1
9. BADANIE SILNIKA BOCZNIKOWEGO
9. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z własnościami silnika bocznikowego oraz wyznaczenie
charakterystyk i sprawności badanego silnika.
9.1. Przebieg pomiarów
9.1.1. Pomiar rezystancji uzwojeń
Pomiaru rezystancji uzwojeń należy dokonać metodą techniczną według schematu przedstawionego na
rys.9.1.
A
R
E2
E1
B1
B2
V
A1
A2
+
Rys. 9.1. Schemat połączeń do pomiaru rezystancji: a/ uzwojenia bocznikowego, b/ uzwojenia twornika i
komutacyjnego
Badane uzwojenie zasila się napięciem stałym, wykonując po 3 pomiary dla obu uzwojeń. Wyniki
pomiarów zapisuje się do tabeli 9.1. i oblicza się wartość średnią rezystancji:
3
R
R
śr
∑
=
Tabela.9.1.
Uzwojenie bocznikowe
Uzwojenie twornika
U
a
I
R
śr
R
U
a
I
R
śr
R
L.p.
V A
Ω
Ω
V A
Ω
Ω
1
2
3
4
5
6
7
8
2
9.1.2. Wyznaczanie strat jałowych metodą biegu jałowego
Układ połączeń do wyznaczania strat jałowych metodą biegu silnikowego pokazany jest na rys.9.2.
V
V
n
0 220V =
÷
220V =
A
A
M
R
2
R
1
R
W
A1
A2
B1
B2
E2
E1
G
A1
A2
B1
B2
A
E2
E1
A
V
220V =
Rys.9.2. Schemat połączeń do badań silnika bocznikowego
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 przez zmianę przekładni transformatora prostownika zasilającego.
Pomiary wykonuje się zmieniając napięcie na zaciskach silnika od wartości
do wartości, przy
której prąd twornika będzie równy około
. Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 9.2., oraz oblicza
się:
const
n
n
n
=
=
n
w
I
U
n
U
3
,
1
U
=
n
I
15
,
0
a
a
R
I
U
E
−
=
- siła elektromotoryczna
Tabela.9.2.
Pomiary Obliczenia
U
a
I
w
I
n
E
0
P
ea
P
∆
0
P
∆
L.p.
V A A
min
obr
V W W W
1
2
3
4
5
6
7
8
Wartość rezystancji twornika
przyjmuje się z pomiarów w pkt.9.1.1.
a
R
a
0
UI
P
=
- moc pobrana przez twornik
a
2
a
ea
R
I
P
=
∆
- straty na rezystancji
uzwojenia twornika
ea
0
0
P
P
P
∆
−
=
∆
- straty jałowe.
3
Straty jałowe
Fe
m
0
P
P
P
∆
+
∆
=
∆
są określone jako suma strat mechanicznych
i strat w żelazie
. Dla dokonania rozdziału strat jałowych wykreśla się charakterystykę
, która przetnie oś
rzędnych w punkcie odpowiadającym wielkości strat mechanicznych.
m
P
∆
Fe
P
∆
)
E
(
f
P
2
0
=
∆
P
0
U
n
P
f(E )
0
=
2
P
f(E)
0
=
E,E
2
P
m
P
fe
Rys.9.3. Wykres strat jałowych silnika bocznikowego
9.3.3. Charakterystyki robocze – n, I,
η=f(M
2
) przy U=U
n
; I
w
=I
wn
Układ do zdejmowania tej charakterystyki przedstawiony jest na rys.9.2. Silnik doprowadza się do punktu
pracy znamionowej za pomocą oporników
. Następnie zmniejszając obciążenie opornikiem
wodnym
i utrzymując stałą wartość prądu wzbudzenia silnika
w
2
1
R
,
R
,
R
w
R
const
I
w
=
, mierzy się napięcie
, prąd
twornika oraz prędkość obrotową . Wyniki pomiarów wpisuje się do tabeli 9.3. i oblicza się:
U
a
I
n
w
a
I
I
I
+
=
- prąd pobrany przez
silnik
a
a
R
I
U
E
−
=
- siła elektromotoryczna
silnika
a
2
a
ea
R
I
P
=
∆
- podstawowe straty
obciążeniowe
2
n
n
d
I
I
P
01
,
0
P
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
∆
- dodatkowe straty
obciążeniowe
w
w
UI
P
=
∆
- straty wzbudzenia
w
d
ea
0
P
P
P
P
P
∆
+
∆
+
∆
+
∆
=
∆
∑
- suma wszystkich strat
w
w
a
a
1
I
U
I
U
P
+
=
- moc pobrana z sieci
∑
∆
−
=
P
P
P
1
2
- moc oddana przez
silnik na wale
n
P
55
,
9
M
2
2
=
- moment obrotowy na
wale silnika
1
2
P
P
=
η
- sprawność silnika
4
Tabela.9.3.
Pomiary
U
a
I
w
I
n
Lp.
V A A
min
obr
1
2
3
4
5
6
7
8
Obliczenia
a
I
E
0
P
∆
ea
P
∆
W
P
∆
d
P
∆
∑
∆P
1
P
2
P
2
M
η
Lp.
