Politechnika Lubelska

Katedra Napędów i Maszyn Elektrycznych

Sprawozdanie

Z laboratorium Napędów Elektrycznych

Tytuł ćwiczenia: Badanie układów napędowych z silnikiem szeregowym.

Imię i nazwisko:

Nr ćwiczenia: 1m

Grupa: Mechatronika

Rok akademicki 2014/15

I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości i podstawowych charakterystyk oraz sposobów regulacji prędkości silnika szeregowego.

II. Schemat układu pomiarowego

Rysunek 1: Schemat układu do badania charakterystyk przy zasilaniu z sieci sztywnej

III. Dane znamionowe zespołu maszynowego:

Silnik prądu stałego:

Typ: PZBO 440

P_n = 1,1 kW

U_n = 220 V

I_n = 6,5 A

n_n = 950 $\frac{\text{obr}}{\min}$

Prądnica prądu stałego:

Typ: PZBO S4

P_n = 3,5 kW

U_n = 230 V

I_n = 15,2 A

n_n = 1450 $\frac{\text{obr}}{\min}$

U_w = 158 V

I_w = 0,79

IV. Wyniki pomiarów

Tabela 1: Charakterystyka naturalna

Lp.	UMt	IMt	PM	UGt	IGt	PG	Uω	n	ω	ΔP0	RGt	ΔPCu	Pm	M	η
	V	A	W	V	A	W	V	obr/min	rad/s	W	Ω	W	W	Nm	-
	215	3	645	280	1,2	336	130	1560	163,36	185	1,25	1,8	522,8	3,20	0,81
	215	3,6	774	245	2	490	120	1440	150,80	165	1,2	4,8	659,8	4,38	0,85
	215	4,2	903	225	2,8	630	105	1260	131,95	133	1,17	9,17	772,17	5,85	0,86
	215	4,8	1032	205	3,4	697	100	1200	125,66	125	1,148	13,27	835,27	6,65	0,81
	215	5,4	1161	190	4,2	798	90	1080	113,10	108	1,133	19,99	925,99	8,19	0,8
	215	6	1290	180	5	900	85	1020	106,81	100	1,118	27,95	1027,95	9,62	0,8
	215	6,6	1419	170	6	1020	80	960	100,53	92	1,102	39,67	1151,67	11,46	0,81
	215	7,2	1548	160	6,7	1072	80	960	100,53	92	1,093	49,06	1213,07	12,07	0,78

Tabela 2: Charakterystyka przy włączonej rezystancji dodatkowej w obwodzie twornika R_r ≈ 15 Ω

Lp.	UMt	IMt	PM	UGt	IGt	PG	Uω	n	ω	ΔP0	RGt	ΔPCu	Pm	M	η
	V	A	W	V	A	W	V	obr/min	rad/s	W	Ω	W	W	Nm	-
	185	2,4	444	280	0,4	112	135	1620	169,65	193	1,3	0,21	305,21	1,8	0,69
	170	3	510	200	1,6	320	95	1140	119,38	117	1,22	3,12	440,12	3,69	0,85
	160	3,8	608	165	2,4	396	80	960	100,53	93	1,184	6,82	495,82	4,93	0,82
	150	4,4	660	140	3,2	448	65	780	81,68	72	1,16	11,88	531,88	6,51	0,81
	140	5	700	120	4	480	55	660	69,12	57	1,135	18,16	555,16	8,03	0,79
	130	5,6	728	100	4,6	460	50	600	62,83	52	1,117	23,64	535,64	8,52	0,74
	115	6,1	701,5	75	5,8	435	35	420	43,98	32	1,104	37,14	504,14	11,46	0,72
	100	7,2	720	55	7	385	30	360	37,70	24	1,089	53,36	462,36	12,26	0,64

V. Obliczenia

Przedstawione przykładowe obliczenia wykonano dla pomiaru 1 wyznaczania charakterystyki naturalnej.

Moc elektryczna pobierana przez silnik szeregowy:

P_M = U_Mt • I_Mt = 215 • 3 = 645 W

Moc elektryczna generowana przez prądnicę hamowniczą:

P_G = U_Gt • I_Gt = 280 • 1, 2 = 336 W

$$n = k_{\omega} \bullet U_{\omega} = 12 \bullet 130 = 1560\ \frac{\text{obr}}{\min}$$

Prędkość kątowa:

$$\omega = \frac{2\pi}{60} \bullet n = \frac{2\pi}{60} \bullet 1560 = 163,36\ \frac{\text{rad}}{s}$$

Straty jałowe:

P₀ = f(1560) = 185 W – odczytane z wykresu otrzymanego od prowadzącego

Rezystancja twornika prądnicy hamowniczej:

R_Gt = f(1,2) = 1, 25 Ω – odczytane z wykresu otrzymanego od prowadzącego

Straty obciążeniowe hamownicy:

P_Cu = I_Gt² • R_Gt = 1, 2² • 1, 25 = 1, 8 W

Moc mechaniczna na wale silnika:

P_m = P_G + P₀ + P_Cu = 330 + 185 + 1, 8 = 522, 8 W

Moment mechaniczny na wale silnika:

$M = \frac{P_{m}}{\omega} = \frac{522,8}{163,36} = 3,2\ Nm$

Sprawność silnika:

$\eta = \frac{P_{m}}{P_{M}} = \frac{522,8}{645} = 0,81 = 81\%$

VI. Charakterystyki

Wykresy zostały dołączone jako załącznik do sprawozdania.

VII. Wnioski

Charakterystyka mechaniczna układu przy zasilaniu z sieci sztywnej przyjęła przebieg liniowy. Po włączeniu dodatkowej rezystancji charakterystyka stała się bardziej podatna, o czym świadczą współczynniki kierunkowe linii trendu. Dla charakterystyki naturalnej wynosi on -6,3993, natomiast dla układu z dodatkową rezystancją jest to -11,434.

Na tej podstawie możemy stwierdzić, że dołączenie do układu dodatkowej rezystancji pozwala regulować prędkość silnika, ale możemy ją tylko obniżać. Niestety przy załączeniu dodatkowej rezystancji spada również sprawność silnika. Dlatego też, ten rodzaj regulacji nie jest stosowany ze względu na swoją nieekonomiczność, ponieważ straty wytwarzane na dodatkowym rezystorze są zbyt duże by była to opłacalna metoda.