Ćiczni 1 Kszałoani charakrysyk silnika obcozbudngo prądu sałgo różnych sanach pracy 1.1. Program ćicznia 1. Wyznaczni charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika obcozbudngo sanach pracy silnikoj. 2. Wyznaczni charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika obcozbudngo sanach hamoania dynamiczngo. 3. Wyznaczni charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika obcozbudngo sanach hamoania przciłącznim. 4. Badani mod sroania silnikim obcozbudnym sanach pracy silnikoj i hamoania lkryczngo. 1.2. Wiadomości oryczn 1.2.1. Wproadzni Silnik obcozbudny prądu sałgo ma da nizalżn obody lkryczn, zasilan z oddzilnych źródł napięcia sałgo: obód ornika i obód zbudznia (rys. 1.1). Podsaoymi uzojniami silnika są: uzojni ornika (A1, A2) i uzojni zbudznia (F1, F2). W clu zapninia praidłoj komuacji moż być zasosoan uzojni komuacyjn (B1, B2), a silnikach iększj mocy do yliminoania płyu oddziałyania ornika uzojni kompnsacyjn (C1, C2). Uzojnia komuacyjn i kompnsacyjn są łączon szrgoo z uzojnim ornika.
6 Ćiczni 1 a) b) A1 c) A1 A2 F1 F2 A2 B1 B2 F1 F2 A1 A2 C1C2 F1 F2 d) A1 B1 B2 B2 C2 F1 F2 Rys. 1.1. Schmay obodó silnika obcozbudngo prądu sałgo: a) układ podsaoy, b) silnik z uzojnim komuacyjnym, c) silnik z uzojnim komuacyjnym i kompnsacyjnym, d) uproszczony schma obodó silnika 1.2.2. Rónania charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika obcozbudngo Do podsaoych charakrysyk silnika obcozbudngo nalżą: charakrysyka lkromchaniczna = f (I ), przdsaiająca zalżność prędkości kąoj silnika od prądu ornika I, charakrysyka mchaniczna = f ( ), przdsaiająca zalżność prędkości kąoj silnika od momnu lkromagnyczngo silnika. Charakrysyki okrślają zachoani silnika sanach pracy usalonj i nazyan są róniż charakrysykami saycznymi silnika.
Kszałoani charakrysyk silnika obcozbudngo prądu sałgo różnych sanach pracy 7 Schma zasępczy silnika obcozbudngo do analizy sanó pracy usalonj przdsaiono na rysunku 1.2. I R m U E s R R d I U Rys. 1.2. Schma zasępczy silnika obcozbudngo do analizy sanó pracy usalonj W sanach saycznych silnik obcozbudny prądu sałgo js opisany przz nasępujący układ rónań algbraicznych: rónani napięcio obodu ornika zalżność na siłę lkromooryczną ornika E s rónani na momn lkromagnyczny silnika U = (R + R d) I + E s, (1.1) E s = k, (1.2) = k I, (1.3) kórych: U napięci zasilania obodu ornika, I prąd ornika, R rzysancja ornika, R d rzysancja dodakoa obodzi ornika, srumiń zbudznia silnika, k sała konsrukcyjna silnika, prędkość kąoa silnika. Po podsainiu zalżności (1.2) do (1.1) orzymuj się nasępując ogóln rónani charakrysyki lkromchanicznj silnika obcozbudngo prądu sałgo U R Rd I I 0 ki I, (1.4) k k
