POLITECHNIKA GDAŃSKA

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I MASZYN ELEKTRYCZNYCH LABORATORIUM MASZYNY ELEKTRYCZNE ĆWICZENIE (MPS) MASZYNY PRĄDU STAŁEGO SILNIK OBCOWZBUDNY BADANIE CHARAKTERYSTYK Mteriły pomocnicze Kierunek Elektrotechnik Studi stcjonrne 1-szego stopni semestr 3 Oprcowli Mieczysłw Ronkowski Grzegorz Kostro Michł Michn Gdńsk 2012-2013

2 M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michn

Mszyny prądu stłego 3 ĆWICZENIE (MPS) MASZYNY PRĄDU STAŁEGO BADANIE CHARAKTERYSTYK SILNIKA OBCOWZBUDNEGO Prog i cel ćwiczeni 1. TEORIA... 3 1.1. Budow, dziłnie, model izyczny i model obwodowy silnik prądu stłego... 3 1.2. Schemty połączeń uzwojeń silnik prądu stłego (obcowzbudnego)... 7 1.3. Chrkterystyk mgnesowni silnik prądu stłego (obcowzbudnego)... 7 1.4. Równni chrkterystyk elektromechnicznych i mechnicznych silnik prądu stłego (obcowzbudnego)... 8 1.5. Ksztłtownie chrkterystyk elektromechnicznych i mechnicznych silnik prądu stłego (obcowzbudnego)9 2. BADANIA... 10 2.1. Oględziny zewnętrzne... 10 Dne znmionowe silnik/prądnicy... 10 2.2. Pomiry rezystncji uzwojeń... 10 2.3. Chrkterystyk mgnesowni... 11 2.4. Chrkterystyki mechniczne... 13 3. ZADANIA... 15 4. PYTANIA KONTROLNE... 16 5. LITERATURA POMOCNICZA... 16 1. TEORIA 1.1. Budow, dziłnie, model izyczny i model obwodowy silnik prądu stłego Podstwowy opis teorii mszyn prądu stłego (MPS) zwier rozdz. 5 e-skryptu: Ronkowski M., Michn M., Kostro G., Kutt F.: Mszyny elektryczne wokół ns: zstosownie, budow, modelownie, chrkterystyki, projektownie. Wyd. PG, Gdńsk, 2011. Silnik prądu stłego (SPS) jest przetwornikiem elektromechnicznym (rys. 1.1) o trzech wrotch (prch zcisków), które izycznie reprezentują: dw wejści elektryczne zciski uzwojeni twornik i zciski uzwojeni wzbudzeni ; jedno wyjście mechniczne m koniec włu (sprzęgło). Moc elektryczn (dostrczn) P i moc mechniczn (odbiern) P m ulegją przeminie elektromechnicznej z pośrednictwem pol mgnetycznego (wzbudznego prądem I ). Energi pol mgnetycznego jest energią wewnętrzną silnik, gdyż przetwornik nie m możliwości wyminy tej energii z otoczeniem. Rys. 1.1. Silnik prądu stłego trójwrotowy przetwornik elektromechniczny: wrot (zciski) obwodu twornik dopływ energii elektrycznej przetwrznej m energię mechniczną, wrot obwodu wzbudnik (wzbudzeni) dopływ energii pol wzbudzeni, wrot ukłdu (obwodu) mechnicznego m odpływ energii mechnicznej Budowę i podstwowe elementy SPS przedstwiono n rys. 1.2. Silnik skłd się z nstępujących elementów czynnych: wzbudnik/mgneśnicy (uzwojenie wzbudzeni, bieguny główne, nbiegunniki, jrzmo); twornik (uzwojenie twornik, rdzeń twornik, komuttor, szczotki); włu. Uwg: W SPS, celem poprwy komutcji (elimincj iskrzeni szczotek), stosuje się dodtkowo bieguny komutcyjne (pomocnicze) umieszczone między biegunmi głównymi. N biegunch komutcyjnych nwinięte jest uzwojenie komutcyjne połączone szeregowo z uzwojeniem twornik. W SPS dużej mocy, celem kompenscji oddziływni twornik, stosuje się dodtkowo uzwojenie kompenscyjne umieszczone w żłobkch nbiegunników biegunów głównych.

