1.Cel ćwiczenia

Ćwiczenie miało na celu wyznaczenie charakterystyk obcowzbudnego silnika prądu w następujących stanach pracy:

• normalnym,

• z włączonym rezystorem w obwód twornika silnika,

• z obniżonym napięciem zasilania twornika silnika,

• z obniżonym prądem (strumieniem) wzbudzenia silnika,

Wyznaczane były następujące charakterystyki:

• charakterystyka elektromechaniczna ω=f(I_t)

• charakterystyka mechaniczna ω=f(M)

• charakterystyka sprawności η=f(I_t)

2. Schemat układu pomiarowego

Rys.1. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk silnika obcowzbudnego w stanach pracy silnikowej.

3.Tabele z wynikami pomiarów i obliczeń

Objaśnienie stosowanych symboli:

I_tG- prąd twornika prądnicy

U_d- napięcie na rezystancji obciążenia prądnicy

I_tM- prąd twornika silnika

U_tM- napięcie na tworniku silnika

I_wM- prąd wzbudzenia silnika

M- moment elektromagnetyczny silnika

n- prędkość obrotowa

ω- prędkość kątowa

R_d- rezystancja dodatkowa włączana w obwód twornika silnika

η- sprawność całego układu napędowego

η_M- sprawność silnika obcowzbudnego prądu stałego

Tab.1. Pomiar prędkości przy stałej wartości napięcia twornika (U=230 V), stałej wartości prądu wzbudzenia (I_ws=0,4 A) oraz zerowej wartości rezystancji dodatkowej (R_d=0 Ω).

Lp.	ItG	Ud	ItM	UtM	IwM	M	n	ω	η	ηM
		[A]	[V]	[A]	[V]	[A]	[Nm]	[obr/min]	[rad/s]	[-]	[-]
1	0,25	180,00	1,30	230,00	0,40	0,00	1079,37	112,97	-0,06	0,00
2	0,90	168,00	2,00	230,00	0,40	2,00	1015,87	106,33	0,16	0,40
3	2,15	152,00	3,10	230,00	0,40	4,00	936,51	98,02	0,33	0,50
4	3,50	138,00	4,00	230,00	0,40	6,00	888,89	93,04	0,42	0,56
5	4,60	122,00	5,15	230,00	0,40	8,00	825,40	86,39	0,39	0,55
6	5,65	112,00	5,90	230,00	0,40	9,75	777,78	81,41	0,40	0,56
7	6,40	104,00	6,40	230,00	0,40	10,75	761,90	79,75	0,39	0,56

Tab.2. Pomiar prędkości przy stałej wartości napięcia twornika (U=230 V), stałej wartości prądu wzbudzenia (I_ws=0,4 A) oraz rezystancji dodatkowej (R_d=2,35 Ω).

Lp.	ItG	Ud	ItM	UtM	IwM	M	n	ω	η	ηM
		[A]	[V]	[A]	[V]	[A]	[Nm]	[obr/min]	[rad/s]	[-]	[-]
1	0,35	182,00	1,20	230,00	0,40	1,00	1079,37	112,97	-0,01	0,33
2	1,10	168,00	2,10	230,00	0,40	2,50	1000,00	104,67	0,21	0,47
3	2,15	152,00	3,10	230,00	0,40	4,00	952,38	99,68	0,33	0,51
4	3,40	140,00	4,00	230,00	0,40	6,00	888,89	93,04	0,41	0,56
5	4,50	124,00	5,00	230,00	0,40	8,00	825,40	86,39	0,40	0,57
6	5,90	112,00	5,90	230,00	0,40	10,00	793,65	83,07	0,42	0,58
7	6,35	104,00	6,40	230,00	0,40	11,00	761,90	79,75	0,38	0,57

Tab.3. Pomiar prędkości przy stałej wartości napięcia twornika (U=230 V), stałej wartości prądu wzbudzenia (I_ws=0,4 A) oraz rezystancji dodatkowej (R_d=5,95 Ω).

Lp.	ItG	Ud	ItM	UtM	IwM	M	n	ω	η	ηM
		[A]	[V]	[A]	[V]	[A]	[Nm]	[obr/min]	[rad/s]	[-]	[-]
1	0,35	180,00	1,20	230,00	0,40	1,00	1047,62	109,65	-0,01	0,32
2	1,00	164,00	2,00	230,00	0,40	2,00	984,13	103,01	0,18	0,39
3	1,90	150,00	2,80	230,00	0,40	3,50	920,63	96,36	0,30	0,47
4	3,25	128,00	3,95	230,00	0,40	6,00	825,40	86,39	0,36	0,53
5	4,80	112,00	5,00	230,00	0,40	8,00	761,90	79,75	0,39	0,52
6	5,90	96,00	6,00	230,00	0,40	10,00	698,41	73,10	0,34	0,50
7	6,50	88,00	6,50	230,00	0,40	11,00	666,67	69,78	0,32	0,49

Tab.4. Pomiar prędkości przy obniżonej wartości napięcia twornika (U=150 V), stałej wartości prądu wzbudzenia (I_ws=0,4 A) oraz zerowej wartości rezystancji dodatkowej (R_d=0 Ω).

