Politechnika Świętokrzyska w Kielcach
Laboratorium Maszyn Specjalnych
Ćwiczenie nr : 7	Temat: Prądnice tachometryczne.	Zespół nr:1 Nowakowski Rafał Maruszewski Grzegorz Seta Robert Nadrzewia Mariusz Sar Arkadiusz Kierunek: Telekomunikacja Grupa: 34 „B”
Data wykonania ćwiczenia: 27.11.97	Data oddania sprawozdania: 05.12.97	Ocena:

1. Cel ćwiczenia:

Celem tego ćwiczenia jest zapoznanie się z różnymi typami prądnic tachometrycznych, poznanie ich zasady działania, własności, dokładności oraz aplikacji.

2. Opis stanowiska pomiarowego:

Elementy wchodzące w skład stanowiska:

• pomocniczy silnik obcowzbudny prądu stałego

• prądnice tachometryczne: prądu stałego, indukcyjna, synchroniczna

• cyfrowy, bezstykowy miernik prędkości o dużej dokładności

• zestaw woltomierzy i amperomierzy

• rezystor suwakowy pełniący rolę obciążenia

3. Przebieg ćwiczenia:

3.1. Prądnica tachometryczna prądu stałego:

Pomiar charakterystyki napięcia wyjściowego U_wy = f(n) przy różnych wartościach rezystancji obciążenia R_obc i różnych kierunkach wirowania +/-n (potrzebnej do wyznaczenia względnej różnicy napięcia wyjściowego).

a). Schematy pomiarowe:

• dla rezystancji obciążenia R_obc = ∞

U_wy

U_f U_z U_f

• dla rezystancji obciążenia R_obc = 646 [Ω]

U_wy

R_obc

U_f U_z U_f

b). Tabela pomiarowa:

Lp.:	Robc = ∞			Robc = 646 [Ω]
		U	n	ΔU%	U	n	ΔU%
		[V]	[obr/min]	[%]	[V]	[obr/min]	[%]
Obroty prawe
1	58,61	1563	2,243	52,91	1553	0,676
2	53,05	1408	1,805	48,18	1415	0,537
3	49,07	1300	1,762	44,80	1308	0,345
4	45,11	1197	1,721	40,72	1196	0,780
5	41,29	1094	1,468	37,61	1099	0,307
6	34,02	892	0,917	30,17	888	0,822
7	29,14	767	0,817	26,11	774	0,324
8	20,48	537	0,413	18,03	539	0,083
9	16,67	443	0,239	14,23	428	1,112
10	11,51	298	0,217	9,89	302	1,592
11	6,67	171	1,185	5,43	173	0,184
12	3,20	80	0,156
Obroty lewe
1	61,30	1550	2,243	53,63	1547	0,676
2	55,00	1410	1,805	48,70	1405	0,537
3	50,83	1304	1,762	45,11	1304	0,345
4	46,69	1201	1,721	41,36	1199	0,780
5	42,52	1096	1,468	37,38	1096	0,307
6	34,65	892	0,917	30,67	895	0,822
7	29,62	766	0,817	26,28	770	0,324
8	20,65	532	0,413	18,06	539	0,083
9	16,75	430	0,239	14,55	437	1,112
10	11,56	297	0,217	9,58	290	1,592
11	6,83	172	1,185	5,45	172	0,184
12	3,21	80	0,156

Pomiary SEM indukowanych w prądnicach tachometrycznych powinny być wykonane przy jednakowych prędkościach wirowania dla obu kierunków wirowania. Ze względu na trudności spełnienia tego warunku została wprowadzona poprawka na błąd asymetrii:

UWAGA !: Poprawka ta będzie obowiązywała dla pozostałych prądnic tachometrycznych.

c). Charakterystyki dla prądnicy tachometrycznej prądu stałego.

• U_L,U_p. = f(n) , przy obciążeniu = ∞

• U_L,U_p. = f(n) , przy obciążeniu R_obc = 646 [Ω]

• U_PR,U_P∞ = f(n) , dla jednakowych kierunkach obrotów: prawe.

• U_LR,U_L∞ = f(n) , dla jednakowych kierunkach obrotów: lewe.