4 M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michn Ukłd elektromechniczny n rys. 1.3 przedstwi schemtycznie budowę elementrnego SPS wrz z ilustrcją zsdy jego dziłni. Podstwą dziłni silnik jest genercj pry sił Lorentz F L, które dziłją n przewody tworzące uzwojenie (cewkę) - twornik, przez które płynie prąd i -. Dwuwycinkowy komuttor sprwi, że zwrot pry sił Lorentz nie zleży od położeni kątowego cewki - (porównj rys. 1.3 i rys. 1.3b). W eekcie pr sił Lorentz generuje jednokierunkowy moment elektromgnetyczny T e wrtość średni użytecznego momentu dl pełnego obrotu wirnik jest różn od zer ( T 0 ). eśr KOMUTATOR Rys. 1.2. Budow i podstwowe elementy silnik prądu stłego Uproszczony model izyczny i obwodowy SPS przedstwiono n rys. 1.3. ) b) Rys. 1.3. Podstwowe modele silnik prądu stłego: ) model izyczny zjwisko genercji nieruchomego przepływu twornik Θ w osi q prostopdłej do osi pol wzbudnik (wzbudzeni) d b) model obwodowy 1) obwód twornik, 2) obwód wzbudzeni, 3) obwód mechniczny nlog elektryczny ukłdu mechnicznego Wielocewkowe uzwojenie twornik SPS, odpowiednio połączone z wycinkmi komuttor, wytwrz przepływ (mgnetyczny) Θ, który jest nieruchomy 1 względem przepływu wzbudzeni Θ. W SPS 1 Uwg: Przepływ twornik Θ jest ruchomy (wiruje) względem uzwojeni, które go wytwrz, tzn. przepływ twornik wzbudz pole wirujące względem uzwojeni twornik. Komuttor i szczotki sprwiją, że przepływ (pol) twornik Θ

Mszyny prądu stłego 5 przygotownym prwidłowo do eksplotcji, przepływ Θ skierowny jest wzdłuż osi szczotek (oś oznczon symbolem q) orz prostopdle do osi wzbudzeni (oś oznczon symbolem d), jk pokzno n rys. 1.3. Tkie wzjemne położenie przepływów twornik Θ i wzbudzeni Θ nieruchomych względem siebie sprwi, że podstwowe wielkości elektromechniczne silnik (opisujące elektromechniczne przetwrznie energii) możn określić nstępującymi zleżnościmi: moment elektromgnetyczny T e = k Φ I T SEM rotcji E = k E Φ Ω (1.2) gdzie, k E orz k T stł SEM rotcji i stł momentu elektromgnetycznego 2 ; Φ strumień główny (wzbudzeni, mgnesowni), przypdjący n jeden biegun wzbudnik (podziłkę biegunową silnik); I prąd twornik; Ω mechniczn prędkość kątow silnik (wirnik). Relcj między prędkością kątową silnik Ω liczoną w [rd/s], prędkością obrotową silnik n liczoną w [obr/min] jest nstępując: 2 π n Ω = (1.3) 60 Uwg: Jeżeli w zleżności (1.2) prędkość silnik wyrżon jest w [rd/s], to zchodzi równość współczynników k E = k T. W przypdku wyrżeni prędkości silnik w [obr/min] k = 2 π / 60. G G E k T Wprowdzjąc koncepcję indukcyjności rotcji G, zdeiniownej nstępująco: de ke Φ = (1.4) I de kt Φ = (1.5) I zleżności (1.1) i (1.2) możn zpisć w postci: E = G I Ω (1.6) e T = G I I (1.7) Opisnie twornik (wirnik) z uzwojeniem komuttorowym jko elementu, w którym prąd twornik wytwrz nieruchomy w przestrzeni przepływ Θ (strumień Φ ), pozwl odwzorowć model izyczny SPS (rys. 1.3) w sttycznych stnch prcy z pomocą modelu obwodowego n rys. 1.3b. Wielkości elektromechniczne: SEM rotcji E i moment elektromgnetyczny T e reprezentują sterowne źródł npięciowe 3 oznczone symbolem. Strty w obwodch elektrycznych odwzorowują rezystncje: R twornik i R wzbudzni, strty w obwodzie mechnicznym współczynnik trci lepkiego B m. Model obwodowy SPS n rys. 1.3b opisuje nstępujący ukłd równń lgebricznych: równnie równowgi obwodu twornik U = R I + E (1.8) równnie równowgi obwodu wzbudzeni (1.1) jest nieruchomy względem przepływu (pol) wzbudzeni Θ. Komuttor pełni unkcję regultor położeni pol twornik względem pol mgneśnicy. 2 Stłe k E orz k T nzywne są często stłymi konstrukcyjnymi mszyny prądu stłego, gdyż ich wrtości zleżą od wymirów rdzeni twornik (długości i średnicy) i petrów uzwojeni twornik (liczby boków uzwojeni, pr głęzi równoległych i pr biegunów). 3 W modelu obwodowym ukłdu mechnicznego przyjęto nlogie: npięcie moment obrotowy, prąd prędkość kątow, rezystncj współczynnik trci lepkiego.