A V W W W W W W
Nm -
1
2
3
4
5
6
7
8
W stanie ustalonym prędkość obrotowa silnika bocznikowego określona jest zależnością:
Φ
−
=
E
a
a
c
R
I
U
n
5
Charakterystyki robocze, czyli funkcje
)
M
(
I
,
n
2
=
oraz charakterystyka
)
M
(
f
2
=
η
przedstawione są na
rys.9.4
M
2n
I
n
0
n,I,
n
n
n
M
2
Rys.9.4. Charakterystyki robocze silnika bocznikowego
Jeżeli napięcie sieci
i strumień magnetyczny
Φ=const, tzn. prąd wzbudzenia
const
U
=
const
I
w
=
(przy pominięciu reakcji twornika), prędkość obrotowa silnika wynosi:
n
2
2
0
2
2
1
M
c
n
M
c
c
n
−
=
−
=
przy czym
- jest prędkością obrotową silnika w stanie jałowym. Widać zatem, że zależność
0
n
( )
2
M
f
n
=
jest w przybliżeniu linią prostą. Zgodnie ze wzorem
a
M
I
c
M
Φ
=
przy pominięciu reakcji twornika, prąd twornika ze wzrostem momentu rośnie prostoliniowo. Na skutek
reakcji twornika zmniejszającej strumień, wzrost prądu jest szybszy niż wynika to z zależności
prostoliniowej.
a
I
9.1.4. Charakterystyki regulacyjne n=f(U)
Charakterystykę regulacyjną
( )
U
f
n
=
wykonuje się przy stałej wartości prądu wzbudzenia
dla dwóch wartości momentu obciążenia na wale silnika:
const
I
I
wn
w
=
=
1. przy biegu jałowym
;
0
M
2
=
2. przy obciążeniu
n
2
2
M
5
,
0
M
≈
.
Przy zdejmowaniu charakterystyki dla
0
M
2
=
prądnica napędzana przez silnik jest niewzbudzona,
natomiast przy zdejmowaniu charakterystyki dla
n
2
2
M
5
,
0
M
=
prądnica jest obciążona tak, aby prąd
twornika silnika był stały o wartości równej
n
I
5
,
0
I
=
. Odpowiada to w przybliżeniu stałej wartości
momentu
. Pomiary wykonuje się według układu pomiarowego przedstawionego na rys.9.2
przy zmieniającym się napięciu zasilania
od zera do wartości 1,1
. Na podstawie pomiarów
zestawionych w tabeli 9.4 wykreśla się charakterystyki n=f(U) przy
n
2
2
M
5
,
0
M
=
U
n
U
const
I
I
wn
w
=
=
.
6
Tabela.9.4.
0
M
2
=
n
2
2
M
5
,
0
M
=
U
n
w
I
U
n
w
I
Lp.
V
min.
obr.
A V
min.
obr.
A
1
2
3
4
5
6
7
8
Korzystając z zależności
Φ
⋅
−
=
Φ
=
E
a
a
E
c
R
I
U
c
E
n
M =0,5
2
M
2n
n
M =0
2
U
Rys.9.5. Charakterystyki obciążenia silnika bocznikowego n=f(U),
const
M
=
oraz biorąc pod uwagę
i
const
I
a
=
const
=
Φ
(nie uwzględniając oddziaływania twornika) równanie to
można zapisać w postaci
2
1
c
c
U
n
−
=
,
a zatem jest to równanie linii prostej. Większy kąt nachylenia charakterystyki n=f(U) dla
n
2
2
M
5
,
0
M
=
wynika z występowania oddziaływania twornika przy obciążeniu (dla
0
I
a
≠
).
9.1.5. Charakterystyki regulacyjne n-f(I
w
)
Charakterystyki regulacyjne
wykonuje się przy napięciu
( )
w
I
f
n
=
const
U
U
n
=
=
dla dwóch stałych
wartości momentu obrotowego silnika, określonych w punkcie 9.1.4. Układ połączeń silnika przedstawiony
jest na rys.9.2. Próbę wykonuje się od wartości maksymalnej prądu wzbudzenia
do wartości
w
I
min
w
w
I
I
=
,
przy której prędkość obrotowa silnika osiąga wartość
n
n
5
,
1
n
=
. Na podstawie pomiarów zestawionych
7
w tabeli 9.5 wykreśla się charakterystyki
( )
w
I
f
n
=
przy
const
U
U
n
=
=
. Przebieg krzywych
( )
w
I
f
n
=
jest zbliżony do hiperboli o równaniu
f
1
E
I
c
c
c
E
n
≈
Φ
=
Φ
=
Tabela.9.5.
0
M
2
=
n
2
2
M
5
,
0
M
=
w
I
n
U
w
I
n
U
Lp.
A
min.
obr.
V A
min.
obr.
V
1
2
3
4
5
6
7
8
M =0,5
2
M
2n
n
M =0
2
I
w
Rys.9.6. Charakterystyki obciążenia silnika bocznikowego
( )
w
I
f
n
=
,
const
U
=
Ze względu na przebieg charakterystyki
( )
w
I
f
=
Φ
oraz ze względu na oddziaływanie twornika
rzeczywisty przebieg tylko w przybliżeniu jest hiperbolą.
9.4. Sprawozdanie
Sprawozdanie powinno zawierać:
• dane znamionowe badanej maszyny
• wyznaczenie wszystkich strat silnika bocznikowego
• charakterystyki robocze
• charakterystyki prędkości obrotowej
• obliczenia sprawności
•
wnioski i spostrzeżenia.
Document Outline