8 Ćiczni 1 kórym: 0 I 0 U, k k I R Rd, (1.5) k 0 prędkość kąoa idalngo bigu jałogo silnika, k I spółczynnik nachylnia charakrysyki lkromchanicznj silnika. Po podsainiu do rónania (1.4) yrażnia okrślającgo prąd ornika I, ynikającgo z zalżności (1.3), orzymuj się nasępując ogóln rónani charakrysyki mchanicznj silnika obcozbudngo prądu sałgo U R Rd 0, 2 k (1.6) k k kórym: k spółczynnik nachylnia charakrysyki mchanicznj silnika k d. 2 k R R (1.7) Z zalżności (1.4) i (1.6) ynika, ż rónania charakrysyki lkromchanicznj i charakrysyki mchanicznj silnika obcozbudngo są pod zględm mamaycznym rónaniami prosych o ujmnych spółczynnikach nachylnia. W przypadku pracy silnika przy sałj arości sruminia zbudznia = cons ysępuj proporcjonalność między momnm lkromagnycznym i prądm ornika I. Przbigi charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika mogą być dy przdsaion na spólnym ykrsi przy odpoidnim doborz skali prądu i momnu na osi odcięych. Charakrysyka lkromchaniczna i mchaniczna silnika yznaczona przy znamionoj arości napięcia ornika U N, znamionoj arości sruminia zbudznia N (znamionoj arości prądu zbudznia I N) oraz przy normalnym układzi połączń obodó silnika (bz dołącznia dodakoych lmnó) js nazyana charakrysyką nauralną. Gdy ni js spłniony kórykolik z ych arunkó, óczas orzymyan charakrysyki są charakrysykami szucznymi silnika. Kszałoani charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika polga na cloym oddziałyaniu na arości napięć zasilających, paramry obodó silnika lub układy połączń ych obodó clu orzymania pożądango przbigu charakrysyk szucznych, a przz o pożądanych sanó pracy silnika. 1.2.3. Kszałoani charakrysyk silnika obcozbudngo sanach pracy silnikoj Z rónań (1.4) i (1.6) ynikają nasępując mody kszałoania charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika:
Kszałoani charakrysyk silnika obcozbudngo prądu sałgo różnych sanach pracy 9 a) przz zmianę arości rzysancji dodakoj R d obodzi ornika, b) przz zmianę arości napięcia U zasilającgo obód ornika, c) przz zmianę arości sruminia zbudznia. 1.2.3.1. Sroani przz zmianę arości rzysancji dodakoj obodzi ornika Schma połączń obodó silnika i rodzinę charakrysyk silnika obcozbudngo sroango przz zmianę arości rzysancji dodakoj R d = var obodzi ornika przdsaiono na rysunku 1.3. Podczas go sroania urzymyana js sała, znamionoa arość napięcia zasilania obodu ornika U = U N = cons i sała, znamionoa arość sruminia zbudznia = N = cons. a) I b) U U R d 3 N R ; d 2 R d1 N ; R d cons R cons N 0N R E s 1 2 U cons R I cons 3 R d U cons N I N I R R d 3 R d 2 R R R d 1 Rys. 1.3. Sroani silnikim obcozbudnym przz zmianę rzysancji obodu ornika: a) układ sroania, b) rodzina charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych Z rónań (1.4) i (1.6) ynika, ż ziększani arości rzysancji dodakoj R d obodzi ornika pooduj zros nachylnia charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika. Rodziny ych charakrysyk dla różnych arości rzysancji R d orzą zbiór prosych, przcinających oś prędkości kąoj ym samym punkci, yznaczającym arość prędkości kąoj idalngo bigu jałogo silnika 0N przy znamionoj arości napięcia ornika i sruminia zbudznia. Punky przcięć ych charakrysyk z osią odcięych yznaczają naomias odpoidnio arości sayczn prądó rozruchoych lub lkromagnycznych momnó rozruchoych przy prędkości kąoj = 0, czyli dla sanu bzpośrdnio po załączniu silnika. Ta moda kszałoania charakrysyk js sosoana podczas rzysoroj rgulacji prędkości kąoj oraz podczas rzysorogo rozruchu silnika.
