charakterystyki robocze silnika n, I = f(M₂)

Przy wartości M_2n prąd I = 8,3A; n = 1505obr/min

Rys. 5. Sprawność silnika η = f(M₂)

Sprawność silnika wyliczona na podstawie danych znamionowych η =

zaś sprawność wyznaczona na podstawie przeprowadzonych badań wyniosła

η = 0,77

4. Charakterystyka prędkości obrotowej w funkcji napięcia.

Tabela pomiarowa:

Lp.	N	U		n	U
		V	A		V	A
1	1540	220	0,47	1528	220	0,46
2	1384	200	0,47	1310	200	0,46
3	1318	190	0,47	1267	190	0,46
4	1237	180	0,47	1180	180	0,46
5	990	150	0,47	900	150	0,46
6	780	130	0,47	720	130	0,46
7	592	110	0,47	548	110	0,46
8	80	60	0,47	0	60	0,46

Charakterystyki:

Rys. 6. Charakterystyki prędkości obrotowej n = f(U)

5. Charakterystyka prędkości obrotowej w funkcji prądu wzbudzenia

Tabela pomiarowa:

Lp.	N		U	n		U
		A	V		A	V
1	1544	0,47	220	1528	0,443	220
2	1580	0,42	220	1597	0,4	220
3	1684	0,36	220	1644	0,37	220
4	1756	0,32	220	1715	0,33	220
5	1869	0,28	220	1794	0,3	220
6	1932	0,25	220	1868	0,265	220
7	2006	0,23	220	1906	0,25	220
8	2046	0,2	220	1950	0,22	220

Charakterystyki:

Rys. 7. Charakterystyki prędkości obrotowej n = f(I_w)

Wnioski

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z właściwościami silnika bocznikowego

oraz wyznaczenie charakterystyk i sprawności silnika.

Ćwiczenie rozpoczęliśmy pomiarem rezystancji uzwojenia bocznikowego i twornika za pomocą amperomierza i woltomierza. Rezystancja uzwojenia bocznikowego wynosi około 496 a uzwojenie twornika około 2,6 .

Po połączeniu układu do badań silnika bocznikowego wyznaczyliśmy straty jałowe metodą biegu jałowego. Badany silnik nie powinien być sprzęgnięty z żadną maszyną. Pomiary wykonaliśmy dla stałej prędkości obrotowej n=const.=1450 obr./min. Prędkość obrotową silnika ustawialiśmy za pomocą zmiany prądu wzbudzenia I_W. Obliczyliśmy siłę elektromotoryczną, moc pobraną przez twornik, straty na rezystancji twornika i straty jałowe. Na charakterystyce narysowaliśmy wykres strat jałowych. Po czym metodą graficzną rozdzieliliśmy straty mechaniczne i straty w żelazie. Wyniosły one odpowiednio P_m = 51 [W]

i P_FE = 110 [W] - jest to suma strat i silnika i prądnicy. Należało podzielić je proporcjonalnie co do wielkości obu maszyn. Ostatecznie straty jałowe maszyny dla napięcia znamionowego U_n wyniosły ΔP₀ = 161W.

Podstawową charakterystyką silnika bocznikowego jest charakterystyka mechaniczna n = f(M) (rys. 4), przy stałej wartości prądu wzbudzenia I_w. Z wykresu widać, że zależność ta jest w przybliżeniu linią prostą. Rzeczywista prędkość obrotowa przy danym obciążeniu jest wyższa od prędkości obliczeniowej. Charakterystyka ta jest nazywana sztywną, charakteryzuje ją mała zmienność prędkości obrotowej przy zmianach obciążenia rzędu 2 ÷ 5%.

Sprawność silnika odczytana z charakterystyki (rys. 5) wyszła zbliżona do sprawności obliczeniowej η = 0,77. W trakcie obliczeń wyszło, że silnik osiąga maksymalną sprawność dopiero po przekroczeniu parametrów pracy znamionowej.

Silniki bocznikowe prądu stałego umożliwiają płynną i w szerokim zakresie regulację prędkości obrotowej. Prędkość obrotową można regulować na trzy sposoby: przez zmianę prądu wzbudzenia, zmianę napięcia twornika lub przez włączania w obwód twornika dodatkowego rezystora regulacyjnego.

Stosując pierwszą z tych metod regulacji można uzyskiwać prędkości wyższe od znamionowej poprzez zmniejszanie wartości prądu wzbudzenia (rys. 7), natomiast druga metoda umożliwia zmianę prędkości od 0 do prędkości znamionowej silnika (rys. 6). Charakterystyki te są liniowe.

240

200

0,48

220

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

225

200

175

150

125

100

75

50

25

0

ΔP_O = f(E)

ΔP_O = f(E²)

ΔP_O [W]

E,E²

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

M₂

[Nm]

M_2n

n = f(M₂)

n, I

[obr/min] [A]

1650

1550

1450

1350

1250

1150

1050

13

11

9

7

5

3

1

I = f(M₂)

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

η

M₂

[Nm]

M_2n

0,77

M₂ = 0

M₂ = 0,5 M_2n

n [obr/min]

I_w [A]

1400

1500

U [V]

M₂ = 0,5 M_2n

M₂ = 0

n [obr/min]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

40

60

80

100

120

140

160

180

220

240

1600

1700

1800

1900

2000

2100

0,18

0,23

0,28

0,33

0,38

0,43

---