Spis przyrządów:
Amperomierz LM-3; I29-IV-a2994;
klasa: 0,5 ;
zakresy: 3 - 7500 mA ;
αmax=30; 75 dz.
Amperomierz LM-1; I29-IV-a1127;
klasa: 0,5 ;
zakresy: 30; 15; 7,5 ; A ;
αmax=7,5; 30 dz.
Woltomierz LM-3; I29-IV-a1333;
klasa: 0,5 ;
zakresy: 0,15 - 750 V ;
αmax=30; 75 dz.
Woltomierz LM-3; I29-IV-a3141;
klasa: 0,5 ;
zakresy: 0,15 - 750 V ;
αmax=30; 75 dz.
2. Program ćwiczenia:
Wyznaczanie wartości rezystancji uzwojeń silnika (zmierzoną wartość przelicza się na umowna temperaturę pracy);
Wyznaczanie charakterystyki mechanicznej n = f(I) oraz n = f(M);
Wyznaczanie charakterystyki prędkości obrotowej n=f(If);
Wyznaczanie charakterystyki regulacji If = f(It);
Wyznaczanie charakterystyki momentu rozruchowego Mr = f(It), dla If = Ifn oraz dla If = 0,5 Ifn;
Wyznaczanie charakterystyk roboczych, na podstawie wcześniej wykonanej charakterystyki mechanicznej.
3. Schemat pomiarowy do wyznaczania charakterystyk bocznikowego
silnika prądu stałego.
Rys.1. Układ do pomiaru charakterystyki mechanicznej, prędkości obrotowej, regulacji i momentu rozruchowego.
4. Tabele pomiarowe i obliczenia.
Wyznaczanie charakterystyki mechanicznej silnika n = f(I) oraz n = f(M)
przy U = Un = const
Tabela 1:
Lp. |
U |
It |
n |
If |
G |
l |
M |
|
V |
A |
obr/s |
mA |
N |
m |
Nּm |
1. |
220 |
10,4 |
1430 |
374 |
160 |
0,065 |
10,40 |
2. |
220 |
8,7 |
1450 |
378 |
142 |
|
9,23 |
3. |
220 |
6,6 |
1460 |
376 |
104 |
|
6,76 |
4. |
220 |
4,7 |
1470 |
380 |
74 |
|
4,81 |
5. |
220 |
3,5 |
1490 |
380 |
52 |
|
3,38 |
6. |
220 |
1,8 |
1500 |
380 |
24 |
|
1,56 |
7. |
220 |
0,6 |
1520 |
380 |
2 |
|
0,13 |
Wartości zmierzone:
U - napięcie zasilające uzwojenie twornika silnika,
It - prąd twornika silnika,
n - prędkość obrotowa silnika,
If - prąd wzbudzenia silnika,
G - siła wytwarzająca moment obciążający silnika,
l - długość ramienia.
Wartości obliczone:
M - moment obciążający;
δn - procentowa zmiana prędkości obrotowej przy przejściu silnika od pracy znamionowej do jałowej przy stałym napięciu zasilania: przy no=1520 [obr/s]
Wyznaczanie charakterystyki prędkości obrotowej n = f(If )
przy U = Un = const, It = Itn = const.
Tabela 2:
Lp. |
U |
It |
n |
If |
|
V |
A |
obr/s |
mA |
1. |
220 |
8,80 |
1420 |
398 |
2. |
220 |
8,70 |
1530 |
336 |
3. |
220 |
8,70 |
1560 |
312 |
4. |
220 |
8,80 |
1620 |
298 |
5. |
220 |
8,60 |
1640 |
290 |
6. |
220 |
8,64 |
1680 |
280 |
7. |
220 |
8,76 |
1720 |
265 |
Wartości zmierzone:
U - napięcie zasilające uzwojenie twornika silnika,
It - prąd twornika silnika,
n - prędkość obrotowa silnika,
If - prąd wzbudzenia silnika,
Wyznaczanie charakterystyki regulacji If = f(It ) przy U = Un = const, n = nn = const.