Lp.	ItG	Ud	ItM	UtM	IwM	M	n	ω	η	ηM
		[A]	[V]	[A]	[V]	[A]	[Nm]	[obr/min]	[rad/s]	[-]	[-]
1	0,25	120,00	1,00	150,00	0,40	0,50	698,41	73,10	-0,17	0,17
2	1,25	104,00	2,10	150,00	0,40	2,50	634,92	66,46	0,16	0,43
3	2,35	92,00	2,95	150,00	0,40	4,50	571,43	59,81	0,29	0,53
4	3,80	76,00	4,20	150,00	0,40	7,00	507,94	53,16	0,32	0,53
5	5,10	68,00	5,10	150,00	0,40	8,50	476,19	49,84	0,33	0,51
6	6,20	56,00	5,90	150,00	0,40	10,00	444,44	46,52	0,29	0,49
7	6,80	48,00	6,55	150,00	0,40	11,50	412,70	43,20	0,25	0,47

Tab.5. Pomiar prędkości przy obniżonej wartości napięcia twornika (U=150 V), stałej wartości prądu wzbudzenia (I_wM=0,4 A) oraz rezystancji dodatkowej (R_d=2,35 Ω).

Lp.	ItG	Ud	ItM	UtM	IwM	M	n	ω	η	ηM
		[A]	[V]	[A]	[V]	[A]	[Nm]	[obr/min]	[rad/s]	[-]	[-]
1	0,25	120,00	1,00	150,00	0,40	0,50	698,41	73,10	-0,17	0,17
2	1,10	106,00	2,00	150,00	0,40	2,50	634,92	66,46	0,13	0,45
3	2,40	92,00	3,10	150,00	0,40	4,50	571,43	59,81	0,29	0,50
4	3,50	78,00	4,00	150,00	0,40	6,50	507,94	53,16	0,31	0,52
5	5,00	66,00	5,00	150,00	0,40	8,50	476,19	49,84	0,32	0,52
6	6,20	56,00	5,90	150,00	0,40	10,25	444,44	46,52	0,29	0,50
7	7,00	48,00	6,50	150,00	0,40	11,50	412,70	43,20	0,26	0,48

Tab.6. Pomiar prędkości przy stałej wartości napięcia twornika (U=230 V), obniżonej wartości prądu wzbudzenia (I_ws=0,3 A) oraz zerowej wartości rezystancji dodatkowej (R_d=0 Ω).

Lp.	ItG	Ud	ItM	UtM	IwM	M	n	ω	η	ηM
		[A]	[V]	[A]	[V]	[A]	[Nm]	[obr/min]	[rad/s]	[-]	[-]
1	0,35	198,00	1,20	230,00	0,30	1,00	1174,60	122,94	0,00	0,36
2	1,10	180,00	2,10	230,00	0,30	2,50	1079,37	112,97	0,24	0,51
3	1,85	168,00	2,85	230,00	0,30	3,50	1015,87	106,33	0,34	0,51
4	3,00	152,00	3,90	230,00	0,30	5,50	952,38	99,68	0,40	0,57
5	4,40	132,00	5,10	230,00	0,30	8,00	857,14	89,71	0,41	0,58
6	5,45	120,00	5,90	230,00	0,30	9,50	825,40	86,39	0,41	0,58
7	6,15	112,00	6,50	230,00	0,30	10,25	793,65	83,07	0,40	0,54

4. Charakterystyki

Rys.1. Charakterystyka mechaniczna ω=f(M) silnika obcowzbudnego dla różnych wartości rezystancji dodatkowej.

Rys.2. Charakterystyka elektromechaniczna ω=f(I) silnika obcowzbudnego dla różnej wartości rezystancji dodatkowej.

Rys.3. Charakterystyka zależności sprawności silnika od prądu twornika η=f(I) silnika obcowzbudnego dla różnej wartości rezystancji dodatkowej.

Rys.4. Charakterystyka mechaniczna ω=f(M) silnika obcowzbudnego dla różnych wartości napięcia zasilającego obwód twornika.

Rys.5. Charakterystyka elektromechaniczna ω=f(I) silnika obcowzbudnego dla różnych wartości napięcia zasilającego obwód twornika.

Rys.6. Charakterystyka zależności sprawności silnika od prądu twornika η=f(I) silnika obcowzbudnego dla różnych wartości napięcia zasilającego obwód twornika.

Rys.7. Charakterystyka mechaniczna ω=f(M) silnika obcowzbudnego dla obniżonej wartości napięcia zasilającego obwód twornika oraz dla różnej wartości rezystancji dodatkowej.

Rys.8. Charakterystyka elektromechaniczna ω=f(I) silnika obcowzbudnego dla obniżonej wartości napięcia zasilającego obwód twornika oraz dla różnej wartości rezystancji dodatkowej.

Rys.9. Charakterystyka mechaniczna ω=f(M) silnika obcowzbudnego dla różnych wartości prądu wzbudzenia silnika.