10 Ćiczni 1 Z rónań (1.1) i (1.2) rozparyanych przy arości prędkości = 0 można yznaczyć całkoią rzysancję rozrusznika R r, ymaganą dla założonj arości maksymalngo prądu rozruchogo ornika I r max R d UN Rr R, (1.8) I r max gdzi I r max = (2 4)I N przyjęa maksymalna arość prądu rozruchogo silnika. Podczas rgulacji prędkości kąoj silnika przz zmianę rzysancji dodakoj R d obodzi ornika możli js nasaiani ylko prędkości kąoych mnijszych od prędkości idalngo bigu jałogo. Z ych zględó a moda rgulacji js nazyana rgulacją prędkości kąoj dół. Zakrs rgulacji prędkości kąoj silnika zalży od arości prądu ornika, przy kórym a rgulacja ysępuj, czyli od obciążnia silnika momnm mchanicznym. Do najażnijszych ad rzysoroj mody rgulacji prędkości nalżą: mnijsza szyność charakrysyk mchanicznych silnika oraz posaani dużych sra mocy, ydzilanych na rzysorz dodakoym R d. Po pominięciu sra jałoych silnika spraność układu napędogo js przybliżniu róna sosunkoi mocy lkromagnycznj P do mocy pobranj P 1 P EsI kn. (1.9) P U I k 1 N N 0N 0N Podczas sroania prędkością kąoą silnika przz zmianę rzysancji dodakoj obodzi ornika spraność napędu js przybliżniu róna prędkości zględnj silnika, czyli malj raz z zmnijszanim prędkości silnika. 1.2.3.2. Sroani przz zmianę napięcia zasilania obodu ornika Schma układu połączń oraz rodzinę charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika obcozbudngo sroango przz zmianę napięcia zasilania obodu ornika U = var przdsaiono na rysunku 1.4. Podczas go sroania urzymyana js znamionoa arość sruminia zbudznia = N = cons, a obód ornika ni zaira rzysancji dodakoj, czyli R d = 0. Z rónań (1.4) i (1.6) ynika, ż rodzina charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika dla różnych arości napięcia ornika U sanoi zbiór prosych rónolgłych, czyli o akim samym nachylniu. Poniaż dopuszczaln js ylko zmnijszani napięcia zasilania poniżj arości znamionoj napięcia ornika, przy j modzi sroania możli js ięc ylko zmnijszani prędkości kąoych silnika, czyli js o rgulacja prędkości dół. Z przbigu charakrysyk silnika ynika róniż, ż zasilani obodu ornika napięcim o przcinj bigunoości U < 0 zapnia zmianę kirunku prędkości kąoj silnika. Wskazuj o na możliość uzyskania zmiany kirunku obroó silnika przz zmianę bigunoości napięcia zasilania obodu ornika przy zachoaniu nizminiongo kirunku i arości sruminia zbudznia.
Kszałoani charakrysyk silnika obcozbudngo prądu sałgo różnych sanach pracy 11 a) U var I Es R E s cons R I b) cons N I N 02 01 0N 01 02 0 N ; Rd 0; U cons; U U U 2 1 N IN U N U 1 U 2 U N U 2 U 1 0 I U cons 0N U N Rys. 1.4. Sroani silnikim obcozbudnym przz zmianę napięcia zasilania obodu ornika: a) układ sroania, b) rodzina charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych Każdj arości napięcia ornika U odpoiada inna arość prędkości idalngo bigu jałogo silnika 0. Po pominięciu sra jałoych silnika spraność układu napędogo przy sroaniu prędkością przz zmianę napięcia ornika. (1.10) 0/ U U Przy sroaniu przz zmianę napięcia ornika prędkości kąo silnika dla dango napięcia zasilania są podczas pracy silnikoj zakrsi normalnych obciążń nico mnijsz od prędkości idalngo bigu jałogo dla go napięcia. Spraność napędu przy ym sposobi sroania prędkością js ięc duża i zbliżona do spraności znamionoj silnika. Do zal j mody sroania zalicza się: możliość uzyskiania płynnj zmiany prędkości dla obu kirunkó iroania, sał nachylni charakrysyk mchanicznych silnika oraz duża spraność układu rgulacji. 1.2.3.3. Sroani przz zmianę sruminia zbudznia silnika Schma układu połączń obodó silnika oraz rodzinę charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika do sroania przz zmianę sruminia zbudznia = var przdsaiono na rysunku 1.5. Podczas go sroania obód ornika js zasilany napięcim znamionoym (U = U N = cons) i ni zaira dodakoj rzysancji (R d = 0). Zmiana sruminia zbudznia silnika = var js uzyskiana przz zmianę prądu zbudznia silnika I = var. Po pominięciu zjaiska hisrzy zalżność sruminia zbudznia od prądu zbudznia (I ) js charakrysyką nilinioą o przbigu zgodnym z charakrysyką magnsoania obodu magnyczngo silnika. Dla ypoych ykonań silnikó obcozbudnych sosoan
