POLITECHNIKA RADOMSKA

WYDZIAŁ TRANSPORTU

LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH

BADANIE SILNIKA BOCZNIKOWEGO

Elektrotechnika

EES sem. VI

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z własnościami silnika bocznikowego oraz wyznaczenie charakterystyk i sprawności badanego silnika.

2. Dane znamionowe silnika bocznikowego

3. Przebieg pomiarów

3.1. Pomiar rezystancji uzwojenia bocznikowego i twornika

Pomiaru rezystancji uzwojeń dokonuje się metodą techniczną według schematu przedstawionego na rysunku 1. Układ zasila się napięciem stałym, wykonując po 3 pomiary dla obu uzwojeń.

Rys. 1. Schemat połączeń do pomiaru rezystancji: a) uzwojenia bocznikowego, b) uzwojenia

twornika i komutacyjnego

T a b e l a 1.

	Uzwojenie bocznikowe				Uzwojenie twornika
L.p.
	V	A			V	A
1.
2.
3.

3.2. Wyznaczanie strat jałowych metodą biegu jałowego

Układ połączeń do wyznaczania strat jałowych metodą biegu silnikowego pokazany jest na rysunku 2. Badany silnik nie powinien być sprzęgnięty z żadną maszyną. Pomiary wykonuje się dla stałej prędkości obrotowej
. Prędkość obrotową reguluje się za pomocą zmiany prądu wzbudzenia
, a napięcie zasilania reguluje się opornikiem R. Pomiary wykonuje się zmieniając napięcie na

zaciskach silnika od wartości
do wartości, przy której prąd twornika będzie równy około
.

Rys. 2. Schemat połączeń do badań silnika bocznikowego

T a b e l a 2.

	Pomiary				Obliczenia
L.p.
	V	A	A	obr/min	V	W	W	W
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

3.3. Charakterystyki robocze

Układ do zdejmowania tej charakterystyki przedstawiono na rysunku 2. Silnik doprowadza się do punktu pracy znamionowej za pomocą oporników
. Następnie zmniejszając obciążenie opornikiem wodnym
i utrzymując stałą wartość prądu wzbudzenia silnika
, mierzy się napięcie i prąd twornika oraz prędkość obrotową.

T a b e l a 3.

Pomiary

Obliczenia

L.p.

V

A

A

obr/min

A

V

W

W

W

W

W

W

Nm

-

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

3.4. Charakterystyka prędkości obrotowej w funkcji napięcia.

Charakterystykę n=f(U) wykonuje się przy stałej wartości prądu wzbudzenia
dla dwóch wartości momentu obrotowego na wale silnika:

przy biegu jałowym

przy obciążeniu

Przy zdejmowaniu charakterystyki dla
prądnica napędzana przez silnik jest niewzbudzona, natomiast przy zdejmowaniu charakterystyki dla
prądnica jest obciążona tak, aby przez twornik silnika płynął prąd o wartości stałej i równej
. Odpowiada to w przybliżeniu stałej wartości momentu
. Pomiary wykonuje się według układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 2 przy zmieniającym się napięciu zasilania od zera do wartości 1,1
.

T a b e l a 4.

Lp.	n	U		n	U
	obr/min	V	A	obr/min	V	A
1
2
3
4
5
6
7
8

3.5. Charakterystyka prędkości obrotowej w funkcji prądu wzbudzenia

Charakterystykę
wykonuje się przy napięciu
dla dwóch stałych wartości momentu obrotowego silnika, określonych w punkcie 3.4. Układ połączeń silnika przedstawiono na rysunku 2. Próbę wykonuje się od wartości maksymalnej prądu wzbudzenia
do wartości
, przy której prędkość obrotowa silnika
.

T a b e l a 5.

Lp.	n		U	n		U
	obr/min	A	V	obr/min	A	V
1
2
3
4
5
6
7
8

Dane znamionowe

	Silnik szeregowo - bocznikowy	Prądnica szeregowo - bocznikowa
Pn	1,5 kW	1,5 kW
Un	220 V	220 V
In	8,7 A	6,5 A
Inw	0,47 A	0,42 A
nn	1450 obr/min	1450 obr/min

Ad. 3.1. Rezystancja uzwojenia bocznikowego R = 496Ω,

Rezystancja uzwojenia twornika R_a = 2,567Ω.

Ad. 3.2. Wyznaczanie strat jałowych metodą biegu jałowego

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.

Ad. 3.3. Charakterystyki robocze

Są to zależności n = f(M₂), I = f(M₂) oraz η = f(M₂),

Użyte wzory:

prąd pobrany przez silnik -

siła elektromotoryczna silnika -

podstawowe straty obciążeniowe -

dodatkowe straty obciążeniowe -

straty wzbudzenia -

suma wszystkich strat -

moc pobrana przez silnik z 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

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

Ad. 3.4. Charakterystyka prędkości obrotowej w funkcji napięcia

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

Ad. 3.5. Charakterystyka prędkości obrotowej w funkcji prądu wzbudzenia

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

4. Wnioski

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z własnościami silnika bocznikowego oraz wyznaczenie charakterystyk i sprawności badanego silnika.

W silniku tym uzwojenie wzbudzenia połączone jest równolegle z obwodem twornika, jest włączone bezpośrednio do sieci zasilającej. Przy takim połączeniu prąd wzbudzenia nie zależy od obciążenia silnika.

Podczas badania strat jałowych, silnik był połączony mechanicznie z prądnicą, dlatego też wartość strat mechanicznych odczytanych z wykresu (rys. 3) należało proporcjonalnie podzielić 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.

1

2

ΔP_O [W]

200

1050

240

7

180

1150

160

140

120

220

ΔP_O = f(E)

I = f(M₂)

100

ΔP_O = f(E²)

E,E²

80

M₂

[Nm]

1250

60

40

20

U [V]

n [obr/min]

12

11

10

9

8

6

5

4

3

2

1

0

1650

1550

0

225

200

175

150

125

100

75

50

25

0

1350

1450

M₂ = 0,5 M_2n

M₂ = 0

1400

n = f(M₂)

n, I

[obr/min] [A]

M₂ = 0

160

140

120

100

80

60

0

I_w [A]

n [obr/min]

13

11

9

7

5

3

1

η

0,77

M₂

[Nm]

M_2n

180

M_2n

M₂ = 0,5 M_2n

40

1600

1500

1400

1300

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

200

220

240

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

0,18

0,23

0,28

0,33

0,38

0,43

0,48

---