Rys.10. Charakterystyka mechaniczna ω=f(I) silnika obcowzbudnego dla różnych wartości prądu wzbudzenia silnika.

Rys.11. Charakterystyka zależności sprawności silnika od prądu twornika η=f(I) silnika obcowzbudnego dla różnych wartości prądu wzbudzenia silnika.

Rys.12. Charakterystyka mechaniczna ω=f(M) silnika obcowzbudnego dla różnych wartości prądu wzbudzenia silnika, różnych wartości rezystancji dodatkowej oraz różnej wartości napięcia zasilającego.

Rys.13. Charakterystyka elektromechaniczna ω=f(I) silnika obcowzbudnego dla różnych wartości prądu wzbudzenia silnika, różnych wartości rezystancji dodatkowej oraz różnej wartości napięcia zasilającego.

Rys.14. Charakterystyka zależności sprawności silnika od prądu twornika η=f(I) silnika obcowzbudnego dla różnych wartości prądu wzbudzenia silnika, różnych wartości rezystancji dodatkowej oraz różnej wartości napięcia zasilającego.

5. Przykładowe obliczenia

prędkość obrotowa:

prędkość kątowa:

sprawność całkowita:

sprawność silnika obcowzbudnego prądu stałego:

5. Wnioski

Na rys. 1 oraz rys.2 zostały przedstawione rodziny charakterystyk elektromechanicznych silnika obcowzbudnego prądu stałego, uzyskana w wyniku włączenia dodatkowej rezystancji w obwód twornika. Patrząc na charakterystyki naturalne (R=0 Ω), które zostały zdjęty przy stałej wartości napięcia zasilającego obwód twornika równej napięciu znamionowemu, niezmiennej wartości strumienia wzbudzenia oraz braku rezystancji dodatkowej, można stwierdzić, że wraz ze wzrostem wartości R_d, zwiększa się nachylenie charakterystyki elektromechanicznej jak również charakterystyki mechanicznych silnika obcowzbudnego. Z wykresów można odczytać, że wpływ dodatkowej rezystancji o wartości 2,35 Ω ma niewielki wpływ na nachylenie charakterystyk, są one bardzo zbliżone do charakterystyk naturalnych. Na wykresie zostały przedłożone charakterystyki w celu pokazania miejsca przecięcia się ich z momentem. Regulacja prędkości poprzez umieszczenie dodatkowej rezystancji w obwodzie twornika jest regulacją w górę.

Rys. 4 przedstawia rodzinę charakterystyk mechanicznych, a rys.5 rodzinę charakterystyk elektromechanicznych uzyskaną w wyniku zmiany napięcia zasilającego obwód twornika. Z wykresu można odczytać, że wraz ze zmniejszaniem wartości napięcia poniżej napięcia znamionowego, położenie charakterystyk elektromechanicznych i mechanicznych jest coraz niższe, w stosunku do charakterystyki naturalnej, która została wykreślona przy znamionowej wartości napięcia zasilającego. Dopuszczalna jest tylko zmiana napięcia zasilania poniżej wartości znamionowej napięcia twornika, więc przy tej metodzie możliwe jest tylko zmniejszanie prędkości kątowych silnika (położenie charakterystyk dąży w kierunku ω
wraz ze zmniejszaniem wartości napięcia). W przypadku sterowania przez zmianę napięcia zasilającego, uzyskuje się charakterystyki elektromechaniczne i mechaniczne będące zbiorem prostych o takim samym nachyleniu, równoległych względem siebie.

Na rys. 7 została przedstawiona rodzina charakterystyk mechanicznych, a na rys.6 rodzina charakterystyk elektromechanicznych uzyskanych poprzez zmianę napięcia zasilającego obwód twornika oraz dodatnie rezystancji w obwód twornika. Rezystancja ta jest bardzo mała, R= 2,35 Ω. Przy takiej wartości rezystancji dodatkowej praktycznie nie widać zmian nachylenia charakterystyk.

Ostatnim badanym sposobem kształtowania charakterystyk mechanicznych (rys.9) i elektromechanicznych (rys.10) silnika obcowzbudnego, było zmienianie wartości strumienia wzbudzenia silnika. Zmiana strumienia wzbudzenia silnika była uzyskiwana poprzez zmianę prądu wzbudzenia silnika. Wraz ze zmniejszaniem wartości prądu wzbudzenia poniżej wartości znamionowej, uzyskiwało się coraz mniejszy strumień wzbudzenia („osłabianie” strumienia wzbudzenia). Widać, że im strumień był słabszy, tym charakterystyka elektromechaniczna była bardziej pochylona. W wyniku regulacji prędkości kątowej silnika przez osłabianie strumienia wzbudzenia, uzyskiwano ω o wyższych wartościach niż te, które otrzymywano przy pracy silnika na charakterystyce naturalnej. Wniosek ten potwierdza to, iż przy coraz mniejszej wartości prądu wzbudzenia, charakterystyka elektromechaniczna przecina oś prędkości kątowej silnika na coraz wyższym poziomie w porównaniu do przecięcia osi przez charakterystykę naturalną. Jest to jedyna regulacją prędkością w górę.

---