12 Ćiczni 1 js yłączni zmnijszani prądu zbudznia poniżj arości znamionoj I N, czyli zmnijszani ( osłabiani ) sruminia zbudznia poniżj arości znamionoj N. Ziększani sruminia zbudznia poyżj arości znamionoj js niclo z poodu nasycnia obodu magnyczngo silnika. Wymagałoby o znaczngo ziększnia prądu zbudznia ponad arość znamionoą, co proadzi do nidopuszczalngo zrosu mpraury uzojnia zbudznia silnika. Rodzina charakrysyk lkromchanicznych silnika = f (I ) dla różnych arości sruminia zbudznia N orzy zbiór prosych o różnych nachylniach. Wszyski pros przcinają oś prądu jdnym punkci yznaczającym prąd zarcia ornika I z = U /R. Rodzina charakrysyk mchanicznych silnika = f ( ) dla różnych arości sruminia zbudznia N orzy róniż zbiór prosych o różnych nachylniach. Wszyski pros przcinają jdnak oś momnu różnych punkach, odpoiadających momnom zarcia silnika z dla poszczgólnych arości sruminia zbudznia. a) I b) 2 2 02 U U ; 2 N 1 R d N 0; cons; R var 1 01 U Es R var U I var c) N 2 1 0N N I N I z I 02 1 2 01 P m dop P N cons U U ; N R d 0; cons; N 1 0N 2 1 N N 2 1 N z 2 z 1 z Rys. 1.5. Sroani silnikim obcozbudnym przz zmianę sruminia zbudznia: a) układ sroania, b) rodzina charakrysyk lkromchanicznych, c) rodzina charakrysyk mchanicznych
Kszałoani charakrysyk silnika obcozbudngo prądu sałgo różnych sanach pracy 13 Rgulacja prędkości kąoj silnika przz osłabiani sruminia zbudznia pozala na uzyskiani prędkości kąoych o yższych arościach od orzymyanych podczas pracy silnika na charakrysyc nauralnj. Tn sposób sroania js nazyany dlago rgulacją prędkości górę. Warość dopuszczalngo osłabinia sruminia zbudznia silnika js ograniczona przz arunki ymagan dla popranj komuacji oraz dopuszczalną z zględó mchanicznych arość maksymalnj prędkości kąoj silnika. Podczas pracy usalonj przy zmnijszonj arości sruminia zbudznia prąd ornika ni moż przkraczać arości znamionoj. Przy ym sposobi sroania prędkością graniczn obciążni silnika mocą mchaniczną P m dop js ięc rón mocy znamionoj silnika P m dop = P N = cons, a zalżność dopuszczalngo momnu obciążnia silnika od prędkości kąoj ma charakr hiprboliczny (rys. 1.5c). Do isonych zal rgulacji prędkości kąoj silnika przz osłabiani sruminia zbudznia nalży możliość uzyskiania płynnj rgulacji prędkości oraz konomiczność układu sroania, gdyż sray mocy ysępując obodzi zbudznia sanoią małą część mocy znamionoj silnika. Spraność układu napędogo przy ym sposobi sroania js okrślana podobny sposób jak przy sroaniu napięcioym. 1.2.4. Kszałoani charakrysyk silnika obcozbudngo sanach hamoania lkryczngo Kszałoani charakrysyk mchanicznych silnika obcozbudngo podczas sanó hamoania lkryczngo ma na clu uzyskani możliości sroania arością momnu lkromagnyczngo silnika i przbigim procsu hamoania. Wyróżnia się nasępując podsao mody hamoania lkryczngo silnikim obcozbudnym prądu sałgo: a) hamoani odzysko (prądnico), b) hamoani dynamiczn (rzysoro), c) hamoani przciłącznim (przciprądo). 1.2.4.1. Hamoani odzysko San hamoania odzyskogo silnikim obcozbudnym ysępuj dy, gdy prędkość kąoa silnika js iększa od prędkości idalngo bigu jałogo silnika 0 dla danj arości sruminia zbudznia i napięcia zasilania obodu ornika. Podczas go sanu siła lkromooryczna ornika js iększa od napięcia zasilania E s > U, co pooduj, ż silnik pracuj jak prądnica obcozbudna. Prąd ornika js dy zracany do źródła zasilania, a momn lkromagnyczny silnika js skiroany przcini do kirunku prędkości silnika, czyli js momnm hamującym. Charakrysyki lkromchaniczn i mchaniczn silnika dla sanu hamoania odzyskogo są położon II lub IV kadranci (odpoidnio do bigunoości napięcia zasilania obodu ornika) i sanoią przdłużni charakrysyk dla sanu
