1. Spis przyrządów:

1. Amperomierz LM-3; I29-IV-a2994;

• klasa: 0,5 ;

• zakresy: 3 - 7500 mA ;

• α_max=30; 75 dz.

2. Amperomierz LM-1; I29-IV-a1127;

• klasa: 0,5 ;

• zakresy: 30; 15; 7,5 ; A ;

• α_max=7,5; 30 dz.

Woltomierz LM-3; I29-IV-a1333;

• klasa: 0,5 ;

• zakresy: 0,15 - 750 V ;

• α_max=30; 75 dz.

• Woltomierz LM-3; I29-IV-a3141;

• klasa: 0,5 ;

• zakresy: 0,15 - 750 V ;

• α_max=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(I_f);

• Wyznaczanie charakterystyki regulacji I_f = f(I_t);

• Wyznaczanie charakterystyki momentu rozruchowego M_r = f(I_t), dla I_f = I_fn oraz dla I_f = 0,5 I_fn;

• 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.

1. Wyznaczanie charakterystyki mechanicznej silnika n = f(I) oraz n = f(M)

przy U = U_n = 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,

I_t - prąd twornika silnika,

n - prędkość obrotowa silnika,

I_f - prąd wzbudzenia silnika,

G - siła wytwarzająca moment obciążający silnika,

l - długość ramienia.

Wartości obliczone:

M - moment obciążający;




δ_n - procentowa zmiana prędkości obrotowej przy przejściu silnika od pracy znamionowej do jałowej przy stałym napięciu zasilania: przy n_o=1520 [obr/s]




2. Wyznaczanie charakterystyki prędkości obrotowej n = f(I_f )

przy U = U_n = const, I_t = I_tn = 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,

I_t - prąd twornika silnika,

n - prędkość obrotowa silnika,

I_f - prąd wzbudzenia silnika,

3. Wyznaczanie charakterystyki regulacji I_f = f(I_t ) przy U = U_n = const, n = n_n = 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,

I_t - prąd twornika silnika,

n - prędkość obrotowa silnika,

I_f - prąd wzbudzenia silnika,

4. Wyznaczanie charakterystyki momentu rozruchowego M_r = f(I_t) przy I_f = const, n=0

I_f = I_fn = 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:

I_t - prąd twornika silnika,

n - prędkość obrotowa silnika,

I_f - prąd wzbudzenia silnika,

Wartości obliczone:

M_r - moment rozruchowy:




M_n - moment znamionowy:




M_r/M_n - stosunek momentu rozruchowego do momentu znamionowego:




I_f = 0,5I_fn = 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:

I_t - prąd twornika silnika,

n - prędkość obrotowa silnika,

I_f - prąd wzbudzenia silnika,

G - siła wytwarzająca moment obciążający silnika.

Wartości obliczone:

M_r - moment rozruchowy:




M_n - moment znamionowy:




M_r/M_n - stosunek momentu rozruchowego do momentu znamionowego:




5. Wyznaczanie charakterystyk roboczych n, M, M_i, I_t, η = f(P₂)

przy U = U_n = const, I_f = I_fn = 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

I_t - prąd twornika silnika,

n - prędkość obrotowa silnika,

I_f - 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:










e_sz - spadek napięcia na szczotkach przy obciążeniu powyżej 0,25I_n:




e_sz - poniżej 0,25I_n (dla ostatniego pomiaru w tabeli 6):




E - SEM twornika:







P_i - moc wewnętrzna maszyny:




M_i - moment wewnętrzny:




P₂ - moc na wale silnika:




η - sprawność:




5. Charakterystyki silnika bocznikowego prądu stałego:

1. Charakterystyka mechaniczna n=f(I_t) przy U=U_n = const, R_f = const.











2. Charakterystyka mechaniczna n=f(M) przy U=U_n = const, R_f = const.











3. Charakterystyka prędkości opbrotowej n=f(I_f) przy U=U_n=const, I_t=I_tn= const.











4. Charakterystyka regulacji I_f=f(I_t) przy U=U_n=const, n=n_n= const.











5. Charakterystyka momentu rozruchowego M_r=f(I_t) przy n = 0, I_f =I_fn=378 [mA] oraz I_f = 0,5I_fn = 188 [mA]













6. Charakterystyki robocze n, M, M_i, I_t, η = f(P₂) przy U=U_n=const oraz I_f=I_fn =const.






















6. Wnioski:

1. W badanym silniku bocznikowym wzrost obciążenia (prąd twornika I_t) powoduje zmniejszenie prędkości obrotowej. Przedstawia to charakterystyka mechaniczna n=f(I_t) (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.

2. 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 %.

3. Przy stałym napięciu i prądzie twornika, zmniejszanie prądu wzbudzenia w badanym silniku powoduje wzrost prędkości obrotowej. Przedstawia to charakterystyka prędkości obrotowej n=f(I_f) (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.

4. Zwiększając prąd twornika, równocześnie utrzymując stałe obroty i napięcie zasilania, prąd wzbudzenia maleje. Jest to typowe dla silników bocznikowych. Ukazuje to charakterystyka regulacji I_f = f(I_t) (str.9). Przy małych wartościach prądu twornika I_t niemożliwe było ustawienie prędkości znamionowej n_n = 1450 obr/min i dlatego prędkość obrotowa była równa n = 1500 obr/min.

5. Im mniejszy prąd wzbudzenia tym mniejszy jest moment rozruchowy badanego silnika. Można to stwierdzić na podstawie charakterystyki M_r = f(I_t) (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.

6. Badany silnik bocznikowy ma prędkość znamionową 1450 obr/min, wartość momentu znamionowego M_n 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(I_t)

n [obr/min]

I_t [A]

n [obr/min]

n = f(M)

M [Nm]

Charakterystyka n = f(I_f)

n [obr/min]

I_f [mA]

Charakterystyka I_f = f(I_t)

I_f [mA]

I_t [A]

Charakterystyka M_r = f(I_t)

M_r/M_n

I_t/I_tn

I_fn

0,5I_fn

Charakterystyka n, M, M_i, I_t, η = f(P₂)

I_t [A]

M[Nm]

I_t

n

P₂ [W]

M

M_i

η

n

[obr/

min]

M_i

[Nm]

η

[%]