Politechnika Wrocławska Instytut Metrologii Elektrycznej	Ćwiczenie laboratoryjne nr 2	27.10.1999 r.
Artur Kornecki Robert Włodarczyk Rafał Karpowicz Piotr Pyzik	Komutatorowe silniki elektryczne	Ocena:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest poznanie zasady działania, budowy, i właściwości typowych silników prądu stałego; sposobów łączenia obwodów silników z siecią zasilającą i elementami regulacyjnymi oraz sposobów regulacji obrotów.

2. Spis przyrządów:

Woltomierz magnetoelektryczny kl. 0,5 zakres 15V, 30V

Amperomierz magnetoelektryczny kl. 0,5 zakres 300mA, 750mA, 1500mA

Zestaw sprzężonych mechanicznie silników małej mocy

Częstotliwościomierz C549 zakres 100 kHz

3. Schemat połączeń:

Silnik komutatorowy w układzie bocznikowym

4. Tabele pomiarowe:

a). Pomiar obrotów, prądu twornika, prądu magnesującego silnika komutatorowego w układzie bocznikowym przy napięciu U₁ (pomiary po zmianie kierunku obrotów):

U1				I1 (magnesujący)				I (twornika)				n
Il. dz.	zakres	odczyt	wynik	Il. dz.	zakres	odczyt	wynik	Il. dz.	zakres	odczyt	wynik	f	wynik
dz.	dz.	dz.	V	dz.	dz.	dz.	mA	dz.	dz.	dz.	mA	Hz	obr/min
75	30	49	19,60	75	1500	37	740	75	300	70	280,0	103	1030
75	30	51	20,40	75	1500	37	740	75	300	65	260,0	101	1010
ΔU1 = ± 0,16 V				ΔI1 = ± 8 mA				ΔI = ± 1,6 mA				Δn =±10obr/min

b). Pomiar obrotów, prądu twornika, prądu magnesującego silnika komutatorowego w układzie bocznikowym przy napięciu U₂ <U₁ (pomiary po zmianie kierunku obrotów):

U2				I1 (magnesujący)				I (twornika)				n
Il. dz.	zakres	odczyt	wynik	Il. dz.	zakres	odczyt	wynik	Il. dz.	zakres	odczyt	wynik	f	wynik
dz.	dz.	dz.	V	dz.	dz.	dz.	mA	dz.	dz.	dz.	mA	Hz	obr/min
75	15	59	11,80	75	1500	37	740	75	300	67	268,0	54	540
75	15	59	11,80	75	1500	37	740	75	300	65	260,0	53	530
ΔU1 = ± 0,08 V				ΔI1 = ± 8 mA				ΔI = ± 1,6 mA				Δn =±10obr/min

c). Pomiar obrotów, prądu twornika, napięciu U₁ silnika komutatorowego w układzie bocznikowym przy prądzie magnesującym I₂ < I₁ (pomiary po zmianie kierunku obrotów):

U1				I2 (magnesujący)				I (twornika)				n
Il. dz.	zakres	odczyt	wynik	Il. dz.	zakres	odczyt	wynik	Il. dz.	zakres	odczyt	wynik	f	wynik
dz.	dz.	dz.	V	dz.	dz.	dz.	mA	dz.	dz.	dz.	mA	Hz	obr/min
75	30	51	20,40	75	750	36	360	75	750	37	370	153	1540
75	30	51	20,40	75	750	36	360	75	750	33	330	134	1340
ΔU1 = ± 0,16 V				ΔI1 = ± 4 mA				ΔI = ± 4 mA				Δn =±10obr/min

Przykładowe obliczenia (dla punktu a):

• Wartość napięcia U₁:

• Błąd bezwzględny pomiaru U₁ :

• Na błąd pomiarów obrotów silnika wpływ ma błąd pomiaru częstotliwości. Częstotliwość zmierzono z dokładnością ostatniej znaczącej cyfry miernika cyfrowego. Przy zakresie 100 kHz błąd ten wynosi ±1 Hz.

f = (103 ± 1 Hz) n = 10 ⋅ 103 =(1030 ± 10)obr/min

d). Pomiar pobieranego prądu i obrotów przy zmieniającym się obciążeniu:

R	I (twornika)				n
Ω	Il. dz.	zakres	odczyt	wynik	f	wynik
		dz.	dz.	dz.	mA	Hz	obr/min
5	75	750	50	500	120	1200
10	75	750	42	420	129	1290
15	75	750	38	380	131	1310
20	75	750	37	370	132	1320
30	75	750	35	350	133	1330
-	ΔI = ± 4 mA				Δn =±10obr/min

Przykładowe obliczenia (dla punktu d):

• Wartość napięcia I:

• Błąd bezwzględny pomiaru I :

• Na błąd pomiarów obrotów silnika wpływ ma błąd pomiaru częstotliwości. Częstotliwość zmierzono z dokładnością ostatniej znaczącej cyfry miernika cyfrowego. Przy zakresie 100 kHz błąd ten wynosi ±1 Hz.

f = (129 ± 1 Hz) n = 10 ⋅ 129 =(1290 ± 10)obr/min

5. Wykres:

Wykres zależności
w załączniku.

6. Wnioski:

Analizując analityczną postać charakterystyki elektromechanicznej silnika określić można jak wpływa napięcie zasilające U, rezystancja obwodu twornika R oraz indukcja B na liczbę obrotów silnika na minutę. Regulacja obrotów może odbywać się za pomocą zmiany napięcia zasilającego. Gdy napięcie się zmniejsza maleją również obroty. Ilość obrotów można zmienić poprzez zmianę prądu twornika ale w tym przypadku zmniejszenie wartości prądu spowoduje zwiększenie się ilości obrotów. Na zmianę obrotów silnika ma wpływ również obciążenie silnika, wraz z jego wzrostem obroty rosną. Obroty silnika zależą liniowo od obciążenia. Silnik bocznikowy ma sztywną (twardą) charakterystykę prędkości obrotowej. Liczba obrotów zmienia się nieznacznie przy zmianie kierunku wirowania silnika. Kierunek obrotów silnika komutatorowego w układzie bocznikowym można zmienić poprzez zmianę kierunku prądu magnesującego lub zmianę biegunowości na wirniku.

Zasada działania silnika prądu stałego oparta jest na prawie Laplace'a :
. Prąd stały dopływający do szczotek dodatnich twornika jest proporcjonalny do prądu płynącego w jednym zwoju, a strumień magnetyczny jednego bieguna - proporcjonalny do indukcji magnetycznej pola magnetycznego. Doprowadzone do twornika napięcie wywołuje przepływ prądu, a w konsekwencji wytwarza się moment obrotowy na wale.

-4-

---