14 Ćiczni 1 pracy silnikoj. imo ilu zal n sposób hamoania silnika ni zasz moż być sosoany. Warunkim konicznym uzyskania sanu hamoania odzyskogo js zapnini możliości zrou nrgii lkrycznj przz silnik do źródła zasilania, czyli przcingo niż podczas pracy silnikoj przpłyu prądu ornika. Warunk n moż być spłniony ylko dy, gdy obód ornika js zasilany z barii akumulaoró, gnraora prądu sałgo, prosonika sroango narongo oraz prosonika sroango ninarongo, z przłączanim obodu ornika lub zbudznia. 1.2.4.2. Hamoani dynamiczn Schma połączń obodó silnika obcozbudngo podczas hamoania dynamiczngo przdsaiono na rysunku 1.6a. Przłączni silnika z sanu pracy silnikoj do sanu hamoania dynamiczngo uzyskuj się przz odłączni obodu ornika od źródła zasilania i zarci go obodu przz rzysor hamoania R h o sałj lub nasaianj arości rzysancji. Obód zbudznia silnika podczas go hamoania js zasilany ak, jak podczas pracy silnikoj. W rakci hamoania do silnika js dosarczana nrgia mchaniczna układu napędogo, kóra js zaminiana na nrgię lkryczną, a nasępni yracana posaci sra mocy na rzysancji hamoania R h i rzysancji ornika R. Rónania charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika obcozbudngo dla sanu hamoania dynamiczngo mogą być yznaczon z ogólnych rónań charakrysyk silnika (1.4) i (1.6). W rónaniach ych nalży uzględnić, ż podczas go hamoania obód ornika js zary, czyli U = 0, a arość rzysancji dodakoj obodzi ornika js róna rzysancji hamoania R h. Orzymuj się dy nasępując rónania charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika obcozbudngo dla sanu hamoania dynamiczngo: R Rh I I ki I, (1.11) k R Rh. 2 k (1.12) k Rodzinę charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika dla sanu hamoania dynamiczngo przdsaiono na rysunku 1.6b. Charakrysyki orzą zbiór prosych położonych II i IV kadranci i przchodzących przz począk układu spółrzędnych. Charakrysyki hamoania kszałuj się przz zmianę arości rzysancji hamoania R h = var, przy sałj znamionoj arości sruminia zbudznia = N = cons. Charakrysyka dla bzpośrdnigo zarcia obodu ornika (R h = 0) js rónolgła do charakrysyki nauralnj silnika, przy ziększaniu arości rzysancji hamoania R h orzymuj się charakrysyki o coraz iększym pochylniu.
Kszałoani charakrysyk silnika obcozbudngo prądu sałgo różnych sanach pracy 15 a) I b) II R R h2 N 0N U U N I R R h Es R cons R I cons R R h1 U cons R U 0; h R cons; R N h2 N N I N I N ; R h1 I III IV Rys. 1.6. Schma połączń (a) i charakrysyki silnika obcozbudngo (b) podczas hamoania dynamiczngo Zalą j mody hamoania js prosoa układu i duża pność pracy. Do isonych ad nalży naomias zmnijszani się arości momnu hamującgo silnika podczas zmnijszania prędkości kąoj silnika oraz brak możliości uzyskania momnu hamującgo sani zarzymania silnika ( przy prędkości = 0). 1.2.4.3. Hamoani przciłącznim Schma połączń silnika obcozbudngo dla sanu hamoania przciłącznim przdsaiono na rysunku 1.7a. Przłączni z sanu pracy silnikoj do sanu hamoania przciłącznim uzyskuj się najczęścij przz odłączni obodu ornika od źródła napięcia sałgo i ponon załączni go obodu do źródła przy przcinj do poprzdnij bigunoości zasilania. W clu ogranicznia arości prądu ornika, do obodu ornika nalży łączyć rzysor hamoania R h o sałj lub nasaianj arości rzysancji. Podczas hamoania obód zbudznia silnika ni js przłączany i js zasilany aki sam sposób jak podczas pracy silnikoj. Jżli podczas sanu hamoania przciłącznim ornik silnika js zasilany napięcim o przcinj bigunoości z rónania napięciogo silnika (1.1), orzymuj się yrażni okrślając prąd ornika I U Es, (1.13) R R z kórgo ynika, ż zro prądu ornika js przciny do ysępującgo podczas pracy silnikoj, a momn lkromagnyczny silnika js momnm hamującym. Warość bzzględna prądu ornika js proporcjonalna do sumy napięcia zasilania obodu ornika U i siły lkromoorycznj E s. Z ych zględó clu ogranicz- h