3.2. Prądnica tachometryczna - indukcyjna:

Pomiar charakterystyki napięcia wyjściowego U_wy = f(n) przy różnych wartościach rezystancji obciążenia R_obc i różnych kierunkach wirowania +/-n (potrzebnej do wyznaczenia względnej różnicy napięcia wyjściowego).

a). Schematy pomiarowe:

• dla rezystancji obciążenia R_obc = ∞

U_wy

U_f U_z U_f

• dla rezystancji obciążenia R_obc = 646 [Ω]

U_wy

R_obc

U_f U_z U_f

b). Tabela pomiarowa:

Lp.:	Robc = ∞			Robc = 646 [Ω]
		U	n	ΔU%	U	n	ΔU%
		[V]	[obr/min]	[%]	[V]	[obr/min]	[%]
Obroty prawe
1	82,74	1563	0,145	54,39	1553	0,341
2	74,21	1408	0,074	49,03	1415	0,327
3	67,54	1300	0,369	45,34	1308	0,566
4	62,09	1197	0,032	41,06	1196	0,305
5	56,51	1094	7,420	37,77	1099	0,962
6	45,11	892	0,309	30,23	888	0,132
7	38,72	767	0,142	26,21	774	0,711
8	26,36	537	0,189	18,33	539	1,383
9	21,29	443	0,243	14,82	428	1,961
10	14,49	298	0,138	10,42	302	5,093
11	8,11	171	1,218	6,08	173	4,577
12	3,76	80	0,000
Obroty lewe
1	82,50	1550	0,145	54,02	1547	0,341
2	74,10	1410	0,074	48,71	1405	0,327
3	68,04	1304	0,369	44,83	1304	0,566
4	62,13	1201	0,032	40,81	1199	0,305
5	56,46	1096	7,420	37,05	1096	0,962
6	45,39	892	0,309	30,31	895	0,132
7	38,61	766	0,142	25,84	770	0,711
8	26,46	532	0,189	17,83	539	1,383
9	21,39	430	0,243	14,25	437	1,961
10	14,53	297	0,138	9,41	290	5,093
11	8,31	172	1,218	5,55	172	4,577
12	3,76	80	0,000

c). Charakterystyki dla prądnicy tachometrycznej - indukcyjnej.

• U_L,U_p. = f(n) , przy obciążeniu = ∞

• U_L,U_p. = f(n) , przy obciążeniu R_obc = 646 [Ω]

• U_PR,U_P∞ = f(n) , dla jednakowych kierunkach obrotów: prawe.

• U_LR,U_L∞ = f(n) , dla jednakowych kierunkach obrotów: lewe.

3.3. Prądnica tachometryczna - synchroniczna:

Pomiar charakterystyki napięcia wyjściowego U_wy = f(n) przy różnych wartościach rezystancji obciążenia R_obc i różnych kierunkach wirowania +/-n (potrzebnej do wyznaczenia względnej różnicy napięcia wyjściowego).

a). Schematy pomiarowe:

• dla rezystancji obciążenia R_obc = ∞

U_wy

U_f U_z

• dla rezystancji obciążenia R_obc = 646 [Ω]

U_wy

R_obc

U_f U_z

b). Tabela pomiarowa:

Lp.:	Robc = ∞			Robc = 646 [Ω]
		U	n	ΔU%	U	n	ΔU%
		[V]	[obr/min]	[%]	[V]	[obr/min]	[%]
Obroty prawe
1	10,67	1563	0,140	8,58	1553	0,234
2	9,64	1408	0,000	7,83	1415	0,643
3	8,89	1300	0,224	7,22	1308	0,000
4	8,21	1197	0,061	6,60	1196	0,826
5	7,46	1094	0,600	6,04	1099	0,165
6	6,11	892	0,136	4,92	888	0,506
7	5,29	767	0,726	4,32	774	0,465
8	3,61	537	0,000	2,94	539	0,341
9	2,91	443	0,172	2,26	428	1,310
10	2,04	298	0,493	1,71	302	4,587
11	0,99	171	1,980	0,82	173	2,500
12	0,25	80	0,000
Obroty lewe
1	10,70	1550	0,140	8,54	1547	0,234
2	9,64	1410	0,000	7,73	1405	0,643
3	8,93	1304	0,224	7,22	1304	0,000
4	8,20	1201	0,061	6,71	1199	0,826
5	7,55	1096	0,600	6,06	1096	0,165
6	6,13	892	0,136	4,97	895	0,506
7	5,21	766	0,726	4,28	770	0,465
8	3,61	532	0,000	2,92	539	0,341
9	2,90	430	0,172	2,32	437	1,310
10	2,02	297	0,493	1,56	290	4,587
11	1,03	172	1,980	0,78	172	2,500
12	0,25	80	0,000