6 M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michn U = R I (1.9) równnie równowgi ukłdu (obwodu) mechnicznego T = B Ω + T (1.10) e m m gdzie, U, U npięci zsilni obwodu twornik i wzbudzeni, I, I prądy obwodu twornik i wzbudzeni, T m moment użyteczny (zewnętrzny) n wle silnik (moment T e pomniejszy o strty trci i wentylcji). Zleżności n moce poszczególnych wrót, dl złożonego modelu SPS (rys. 1.3b), opisują nstępujące wzory: moc doprowdzon do obwodu twornik silnik P = U I (1.11) moc doprowdzon do obwodu wzbudzeni silnik P = U I (1.12) moc odprowdzon z włu silnik użyteczn moc mechniczn silnik P = Ω (1.13) m T m Uwg: Moc znmionow SPS P n jest użyteczną mocą mechniczną mocą odprowdzoną z jego włu do npędznej mszyny roboczej. Moc wzbudzeni P stnowi (0,5 1,5)% mocy znmionowej P n silnik. Energi wzbudzeni SPS nie uleg przetworzeniu n energię mechniczną zmieni się n energię cieplną wydzielną w uzwojeniu (obwodzie) wzbudzeni. Dl SPS, zgodnie z przyjętymi złożenimi uprszczjącymi do budowy jego modelu obwodowego, zchodzą nstępujące równość przetwrznych mocy n drodze elektromechnicznej: wewnętrzn moc elektryczn P = E I = ( G I Ω ) I (1.14) e wewnętrzn moc mechniczn P = T Ω = ( G I I ) Ω (1.15) m e ztem zchodzi równość P = (1.16) e P m Stąd, SEM rotcji E możn interpretowć jk mirę mocy elektrycznej przetwrznej n moc mechniczną. Wrtości mocy w zleżnościch (1.14) i (1.15) możn wyznczyć nstępująco: 2 P = P P = P R I (1.17) e P m gdzie, = P P = P B Ω (1.18) m m m m 2 P strty w obwodzie twornik (uzwojeni obwodu twornik i zestyk ślizgowy), Pm mechniczne (trcie i wentylcj). Znmionowe strty mechniczne strty Pmn orz odwzorowujący je współczynnik trci lepkiego B m możn oszcowć nstępująco: (0,3...1)% P mn P n (1.19) 100 Pmn Bm [Nm s/rd] (1.20) 2 Ωn Sprwność SPS, zgodnie z przyjętym modelem, opisują zleżności: P2 Pm Pm Σ P η = 100 = 100 = 100 = 1 100 (1.21) P P + P P + Σ P P + Σ P 1 m m gdzie, P 1 moc pobrn przez silnik, P 2 moc oddn przez silnik, Σ Pm sumryczne strty w silniku.

Mszyny prądu stłego 7 1.2. Schemty połączeń uzwojeń silnik prądu stłego (obcowzbudnego) Obcowzbudny silnik prądu stłego m dw niezleżne obwody elektryczne, które zsilją dw oddzielne źródł npięci stłego: obwód twornik i obwód wzbudzeni (rys. 1.4). ) b) c) d) Rys. 1.4. Schemty połączeń uzwojeń obcowzbudnego silnik prądu stłego: ) ukłd podstwowy, b) silnik z uzwojeniem pomocniczym (komutcyjnym), b) silnik z uzwojeniem kompenscyjnym, d) uproszczony schemt połączeń silnik Podstwowymi uzwojenimi silnik są: uzwojenie twornik (Al, A2) i uzwojenie wzbudzeni (F1, F2). Przy czym, liter A ozncz uzwojenie twornik, liter F uzwojenie wzbudzeni, liczb 1 ozncz umowny początek uzwojeni, liczb 2 umowny koniec uzwojeni. W celu zpewnieni poprwnej komutcji stosuje się uzwojenie pomocnicze/komutcyjne (Bl, B2), w silnikch większej mocy do kompenscji oddziływni twornik uzwojenie kompenscyjne (Cl, C2). Przy czym, uzwojeni komutcyjne i kompenscyjne są łączone szeregowo z uzwojeniem twornik. 1.3. Chrkterystyk mgnesowni silnik prądu stłego (obcowzbudnego) Chrkterystyk mgnesowni silnik (rys. 1.6) określon jest unkcją: E 0 = E0( I ) (1.22) przy Ω = const orz I = 0 jej ksztłt odpowid krzywej mgnesowni B = B(H ) mteriłów erromgnetycznych użytych do budowy obwodu mgnetycznego silnik, z uwzględnieniem szczeliny roboczej (powietrznej) silnik. W oprciu o równnie (1.6) i wyznczoną pomirowo chrkterystykę mgnesowni SPS wyzncz się wrtości indukcyjności rotcji: E0 G 0 = (1.23) I Ω Znmionową wrtość indukcji rotcji możn wyznczyć n podstwie dnych ktlogowych SPS. Dl przykłdu wyznczymy jej wrtość dl obcowzbudnego SPS produkcji iy SIEMENS o nstępujących dnych ktlogowych: Wielkość U n n n P n J I n η n P n U n R L mechniczn V obr/min kw kgm 2 A % W V Ω mh 225L 440 2300 38,0 0,65 94,0 90,4 650 310 0,15 2,3 Wrtość znmionow SEM rotcji silnik, zgodnie z równniem (1.8), wynosi

