1. Program badań

Pomiary charakterystyk statycznych ω = f(M_e) w układzie napędowym z silnikiem obcowzbudnym dla:

1. U = U_n; φ = φ_n; R_d = 0; (charakterystyka naturalna)

2. U = U_n; φ = φ_n; R_d = par;

3. U = par; φ = φ_n; R_d = 0;

4. U = U_n; φ = par; R_d = 0.

2. Schemat pomiarowy

Rys.1. Schemat układu pomiarowego do badania układu napędowego z silnikiem obcowzbudnym prądu stałego

3. Wyniki pomiarów i obliczeń

W tablicy 1 zestawiono wyniki pomiarów charakterystyk statycznych ω = f(M_e) dla przypadku 1a. Podobnie tablica 2 zawiera wyniki dla przypadku 1b, tablica 3 dla przypadku 1c a tablica 4 dla przypadku 1d.

Tabela 1

Lp.	It	Iw	U	n		Me	
		A	A	V	obr/min	1/s	Nm	%
1	2,2	0,92	220	1562	163,57	1,75	59,1%
2	4,6	0,92	220	1473	154,25	5,50	83,8%
3	7,2	0,92	220	1485	155,51	8,75	85,9%
4	10,2	0,92	220	1466	153,52	12,25	83,8%
5	12,8	0,92	220	1476	154,57	15,50	85,1%
6	14,2	0,92	220	1518	158,96	16,25	82,7%

Tabela 2

Lp.	It	Iw	U	n		Me	
		A	A	V	obr/min	1/s	Nm	%
1	2	0,92	220	1410	147,65	1,50	50,3%
2	3,4	0,92	220	1387	145,25	3,25	63,1%
3	5	0,92	220	1315	137,71	6,00	75,1%
4	7,1	0,92	220	1236	129,43	8,25	68,4%
5	9,2	0,92	220	1164	121,89	11,00	66,2%
6	11,4	0,92	220	1071	112,15	14,00	62,6%

Tabela 3

Lp.	It	Iw	U	n		Me	
		A	A	V	obr/min	1/s	Nm	%
1	2,2	0,92	160	1071	112,15	1,75	55,8%
2	5,6	0,92	160	1091	114,25	6,50	82,9%
3	8,1	0,92	160	1079	112,99	9,75	85,0%
4	10,6	0,92	160	1057	110,69	13,00	84,8%
5	13,4	0,92	160	1065	111,53	16,75	87,1%
6	14,2	0,92	160	1047	109,64	17,75	85,7%

Tabela 4

Lp.	It	Iw	U	n		Me	
		A	A	V	obr/min	1/s	Nm	%
1	2,4	0,7	220	1674	175,30	1,75	58,1%
2	4,8	0,7	220	1645	172,26	4,50	73,4%
3	6,4	0,7	220	1602	167,76	6,50	77,4%
4	9	0,7	220	1657	173,52	9,75	85,4%
5	11	0,7	220	1617	169,33	11,75	82,2%
6	14	0,7	220	1672	175,09	15,50	88,1%

Tablice 5,6,7 zawierają wyniki obliczeń do analitycznego wyznaczania charakterystyk sztucznych odpowiednio dla przypadków 1a, 1b, 1c.

Tabela 5

Lp.	Me		It
		Nm	1/s	A
1	6,34	170,39	0,25 In =	4,98
2	12,67	168,05	0,5 In =	9,95
3	19,01	165,71	0,75 In =	14,93
4	25,34	163,36	1 In =	19,90
5	31,68	161,02	1,25 In =	24,88

Tabela 6

Lp.	Me		It
		Nm	1/s	A
1	6,34	150,86	0,25 In =	4,98
2	12,67	128,99	0,5 In =	9,95
3	19,01	107,11	0,75 In =	14,93
4	25,34	85,24	1 In =	19,90
5	31,68	63,36	1,25 In =	24,88

Tabela 7

Lp.	Me	w	It
		Nm	1/s	A
1	6,34	123,28	0,25 In =	4,98
2	12,67	120,94	0,5 In =	9,95
3	19,01	118,60	0,75 In =	14,93
4	25,34	116,25	1 In =	19,90
5	31,68	113,91	1,25 In =	24,88

4. Zastosowane wzory i przykłady obliczeń

Przykładowe obliczenie dla wartości z tabeli 1:

Przykładowe obliczenia dla wartości z tabeli 5:

5. Wykresy charakterystyk

Wykres 1. Pomiarowe charakterystyki statyczne ω = f(M_e); oznaczenia a,b,c,d, odpowiadają przypadkom opisanym w punktach 1a,1b,1c,1d

Wykres 2. Sprawność w funkcji obciążenia (η = f(M_e)); oznaczenia a,b,c,d, odpowiadają przypadkom opisanym w punktach 1a,1b,1c,1d

Wykres 3. Analitycznie wyznaczone charakterystyki sztuczne ω = f(M_e); oznaczenia a,b,c, odpowiadają przypadkom opisanym w punktach 1a,1b,1c

6. Uwagi i wnioski

Zestawione na wykresie 1 statyczne charakterystyki mechaniczne pokazują metody regulacji prędkości obrotowej silnika obcowzbudnego prądu stałego. Regulacja prędkości napięciem i dodatkową rezystancją w obwodzie twornika jest regulacją w dół, czyli może służyć jedynie do obniżenia prędkości. Regulacja dodatkowym oporem R_d daje bardziej stromą charakterystykę mechaniczną. Regulacja prędkości obrotowej strumieniem magnetycznym (prądem wzbudzenia) jest regulacją w górę i pozwala na uzyskanie prędkości większej od znamionowej.

Sprawność (wykres 2) silnika bocznikowego rośnie ze wzrostem obciążenia i osiąga maksimum w obszarze obciążeń znamionowych. Regulacja napięciem przesuwa nieznacznie maksimum sprawności w stronę większych obciążeń. Regulacja strumieniem magnetycznym obniża nieco wartość sprawności w stosunku do charakterystyki naturalnej. Najbardziej nieekonomiczna ze względu na sprawność jest regulacja dodatkowym oporem w obwodzie twornika. Po włączeniu w obwód twornika badanej maszyny rezystancji R_d = 5 maksymalna sprawność zmniejszyła się o około 10% w stosunku do sprawności silnika pracującego w warunkach naturalnych.

Wyznaczone analitycznie charakterystyki mechaniczne (wykres 3) mają przebiegi o charakterze identycznym jak odpowiednie charakterystyki pomiarowe. Różnice wartości wynikają z założeń przyjętych do obliczeń i błędów pomiarowych.

---