16 Ćiczni 1 nia maksymalnj arości prądu ornika i momnu do obodu ornika nalży dołączyć odpoidnią rzysancję hamoania R h. Podczas hamoania przciłącznim do silnika js doproadzana nrgia z dóch sron: nrgia mchaniczna od układu napędogo i nrgia lkryczna z źródła napięcia sałgo zasilającgo obód ornika. Suma ych nrgii js yracana posaci sra mocy na rzysancji hamującj i rzysancji uzojnia ornika. Sray mocy od j nrgii są duż i dlago hamoani przciłącznim ni js konomiczn. a) I R R h cons b) II R R h1 R R h2 N 0N U U N R I U Es R U cons cons I U U ; h R cons; R h2 N ; R h1 N I N N I N R R h2 I R R h1 R III U U N N 0N Rys. 1.7. Schma (a) i charakrysyki silnika obcozbudngo (b) dla sanu hamoania przciłącznim IV Rónania charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika obcozbudngo dla sanu hamoania przciłącznim mogą być yznaczon z rónań ogólnych (1.4) i (1.6), po uzględniniu nich arunku, ż napięci zasilając obód ornika ma przciną bigunoość, a R d = R h. Orzymuj się dy nasępując rónania charakrysyk silnika obcozbudngo dla hamoania przciłącznim: U R Rh I I 0 ki I, (1.14) k k U R Rh 0. 2 k (1.15) k k Przbigi charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika, yznaczon dla bzzględnj arości napięcia ornika rónj znamionoj U = U N = cons oraz znamionoj arości sruminia zbudznia = N = cons i różnych arościach rzysancji hamoania R h = var przdsaiono na rysunku 1.7b. Charakrysyki hamoania są położon II kadranci i orzą zbiór prosych o różnych
Kszałoani charakrysyk silnika obcozbudngo prądu sałgo różnych sanach pracy 17 nachylniach, zalżnych od arości rzysancji hamoania R h. Są on przdłużnim charakrysyk dla sanu pracy silnikoj, okrślonych dla zasilania obodu ornika napięcim o przcinj bigunoości. W IV kadranci przdsaiono dodakoo charakrysyki silnika dla sanu hamoania przciłącznim, kór uzyskuj się bz przłączania bigunoości napięcia zasilania ornika óczas, gdy silnik js obciążony momnm o działaniu czynnym. Zalą j mody hamoania js prosoa oraz duża skuczność układu hamoania. Układ n zapnia możliość uzyskania momnu hamującgo przy szyskich arościach prędkości oraz sani zarzymania układu napędogo. Isoną adą j mody hamoania js koniczność odłącznia obodu ornika od źródła zasilania przd lub chili osiągnięcia przz silnik prędkości zroj clu uniknięcia nipożądango rozruchu silnika przcinym kirunku iroania. 1.3. Insrukcja 1.3.1. Opis sanoiska pomiarogo Schma układu pomiarogo do badań silnika obcozbudngo prądu sałgo sanach pracy silnikoj przdsaiono na rysunku 1.8, a do badań silnika sanach hamoania dynamiczngo i hamoania przciłącznim na rysunku 1.9. Część mchaniczna układu laboraoryjngo składa się z dóch połączonych z sobą mchaniczni maszyn obcozbudnych prądu sałgo: silnika badango i maszyny pomocniczj p. Do pomiaru prędkości obrooj silnika służy prądnica achomryczna PT z mirnikim prędkości obrooj n. W układzi moż być zasosoany przornik momnu P i mirnik momnu mchaniczngo Nm. W razi braku przornika momnu arości momnu silnika nalży yznaczać oblicznioo na podsai bilansu mocy. 1.3.2. Wyznaczani charakrysyk silnika obcozbudngo sanach pracy silnikoj 1.3.2.1. Uruchomini układu laboraoryjngo Badania ykonuj się układzi pomiaroym przdsaionym na rysunku 1.8. Silnik badany js dy obciążony maszyną p, pracującą jako obcozbudna prądnica prądu sałgo, kóra oddaj nrgię do rzysancji obciążnia R o. Uruchomini układu pomiarogo rozpoczyna się od załącznia obodu zbudznia i nasainia znamionoj arości I N prądu zbudznia silnika. Nasępni nalży załączyć obód ornika silnika i za pomocą auoransformaora AT1 dokonać