8 M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michn E n = U n RI n = 440 0,15 94,0 425,7 V Wrtość znmionow prądu wzbudzeni, odpowidjąc wrtości znmionowej SEM E n, wynosi Pn 650 I n = = 2,096 A U 310 n Wrtość znmionow indukcyjności rotcji silnik, zgodnie z równniem (1.21), wynosi En 425,7 Gn = = 843,34 mh I Ω 2,096 240,86 n gdzie, wg wzoru (1.3), wrtość znmionowej prędkości kątowej silnik wynosi 2 π nn 2π 2600 Ωn = = 240,86 rd/s 60 60 1.4. Równni chrkterystyk elektromechnicznych i mechnicznych silnik prądu stłego (obcowzbudnego) Deiniuje się nstępujące chrkterystyki ruchowe SPS dl stnu ustlonego: chrkterystyk elektromechniczn Ω = Ω I ) (1.24) ( chrkterystyk mechniczn Ω = Ω T ) (1.25) ( e przy złożeniu określonych wrunków zsilni i obciążeni silnik. Chrkterystyki te określją zchownie silnik w stnch prcy ustlonej nzywne są chrkterystykmi sttycznymi silnik. Przeksztłcjąc odpowiednio równni (1.5) (1.9) uzyskujemy nstępujące zleżności odwzorowujące chrkterystyki ruchowe SPS: elektromechniczn U R Ω = I (1.26) ( G I ) ( G I ) mechniczn U R Ω = T 2 e (1.27) ( G I ) ( G I ) W oprciu o zleżności (1.26) i (1.27) deiniuje się nstępujące wielkości ruchowe SPS: prędkość kątow idelnego biegu jłowego U Ω 0i = (1.28) ( G I ) przy I 0 orz prąd rozruchowy U I r = (1.29) R moment rozruchowy U T er = ( G I ) (1.30) R przy Ω = 0 Celem ogrniczeni prądu rozruchowego obniż się npięci zsilni twornik w stosunku do npięci znmionowego (U < U n ) lub włącz się dodtkową (rozruchową) rezystncję R d, tk by prąd rozruchowy spełnił nierówność: I 2 (1.31) r I n gdzie, I n prąd znmionowy twornik. Ztem

Mszyny prądu stłego 9 wrtość npięci rozruchowego U 2R I (1.32) r n wrtość rezystncji rozruchowej U n R d 2 R (1.33) I n wrtość przybliżon rezystncji rozruchowej U n (1.34 Rd 2I n 1.5. Ksztłtownie chrkterystyk elektromechnicznych i mechnicznych silnik prądu stłego (obcowzbudnego) Z równń (l.26) i (l.27) wynikją nstępujące metody ksztłtowni chrkterystyk elektromechnicznych i mechnicznych silnik: ) sterownie przez zminę wrtości npięci U zsilni obwodu twornik; b) sterownie przez zminę wrtości prądu I (strumieni) wzbudzeni; c) sterownie przez zminę wrtości rezystncji dodtkowej R d w obwodzie twornik. Przykłdowe, idelizowne chrkterystyki obcowzbudnego SPS przedstwiono n rys. 1.5. ) d) b) 400 W [rd/s] Sterownie przez zminę wrtości npięci U przy I = const, R d = 0 e) 300 200 100 0 0 0.5K 1.0K 1.5K 2.0K 2.5K 3.0K I_W I(R) I [A] In i 0.75In W = W(I) Sterownie przez zminę wrtości prądu I przy U = const, R d = 0 c) ) Sterownie przez zminę wrtości rezystncji dodtkowej R d przy U = const, I = const Rys. 1.5. Przykłdowe chrkterystyki (idelizowne) obcowzbudnego silnik prądu stłego i metody ich ksztłtowni: ), b) orz c) elektromechniczne d), e) orz ) mechniczne Przedstwione n rys. 1.6 są chrkterystykmi idelizownymi, gdyż wyznczjącą je zleżność (l.26) i (l.27), które soułowno przy złożenich uprszczjących: pominięto nsyceni obwodu mgnetycznego orz zjwisko oddziływni twornik. Ich wykresy sporządzono z pomocą progu symulcji obwodów elektrycznych PSpice.