Tabela 3:
Lp. |
U |
It |
n |
If |
|
V |
A |
obr/s |
mA |
1. |
220 |
0,64 |
1500 |
392 |
2. |
220 |
1,80 |
1500 |
380 |
3. |
220 |
3,50 |
1500 |
372 |
4. |
220 |
5,00 |
1500 |
360 |
5. |
220 |
6,60 |
1500 |
356 |
6. |
220 |
7,40 |
1500 |
350 |
7. |
220 |
9,00 |
1500 |
342 |
8. |
220 |
10,20 |
1500 |
336 |
Wartości zmierzone:
U - napięcie zasilające uzwojenie twornika silnika,
It - prąd twornika silnika,
n - prędkość obrotowa silnika,
If - prąd wzbudzenia silnika,
Wyznaczanie charakterystyki momentu rozruchowego Mr = f(It) przy If = const, n=0
If = Ifn = 378 [mA]
Tabela 4:
Lp. |
It |
If |
It / If |
l |
G |
Mr |
Mr/Mn |
It/Itn |
|
A |
mA |
- |
m |
N |
Nm |
- |
- |
1. |
10,40 |
378 |
27,51 |
0,065 |
198 |
12,87 |
1,30 |
1,20 |
2. |
9,40 |
378 |
24,87 |
|
182 |
11,83 |
1,20 |
1,08 |
3. |
8,04 |
378 |
21,27 |
|
158 |
10,27 |
1,04 |
0,92 |
4. |
6,96 |
378 |
18,41 |
|
136 |
8,84 |
0,89 |
0,80 |
5. |
5,80 |
378 |
15,34 |
|
112 |
7,28 |
0,74 |
0,67 |
6. |
4,50 |
378 |
11,90 |
|
88 |
5,72 |
0,58 |
0,52 |
7. |
3,80 |
378 |
10,05 |
|
72 |
4,68 |
0,47 |
0,44 |
Wartości zmierzone:
It - prąd twornika silnika,
n - prędkość obrotowa silnika,
If - prąd wzbudzenia silnika,
Wartości obliczone:
Mr - moment rozruchowy:
Mn - moment znamionowy:
Mr/Mn - stosunek momentu rozruchowego do momentu znamionowego:
If = 0,5Ifn = 188 [mA]
Tabela 5:
Lp. |
It |
If |
It / If |
l |
G |
Mr |
Mr/Mn |
It/Itn |
|
A |
mA |
- |
m |
N |
Nm |
- |
- |
1. |
9,90 |
188 |
52,66 |
0,065 |
136 |
8,84 |
0,89 |
1,14 |
2. |
8,60 |
188 |
45,74 |
|
122 |
7,93 |
0,80 |
0,99 |
3. |
7,80 |
188 |
41,49 |
|
110 |
7,15 |
0,72 |
0,90 |
4. |
6,62 |
188 |
35,21 |
|
96 |
6,24 |
0,63 |
0,76 |
5. |
5,80 |
188 |
30,85 |
|
82 |
5,33 |
0,54 |
0,67 |
6. |
4,96 |
188 |
26,38 |
|
70 |
4,55 |
0,46 |
0,57 |
7. |
4,20 |
188 |
22,34 |
|
60 |
3,9 |
0,39 |
0,48 |
8. |
3,80 |
188 |
20,21 |
|
54 |
3,51 |
0,35 |
0,44 |
Wartości zmierzone:
It - prąd twornika silnika,
n - prędkość obrotowa silnika,
If - prąd wzbudzenia silnika,
G - siła wytwarzająca moment obciążający silnika.
Wartości obliczone:
Mr - moment rozruchowy:
Mn - moment znamionowy:
Mr/Mn - stosunek momentu rozruchowego do momentu znamionowego:
Wyznaczanie charakterystyk roboczych n, M, Mi, It, η = f(P2)
przy U = Un = const, If = Ifn = const
Tabela 6:
Lp. |
U |
I |
It |
If |
E |
esz |
n |
M |
Mi |
Pi |
P1 |
P2 |
η |
Uwagi |
|
V |
A |
A |
mA |
V |
V |
obr/s |
Nm |
Nm |
W |
W |
W |
% |
|
1. |
220 |
10,8 |
10,4 |
374 |
203,6 |
2 |
1430 |
10,40 |
14,14 |
2117 |
2376 |
1557 |
65,5 |
R*tc = 1,38
|
2. |
220 |
9,1 |
8,7 |
378 |
206,0 |
2 |
1450 |
9,23 |
11,80 |
1792 |
2002 |
1401 |
70,0 |
|
3. |
220 |
7,0 |
6,6 |
376 |
208,9 |
2 |
1460 |
6,76 |
9,02 |
1379 |
1540 |
1033 |
67,1 |
|
4. |
220 |
5,1 |
4,7 |
380 |
211,0 |
2 |
1470 |
4,81 |
6,45 |
992 |
1122 |
740 |
65,9 |
|
5. |
220 |
3,9 |
3,5 |
380 |
213,2 |
2 |
1490 |
3,38 |
4,78 |
746 |
858 |
527 |
61,4 |
|
6. |
220 |
2,2 |
1,8 |
380 |
215,5 |
2 |
1500 |
1,56 |
2,47 |
388 |
484 |
245 |
50,6 |
|
7. |
220 |
1,0 |
0,6 |
380 |
218,3 |
0,92 |
1520 |
0,13 |
0,82 |
131 |
220 |
21 |
9,5 |
|
Wartości zmierzone przy badaniu charakterystyki mechanicznej:
U - napięcie zasilające twornik silnika
It - prąd twornika silnika,
n - prędkość obrotowa silnika,
If - prąd wzbudzenia silnika,
M - moment obciążający.