c). Charakterystyki dla prądnicy tachometrycznej - synchronicznej .

• U_L,U_p. = f(n) , przy obciążeniu = ∞

• U_L,U_p. = f(n) , przy obciążeniu R_obc = 646 [Ω]

• U_PR,U_P∞ = f(n) , dla jednakowych kierunkach obrotów: prawe.

• U_LR,U_L∞ = f(n) , dla jednakowych kierunkach obrotów: lewe.

3.4. Porównanie charakterystyk dla różnych typów prądnic tachometrycznych.

• obroty prawe, R_obc = ∞

• obroty lewe, R_obc = ∞

• obroty prawe, R_obc = 646 [Ω]

• obroty prawe, R_obc = 646 [Ω]

4. Wnioski:

Krótka charakterystyka:

Prądnice tachometryczne prądu stałego różnią się tylko od zwykłych prądnic mocą, która jest rzędu kilku watów. Stojan spełnia rolę magneśnicy. Strumień magnetyczny jest wytwarzany albo przez magnesy trwałe (prądnice magnetoelektryczne), albo przez elektromagnesy wzbudzone z obcego źródła (prądnice obcowzbudne). SEM indukowaną w uzwojeniu twornika określa wzór: E = kφn. W prądnicach magnetoelektrycznych strumień jest stały, więc SEM jest proporcjonalna do prędkości obrotowej. Natomiast w prądnicach obcowzbudnych można regulować strumień przez zmianę prądu magnesującego I_m, wpływając w ten sposób na wielkość SEM. Jednakże zmiany strumienia mogą też zachodzić samoistnie, np.: wskutek zmiany napięcia źródła prądu zasilającego wzbudzenie lub zmian natężenia prądu magnesującego wywołanych zmianami rezystancji uzwojenia wzbudzającego wskutek wzrostu temperatury uzwojenia. Stwarza to niebezpieczeństwo niejednoznacznej zależności SEM od prędkości obrotowej. Z tego względu, jak również ze względu na brak dodatkowego źródła zasilania wzbudzenia, prądnice tachometryczne magnetoelektryczne są lepsze niż obcowzbudne. O jakości prądnicy tachometrycznej świadczy brak pulsacji siły elektromotorycznej. Dla uniknięcia tych pulsacji buduje się prądnice o gładkim wirniku (bezżłobkowe) i o bardzo duże liczbie wycinków komutatora.

Prądnice tachometryczne synchroniczne odznaczają się najprostszą budową. Wirnik stanowi w nich trwały magnes, który wirując wytwarza pole magnetyczne wirujące. W stojanie znajduje się uzwojenie jednofazowe umieszczone w żłobkach. W tym uzwojeniu powstaje SEM, o amplitudzie : E = kφn , i o częstotliwości proporcjonalnej do prędkości obrotowej, zgodnie ze wzorem: f = pn/60. Ważną zaletą tych prądnic jest brak części zużywających się, prostota konstrukcji i duża trwałość. Do ich najpoważniejszych wad należy zaliczyć zmienność częstotliwości wytwarzanej SEM. Uniemożliwia to porównywanie wartości mierzonej z wartością zadaną przedstawioną w postaci napięcia przemiennego o stałej częstotliwości.