10 M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michn 2. BADANIA 2.1. Oględziny zewnętrzne Dokonujemy oględzin zewnętrznych bdnego zespołu mszyn prądu stłego i urządzeń, wchodzących w skłd ukłdu pomirowego i zsilni. Dokłdnie odczytujemy i notujemy w tb. 2.1 dne zwrte n tbliczkch znmionowych obu mszyn wchodzących w skłd bdnego zespołu. Tbel 2.1 Dne znmionowe mszyn prądu stłego bdnego zespołu Lp. Dne znmionowe silnik/prądnicy Jednostk Wrtość silnik/prądnic 1. Nzw i typ wyrobu - 2. Moc znmionow P n kw 3. Rodzj prcy - 4. Npięcie twornik U n V 5. Prąd twornik I n A 6. Prędkość obrotow n n obr/min Rodzj wzbudzeni - 7. Npięcie wzbudzeni U n V 8. Prąd wzbudzeni I n A 2.2. Pomiry rezystncji uzwojeń Przebieg pomiru rezystncji uzwojeń. Zsdy pomiru rezystncji uzwojeń. Pomiry wykonujemy metodą techniczną zrówno dl prądnicy jk i silnik. Dobiey odpowiednie zkresy mierników: mperomierzy - podstwą doboru są: prądy znmionowe w obwodzie twornik i wzbudzeni; woltomierzy - podstwą doboru są: spodziewne wrtości spdku npięci n rezystncji uzwojeniu twornik dl prądu znmionowego orz wrtość npięci znmionowego uzwojeni wzbudzeni. Pomir rezystncji uzwojeni wzbudzeni wykonujemy dl trzech wrtości prądu. Wyniki pomirów notujemy w tbeli 2.2. Pomir rezystncji uzwojeń obwodu twornik wykonujemy dl minimum 5 wrtości prądu, zmienijąc jego wrtość od 10% do minimum 50% I n (lub w odwrotnej kolejności). Uwg: Pomiry rezystncji uzwojeń obwodu twornik wykonujemy możliwie szybko, by zminimlizowć skutki ndmiernego ngrzni się (wyplni) zestyku szczotk komuttor. Wyniki pomirów notujemy w tb. 2.2b.

Mszyny prądu stłego 11 Tbel 2.2. Pomir rezystncji uzwojeń wzbudzeni Lp. Mszyn U I Obliczeni: R V A Ω 1 prądnic 2 3 Wrtość średni R = 1 silnik 2 3 Wrtość średni R = Tbel 2.2.b Pomir rezystncji uzwojeń twornik Lp. Mszyn U I Obliczeni: R V A Ω prądnic silnik 2.3. Chrkterystyk mgnesowni Chrkterystyk mgnesowni (rys. 2.1) przedstwi zleżność: SEM rotcji E 0 uzwojeni twornik od prądu wzbudzeni I przy stłej prędkości obrotowej (n = const) i nieobciążonym (otwrtym) obwodzie twornik (I = 0, U 0 = E 0 ). E 0 [V] E 0n Uśrednion chrkterystyk mgnesowni E 0sz 0 I n I [A] Rys. 2.1. Chrkterystyk mgnesowni silnik prądu stłego Schemt ukłdu do pomiru chrkterystyki mgnesowni obcowzbudnego silnik prądu stłego przedstwiono n rys. 2.2. Kżd z bdnych mszyn może pełnić zrówno rolę prądnicy jk i silnik, zleżnie od sposobu jej zsilni bądź obciążeni.

12 M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michn Rys. 2.2. Schemt ukłdu do pomiru chrkterystyki mgnesowni obcowzbudnego silnik prądu stłego Pomir chrkterystyki mgnesowni W trkcie pomirów, utrzymując stłą prędkość obrotową mszyny (n = const), zmienimy prąd wzbudzeni I mszyny npędznej i jednocześnie notujemy wrtość npięci U 0 n zciskch obwodu twornik (obwód twornik jest nieobciążony otwrty: I = 0, U 0 = E 0 ). Uwg: Nleży stopniowo zwiększć wrtość prąd wzbudzeni I mszyny bdnej, począwszy od wrtości 0 do wrtości I mx (nigdy nie nleży zmniejszć wrtości prądu wzbudzeni). Nstępnie wrtość prąd wzbudzeni I nleży stopniowo zmniejszć, począwszy od wrtości I mx do wrtości 0 (nigdy nie nleży zwiększć wrtości prądu wzbudzeni). Wyniki pomirów notujemy w tb. 2.3. Tbel 2.3 Pomir chrkterystyki mgnesowni obcowzbudnego silnik prądu stłego I [A] 0 U 0 / E 0 [V] I [A] 0 U 0 / E 0 [V] Uwg: Prąd wzbudzeni I mx odpowid wrtości przy której SEM E 0 osiąg wrtość 1,1U n. N podstwie chrkterystyki mgnesowni (wykreślonej n rys. 2.1) możn ocenić mteriły użyte do budowy mszyny (szerokość pętli histerezy), wrtości mgnetyzmu szczątkowego, orz stopień nsyceni obwodu mgnetycznego. Wyznczenie chrkterystyki indukcyjności rotcji G