Wartości obliczone:
I - prą pobierany z sieci przez silnik::
P1 - moc pobierana:
R*tc - rezystancja w obwodzie twornika przeliczona na umowna temperaturę pracy:
esz - spadek napięcia na szczotkach przy obciążeniu powyżej 0,25In:
esz - poniżej 0,25In (dla ostatniego pomiaru w tabeli 6):
E - SEM twornika:
Pi - moc wewnętrzna maszyny:
Mi - moment wewnętrzny:
P2 - moc na wale silnika:
η - sprawność:
5. Charakterystyki silnika bocznikowego prądu stałego:
Charakterystyka mechaniczna n=f(It) przy U=Un = const, Rf = const.
Charakterystyka mechaniczna n=f(M) przy U=Un = const, Rf = const.
Charakterystyka prędkości opbrotowej n=f(If) przy U=Un=const, It=Itn= const.
Charakterystyka regulacji If=f(It) przy U=Un=const, n=nn= const.
Charakterystyka momentu rozruchowego Mr=f(It) przy n = 0, If =Ifn=378 [mA] oraz If = 0,5Ifn = 188 [mA]
Charakterystyki robocze n, M, Mi, It, η = f(P2) przy U=Un=const oraz If=Ifn =const.
6. Wnioski:
W badanym silniku bocznikowym wzrost obciążenia (prąd twornika It) powoduje zmniejszenie prędkości obrotowej. Przedstawia to charakterystyka mechaniczna n=f(It) (str.7), która dowodzi, że zwiększanie prądu twornika powoduje spadek napięcia ΔU na uzwojeniach połączonych szeregowo, co przy stałym napięciu sieci zmniejsza SEM i prędkość obrotową.
Procentowa zmiana prędkości obrotowej przy przejściu silnika od pracy znamionowej do jałowej mieści się w przedziale od 0,2% do 20% i wynosi 4,8 %.
Przy stałym napięciu i prądzie twornika, zmniejszanie prądu wzbudzenia w badanym silniku powoduje wzrost prędkości obrotowej. Przedstawia to charakterystyka prędkości obrotowej n=f(If) (str.8). Jest to spowodowane tym, że wraz ze zmianą prądu wzbudzenia zmienia się strumień Φ, który nie zależy liniowo od prądu wzbudzenia i to powoduje, że charakterystyka prędkości obrotowej odbiega swoim kształtem od hiperboli.
Zwiększając prąd twornika, równocześnie utrzymując stałe obroty i napięcie zasilania, prąd wzbudzenia maleje. Jest to typowe dla silników bocznikowych. Ukazuje to charakterystyka regulacji If = f(It) (str.9). Przy małych wartościach prądu twornika It niemożliwe było ustawienie prędkości znamionowej nn = 1450 obr/min i dlatego prędkość obrotowa była równa n = 1500 obr/min.
Im mniejszy prąd wzbudzenia tym mniejszy jest moment rozruchowy badanego silnika. Można to stwierdzić na podstawie charakterystyki Mr = f(It) (str.10) która była wykonana przy zahamowanym wirniku (n=0). Znamionowy prąd wzbudzenia został odczytany z tabeli 1 - pomiar 2 (str. 2) dla znamionowej prędkości obrotowej.
Badany silnik bocznikowy ma prędkość znamionową 1450 obr/min, wartość momentu znamionowego Mn równa ok. 9,8 [Nm] i sprawność η ok. 68 %. Są to wartości odczytane z charakterystyk roboczych (str. 11) dla mocy znamionowej równej 1500W. Na podstawie sprawności można stwierdzić, że badany silnik nie jest już nowy.
7
n = f(It)
n [obr/min]
It [A]
n [obr/min]
n = f(M)
M [Nm]
Charakterystyka n = f(If)
n [obr/min]
If [mA]
Charakterystyka If = f(It)
If [mA]
It [A]
Charakterystyka Mr = f(It)
Mr/Mn
It/Itn
Ifn
0,5Ifn
Charakterystyka n, M, Mi, It, η = f(P2)
It [A]
M[Nm]
It
n
P2 [W]
M
Mi
η
n
[obr/
min]
Mi
[Nm]
η
[%]