18 Ćiczni 1 rozruchu napięciogo silnika aż do uzyskania arości znamionoj napięcia ornika U N. Po zakończniu rozruchu załączyć obód zbudznia maszyny p i nasaić aką arość prądu zbudznia, aby napięci ornika ni przkraczało arości znamionoj j maszyny. Warość rzysancji obciążnia prądnicy R o poinna być sępni nasaiona na arość maksymalną. 3 ~ 380/ 220V ~ 220V ~ 220 V AT1 AT2 AT 3 ~ P1 P2 ~ P3 ~ U var U var U var W1 W2 W3 V U z U V I A F1 F2 A1 Nm P A1 p F1 A I p F2 U p V R d I A B2 PT B2 Ip A R o W4 n Rys. 1.8. Schma układu pomiarogo do yznaczania charakrysyk silnika obcozbudngo sanach pracy silnikoj 1.3.2.2. Wyznaczni charakrysyk nauralnych oraz znamionoych ilkości lkromagnycznych i mchanicznych silnika Clm badań js yznaczni nauralnj charakrysyki lkromchanicznj = f (I ) i mchanicznj = f ( ) silnika obcozbudngo. Podczas yznaczania ych charakrysyk nalży urzymyać znamionoą arość napięcia zasilania ornika U = U N, znamionoą arość prądu zbudznia I = I N, a arość rzysancji dodakoj obodzi ornika poinna być róna zru R d = 0. Pomiary ykonyać przz sopnio ziększani obciążnia silnika maszyną p aż do arości granicznj prądu ornika I 1,2I N.
Kszałoani charakrysyk silnika obcozbudngo prądu sałgo różnych sanach pracy 19 Przbig nauralnj charakrysyki lkromchanicznj silnika = f (I ) yznacza się bzpośrdnio na podsai ynikó pomiaró. W przypadku możliości pomiaru momnu mchaniczngo na al silnika nalży yznaczyć róniż przbig charakrysyki = f (). Przbig nauralnj charakrysyki mchanicznj = f ( ) yznacza się oblicznioo na podsai przlicznia podany poniżj sposób zmirzonych arości prądu ornika I na arości momnu lkromagnyczngo. omn lkromagnyczny silnika dla danj arości prądu ornika I i znamionoj arości sruminia zbudznia N oblicza się nasępująco k I c I. (1.16) N Znamionoa arość sałj momnu c moż być yznaczona pomiaroo lub obliczona z zalżności c EsN UN R IN kn, (1.17) N kórj N znamionoa prędkość kąoa silnika. Gdy rzczyisa arość rzysancji ornika R ni js znana, óczas przybliżoną arość j rzysancji można obliczyć z zoru kórym: N N UN R 0,51 N, (1.18) I PN N, (1.19) U I N znamionoa spraność silnika, P N moc znamionoa na al silnika, W. Znamionoy momn lkromagnyczny silnika N js momnm yarzanym przy znamionoj arości prądu ornika i sruminia zbudznia N N N k I c I (1.20) N N N. Znamionoy momn mchaniczny N na al silnika oblicza się z zalżności P N N. (1.21) N Na podsai yznaczonj pomiaroo nauralnj charakrysyki lkromchanicznj = f (I ) nalży yznaczyć usępliość zględną u j charakrysyki I 0I I N u 100%. (1.22) N
20 Ćiczni 1 Warość usępliości zględnj u nalży porónać z arością znamionoj usępliości zględnj u N charakrysyki nauralnj, okrślonj zalżnością u N 0N N 100%. (1.23) N Znamionoą prędkość kąoą idalngo bigu jałogo 0N oblicza się na podsai danych znamionoych silnika z zoru UN UN UN 0N N. (1.24) k c U R I N 1.3.2.3. Wyznaczni charakrysyk silnika do sroania przz zmianę rzysancji dodakoj obodzi ornika Clm badań js yznaczni rodziny szucznych charakrysyk lkromchanicznych = f (I ) i mchanicznych = f ( ) dla różnych arości rzysancji dodakoj R d = var dołączonj do obodu ornika silnika. Warość j rzysancji js nasaiana za pomocą rzysora R d przy oarym łączniku W4. Podczas pomiaró nalży urzymyać znamionoą arość napięcia zasilania obodu ornika U z = U N i znamionoą arość prądu zbudznia I = I N