Mszyny prądu stłego 13 Aby określić wrtość indukcyjności rotcji G korzystmy z pomierzonej chrkterystyki mgnesowni mszyny. W tym celu nleży dodtkowo wykreślić uśrednioną chrkterystykę mgnesowni E 0śr = E 0śr (I ) (ptrz rys.2.1). Wrtości indukcyjność rotcji wyznczmy ze wzoru: E0śr G 0 śr = (2.1) I Ω 2πn gdzie, prędkość kątow silnik (rd/s) wyznczmy z zleżności Ω = 60 Nleży sporządzić wykres chrkterystyki indukcyjność rotcji w unkcji prądu I orz wyznczyć jej wrtość G 0n przy znmionowym prądzie wzbudzeni I n. 2.4. Chrkterystyki mechniczne Chrkterystyk mechniczn nturln obcowzbudnego silnik prądu stłego przedstwi zleżność: prędkości kątowej Ω (obrotowej n) od mementu obrotowego T m n wle silnik: Ω = Ω ( T m ) lub n = n T ) przy npięciu zsilni twornik U = U n = const przy prądzie wzbudzeni I = I n = const przy brku rezystncji dodtkowej w obwodzie twornik. W4 ( m A I p A1 R r U p V G F1 F2 A2 + A I p - P AT 1F W3 Rys. 2.3. Schemt ukłdu do pomiru chrkterystyk mechnicznych obcowzbudnego silnik prądu stłego Z równni chrkterystyki mechnicznej silnik (l.19) wynikją nstępujące metody jej ksztłtowni: ) sterownie przez zminę wrtości npięci U zsilni obwodu twornik; b) sterownie przez zminę wrtości prądu I (strumieni Φ ) wzbudzeni; c) sterownie przez zminę wrtości rezystncji dodtkowej R d w obwodzie twornik. Przykłdy idelizownych chrkterystyk mechnicznych obcowzbudnego silnik prądu stłego podno n rys. 1.5.

14 M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michn Schemt ukłdu do pomiru chrkterystyk mechnicznych obcowzbudnego silnik prądu stłego podno n rys. 2.3. W pierwszym etpie przeprowdzmy rozruch silnik. Nstępnie, przy znmionowych wrtościch npięci zsilni obwodu twornik orz prądu wzbudzeni silnik, wzbudzmy prądnicę (mszyn prądu stłego do obciążni bdnego silnik) do osiągnięci znmionowej wrtości npięci twornik. Obciążeniem n wle bdnego silnik sterujemy poprzez zminę nstwy rezystor w obwodzie twornik R r prądnicy. Wyniki pomirów notujemy w tb. 2.4. Tbel 2.4 Pomir chrkterystyki mechnicznej obcowzbudnego silnik prądu stłego U I I n T m U p I p V A A obr/min Nm V A const U n const I n Uwg: Pomiry powtórzyć dl przypdku: U = 0.75 U n Tbel 2.4b Pomir chrkterystyki mechnicznej obcowzbudnego silnik prądu stłego U I I n T m U p I p V A A obr/min Nm V A const const 0.75 U n I n Uwg: Pomiry powtórzyć dl przypdku: I = 0.75 I n Tbel 2.4c Pomir chrkterystyki mechnicznej obcowzbudnego silnik prądu stłego U I I n T m U p I p V A A obr/min Nm V A const U n const I = 0.75I n Uwg: Pomiry powtórzyć przy włączeniu dodtkowej rezystncji w obwodzie twornik silnik: R d 0