Prądnice tachometryczne asynchroniczne nie mają tej wady, a jednocześnie mają zalety prądnic synchronicznych. Składają się z części nieruchomej - stojana i ruchomej - wirnika. Wirnik ma kształt kubka metalowego, umieszczonego w szczelinie pomiędzy rdzeniem zewnętrznym, a rdzeniem wewnętrznym stojana. Uzwojenie stojana składa się z dwóch cewek przekręconych względem siebie o kąt 90°. Jedna z nich w płaszczyźnie pionowej, druga w płaszczyźnie poziomej. Gdy jedną z tych cewek zasili się napięciem przemiennym o stałej amplitudzie i częstotliwości , to w drugiej cewce będzie się indukowała SEM o częstotliwości takiej samej jak w cewce wzbudzającej i o amplitudzie proporcjonalnej do prędkości wirowania kubka. Powodem powstania tej SEM będzie strumień magnetyczny wywołany przez prądy wirowe powstające w wirującym kubku. Wirnik kubkowy zwany jest też wirnikiem Ferraisa.

Podsumowanie

Analizując otrzymane charakterystyki można stwierdzić, że:

• charakterystyki dla obrotów prawych i lewych, przy jednakowym obciążeniu prawie się pokrywają (różnice między nimi są rzędu pojedynczych procentów)

• porównując charakterystyki dla tych samych kierunków obrotów, przy różnych obciążeniach, można zauważyć, że wielkość obciążenia ma znaczny wpływ na napięcie indukowane w tachoprądnicy (obciążenie rośnie - SEM maleje), a także na nachylenie charakterystyki prądnicy tachometrycznej (obciążenie rośnie - nachylenie maleje)

• analizując charakterystyki różnych tachoprądnic, przy braku obciążenia widać, że kąt nachylenia dla indukcyjnej jest największy, następnie klasyfikuje się tachoprądnica prądu stałego, na końcu synchroniczna,

przy obciążeniu R_obc = 646 [Ω] charakterystyki dla tachoprądnic : prądu stałego i indukcyjnej prawie się pokrywają, natomiast charakterystyka dla prądnicy synchronicznej jest usytuowana nisko nad osią obrotów.

Zatem, w tym przypadku najlepsze własności wykazała tachoprądnica indukcyjna (ponieważ indukowała najwyższe napięcie w stosunku do pozostałych prądnic, dla tych samych obrotów), później prądnica tachometryczna prądu stałego i na końcu synchroniczna.

6. Wnioski.

Ćwiczenie miało na celu wyznaczenie charakterystyk roboczych czyli zależności U=f(n) (napięcia wyjściowego na prądnicy tachometrycznej w funkcji prędkości obrotowej).

Analizując charakterystyki różnych tachoprądnic, przy braku obciążenia widać, że kąt nachylenia dla indukcyjnej jest największy, następnie klasyfikuje się tachoprądnica prądu stałego, na końcu synchroniczna,

przy obciążeniu R_obc = 1390 Ω charakterystyki dla tachoprądnic : prądu stałego i indukcyjnej mają niewielkie różnice, natomiast charakterystyka dla prądnicy synchronicznej jest usytuowana nisko nad osią obrotów.

Zatem, w tym przypadku najlepsze własności wykazała tachoprądnica indukcyjna (ponieważ indukowała najwyższe napięcie w stosunku do pozostałych prądnic, dla tych samych obrotów), później prądnica tachometryczna prądu stałego i na końcu synchroniczna.

6. Wnioski.

Ćwiczenie miało na celu wyznaczenie charakterystyk roboczych czyli zależności U=f(n) (napięcia wyjściowego na prądnicy tachometrycznej w funkcji prędkości obrotowej).

Analizując charakterystyki różnych tachoprądnic, przy braku obciążenia widać, że kąt nachylenia dla indukcyjnej jest największy, następnie klasyfikuje się tachoprądnica prądu stałego, na końcu synchroniczna,

przy obciążeniu R_obc = 1390 Ω charakterystyki dla tachoprądnic : prądu stałego i indukcyjnej mają niewielkie różnice, natomiast charakterystyka dla prądnicy synchronicznej jest usytuowana nisko nad osią obrotów.

Zatem, w tym przypadku najlepsze własności wykazała tachoprądnica indukcyjna (ponieważ indukowała najwyższe napięcie w stosunku do pozostałych prądnic, dla tych samych obrotów), później prądnica tachometryczna prądu stałego i na końcu synchroniczna.

M

TG

I

TG

I

M

VV

TG

II

M

V

V

TG

II

M

VV

TG

III

M

V

TG

III

M

VV

---