Mszyny prądu stłego 15 Tbel 2.4d Pomir chrkterystyki mechnicznej obcowzbudnego silnik prądu stłego U I I n T m U p I p R d V A A obr/min Nm V A Ω const const const U n I n R d 0 Wielkości obliczone: W przypdku brku miernik momentu (momentomierz) możemy wyznczyć moc n wle silnik w sposób przybliżony: = T Ω PP (2.2) Pm m 1 2 p Wzór (2.2) jest słuszny przy nstępujących złożenich uprszczjących: sprwności silnik i prądnicy są jednkowe η s = η p moc oddn przez silnik P 2 równ się mocy mechnicznej P m pobrnej przez prądnicę P 1p : P2 = P m = P1 p (2.3) moc elektryczn oddn P 2p przez prądnicę P = 2 p U pi p (2.4) 3. ZADANIA 1. Wykreślić pomierzoną chrkterystykę cłkowitej rezystncji obwodu twornik R = I (I ) bdnego silnik. 2. Wykreślić chrkterystykę mgnesowni U 0 = E 0 = E 0 (I ) bdnego silnik 3. Wykreślić chrkterystyki indukcyjności rotcji G = G 0 0(I ) bdnego silnik. 4. Określić wrtość znmionowej indukcyjność rotcji G 0n bdnego silnik. 5. Uzsdnić ksztłt pomierzonych chrkterystyk (p.2 i p.3). 6. Wykreślić pomierzone chrkterystyki mechniczne bdnego silnik. 7. N pomierzonych chrkterystykch mechnicznych nnieść współrzędne odpowidjące znmionowemu momentowi i znmionowej prędkości obrotowej bdnego silnik. 8. Uzsdnić ksztłt pomierzonych chrkterystyk mechnicznych bdnego silnik. 9. Wykreślić idelizowne chrkterystyki mechniczne bdnego silnik. Nleży posłużyć się odpowiednimi zleżnościmi (np. rów. (1.27)). Uwg: Wrtości G orz R wyznczyć w oprciu o wyniki pomirów (obliczeń). 10. Porównć pomierzone chrkterystyki mechniczne i idelizowne chrkterystyki mechniczne bdnego silnik. Uzsdnić występujące różnice miedzy nimi. 11. Wyznczyć procentową zminę prędkości obrotowej przy znmionowym obciążeniu w stosunku do prędkości biegu jłowego bdnego silnik. 12. Obliczyć wg wzoru (1.26) i (1.27) wrtość prędkości obrotowej bdnego silnik w wrunkch znmionowego zsilni i obciążeni. Porównć wyznczoną wrtość z podną n tbliczce znmionowej bdnego silnik. Uwg: Wrtości G orz R wyznczyć w oprciu o wyniki pomirów i obliczeń (w oprciu o dne ktlogowe bdnego silnik). 13. Sporządzić bilns mocy i strt bdnego silnik dl prcy w wrunkch znmionowego zsilni i obciążeni. 14. Porównć sprwność i koszty (szcunkowe) prtury dl poszczególnych metod sterowni prędkości obrotowej bdnego silnik.

16 M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michn 4. PYTANIA KONTROLNE Pytni ze znjomości teorii z zkresu temtyki ćwiczeni 1. Opisć mszynę prądu stłego jko trójwrotowy przetwornik elektromechniczny. Przedstwić kierunki przepływu mocy przy prcy prądnicowej i silnikowej. Jk jest unkcj mocy dostrcznej do obwodu wzbudzeni? Czy t moc uleg przetworzeniu n moc mechniczną? 2. Nszkicowć uproszczony przekrój poprzeczny mszyny prądu stłego. Wymienić i nzwć podstwowe elementy mszyny prądu stłego i podć ich unkcje. 3. Nszkicowć elementrny model silnik prądu stłego (z dwom wycinkmi komuttor). Wyjśnić dziłnie (unkcję) komuttor i szczotek. 4. Jk jest unkcj komuttor i szczotek w mszynie prądu stłego? Wyjśnić n przykłdzie elementrnego silnik prądu stłego (z dwom wycinkmi komuttor). 5. Nszkicowć i omówić model izyczny SPS (rys. 1.3 w instr. do ćwiczeni MPS). Opisć zsdę dziłni silnik w ujęciu ciągu logicznego przyczyn - skutek. 6. Podć zleżności n podstwowe wielkości elektromechniczne SPS. Uzsdnić ich nlogię do wzoru n siłę Lorentz. 7. Nrysowć podstwowy model obwodowy obcowzbudnego silnik prądu stłego (rys. 1.3b w instr. do ćwiczeni MPS). Wyjśnić jkie zjwisk izyczne zchodzące w silniku odwzorowują poszczególne elementy modelu. 8. Podć równni opisujące model obwodowy obcowzbudnego silnik prądu stłego. Wyjśnić jkie zjwisk izyczne zchodzące w silniku odwzorowują poszczególne wielkości modelu. 9. Podć zleżność i wykreślić idelizowną chrkterystykę elektromechniczną i mechniczną obcowzbudnego silnik prądu stłego. 10. Podć metod ksztłtowni chrkterystyki elektromechnicznej i mechnicznej obcowzbudnego silnik prądu stłego. Do wyjśnieni tych metod posłużyć się odpowiednimi zleżnościmi. 11. Wymienić podstwowe wdy i zlety poszczególnych metod sterowni prędkości obrotowej (ksztłtowni chrkterystyki mechnicznej) silnik prądu stłego. Pytni z przygotowni prktycznego do ćwiczeni 1. Nrysowć symbol griczny obcowzbudnego silnik prądu stłego i podć oznczenie zcisków uzwojeń. 2. Podć sposoby połączeń uzwojeń dl podstwowych typów silnik prądu stłego. 3. Podć orientcyjne wrtości procentowe dl obcowzbudnej mszyn prądu stłego: spdku npięci n rezystncji uzwojeni wzbudzeni i twornik, prądu wzbudzeni (mgnesującego) mszyny bocznikowej, strt w żelzie, w uzwojenich i mechnicznych, tkże relcje między ich wrtościmi, sprwności. 4. Podć zsdy doboru zkresu mierników do pomiru rezystncji uzwojeń silnik prądu stłego. 5. Dlczego wrtość rezystncji obwodu twornik silnik prądu stłego nie jest stł? 6. Podć zsdy doboru zkresu mierników do pomiru chrkterystyk silnik prądu stłego. 7. Nrysowć ukłd pomiru chrkterystyki mgnesowni mszyny prądu stłego. Podć zsdy doboru zkresu mierników. 8. Podć metodę wyznczni wrtości indukcyjności rotcji w mszynie prądu stłego. 9. Nrysowć ukłd do pomiru chrkterystyki mechnicznej obcowzbudnego silnik prądu stłego. Podć zsdy doboru zkresu mierników. 10. Jk nleży ustwić wrtość prądu (dobrć opornik) w obwodzie wzbudzeni obcowzbudnego silnik prądu stłego przy rozruchu? 11. Jk nleży ustwić wrtość npięci zsilni obwodu twornik (ogrniczyć wrtość rozruchową prądu twornik) obcowzbudnego silnik prądu stłego przy rozruchu? 5. LITERATURA POMOCNICZA 1. Fitzgerld A.E, Kingsley Ch. (Jr.), Umns S. D.: Electric Mchinery. 6th ed. McGrw-Hill, New York, 2003. 2. Ltek W.: Zrys mszyn elektrycznych. WNT, W-w 1974. 3. Ltek W.: Teori Mszyn Elektrycznych. wyd. 2.WNT, Wrszw, 1987. 4. Ltek W.: Bdni mszyn elektrycznych w przemyśle. WNT, W-w 1979.

Mszyny prądu stłego 17 5. Mnitius Z.: Mszyny prądu stłego. Skrypt. Wyd. Pol. Gdńskiej, Gdńsk 1977. 6. Mnitius Z.: Mszyny Elektryczne. Cz.I. Skrypt. Wyd. Pol. Gdńskiej, Gdńsk 1977. 7. Mtulewicz W.: Mszyny elektryczne. Podstwy. Wydwnictwo PG 2005. 8. Plmitzer A.: Mszyny elektryczne. Wyd. 7. WNT, W-w 1992. 9. Prc zbiorow (red. Mnitius Z.): Lbortorium mszyn elektrycznych. Skrypt. Wyd.2. Wyd. Pol. Gdńskiej, Gdńsk 1990. 10. Rlski W., Ronkowski M., Zdni z mszyn elektrycznych, Cz. II: Mszyny syncroniczne i mszyny prądu stłego, skrypt, wyd. 4, Wyd. Politechniki Gdńskiej, 1994. 11. Ronkowski M., Michn M., Kostro G., Kutt F.: Mszyny elektryczne wokół ns: zstosownie, budow, modelownie, chrkterystyki, projektownie. (e-skrypt). Wyd. PG, Gdńsk, 2011. http://pbc.gd.pl/dlibr/docmetdt?id=16401&rom=&dirids=1&ver_id=&lp=2&qi= 12. Roszczyk S.: Teori mszyn elektrycznych. WNT, W-w 1979. 13. Stszewski P., Urbński W.: Zgdnieni obliczeniowe w eksplotcji mszyn elektrycznych. Oicyn Wyd. Politechniki Wrszwskiej, Wrszw, 2009. Wżniejsze Noy 1. PN-IEC 34-1:1997 Mszyny elektryczne wirujące. Ogólne wymgni i bdni. http://www.pkn.pl/ Wżniejsze dresy internetowe producentów/dystrybutorów 1 ABB Sp. z o.o.: http://www.bb.pl/productguide/ 2 Brnżowy Ośrodek Bdwczo-Rozwojowy Mszyn Elektrycznych KOMEL w Ktowicch http://www.komel.ktowice.pl/ 3 Siemens: http://www.siemens.com/nswers/pl/pl 4 Zkłd Mszyn Elektrycznych EMIT S.A. w Żychlinie http://www.cntonigroup.com/pl/motors/emit/