silnika. Pomiary do yznacznia przbigu charakrysyk lkromchanicznych = f(i ) dla różnych arości rzysancji R d = cons nalży ykonyać przz sopnio ziększani obciążnia silnika maszyną p aż do arości granicznj prądu ornika I 1,2I N. Warość rzysancji R d łączonj do obodu ornika można okrślić na podsai pomiaru napięcia U R na j rzysancji i prądu ornika I R U U N U N R Z d. (1.25) I I Na podsai pomiaró nalży na spólnym ykrsi przdsaić przbigi nauralnj i szucznych charakrysyk lkromchanicznych = f (I ) dla różnych arości rzysancji R d. Po przliczniu prądu ornika na momn lkromagnyczny dług rónań (1.16) i (1.17) yznaczyć róniż przbigi charakrysyk mchanicznych = f ( ). Dla każdj charakrysyki lkromchanicznj yznaczyć usępliość zględną charakrysyki u i porónać z arością usępliości znamionoj u N. Z ykrsó charakrysyk lkromchanicznych dla różnych arości R d = cons nalży graficzni okrślić arości uzyskianych prędkości kąoych silnika dla ybranych arości prądu ornika oraz odpoiadając im spraności układu napędogo. Spraność układu orzymuj się z zoru (1.9), kóry można zapisać posaci kin I. I (1.26) 0 0 N
Kszałoani charakrysyk silnika obcozbudngo prądu sałgo różnych sanach pracy 21 W spraozdaniu nalży yznaczyć arości prędkości kąoych i spraności układu odpoiadając pracy silnika na charakrysyc nauralnj i charakrysykach szucznych dla obciążń zględnych rónych odpoidnio: k = I /I N = / N = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0. 1.3.2.4. Wyznaczni charakrysyk silnika do sroania przz zmianę napięcia ornika Clm badań js yznaczni rodziny szucznych charakrysyk lkromchanicznych = f (I ) i charakrysyk mchanicznych silnika = f ( ) dla różnych arości napięcia obodu ornika U oraz charakrysyki sroania = f (U ). Podczas pomiaró nalży urzymyać znamionoą arość prądu zbudznia I = I N, a arość rzysancji dodakoj obodzi ornika poinna być róna zru R d = 0. Pomiary charakrysyk lkromchanicznych = f (I ) ykonać dla kilku nasaiń napięcia zasilania obodu ornika U = cons zaarych przdzial 0 U U N. Podczas yznaczania przbigu danj charakrysyki nalży sopnioo ziększać obciążni silnika przz maszynę pomocniczą p aż do arości granicznj prądu ornika I 1,2I N. Po przliczniu prądu ornika na momn lkromagnyczny nalży yznaczyć przbigi charakrysyk mchanicznych = f ( ). Dla yznaczonj pomiaroo rodziny charakrysyk lkromchanicznych = f (I ) obliczyć na podsai zoru (1.22) usępliość zględną u każdj charakrysyki i porónać z znamionoą usępliością zględną u N. Z ykrsó charakrysyk nalży dług zoru (1.10) yznaczyć graficzni spraności układu napędogo dla pracy na charakrysyc nauralnj i charakrysykach szucznych, przy obciążniach zględnych silnika rónych odpoidnio: k = I /I N = / N = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0. Pomiary charakrysyki sroania prędkością silnika przz zmianę napięcia ornika = f (U ), = N = cons ykonuj się dla sanu pracy jałoj silnika (maszyna p nizbudzona, a rzysor R o nasaiony na maksymalną arość). Podczas pomiaró nalży zmnijszać sopnioo napięci zasilania U od arości znamionoj aż do arości rónj zru. 1.3.2.5. Wyznaczni charakrysyk do sroania silnika przz zmianę arości sruminia zbudznia Clm badań js yznaczni rodziny charakrysyk lkromchanicznych silnika = f (I ) dla różnych arości sruminia zbudznia = var oraz charakrysyki sroania prędkością = f (I ). Podczas yznaczania ych charakrysyk nalży urzymyać sał napięci ornika, rón arości znamionoj U = U N, a rzysancja dodakoa R d obodzi ornika poinna być róna zru. Pomiary charakrysyk lkromchanicznych = f (I ) nalży ykonać dla kilku nasaiń arości prądu zbudznia silnika zaarych przdzial I min I I N. Podczas yznaczania przbigu danj charakrysyki nalży sopnioo ziększać obciążni silnika za pomocą maszyny pomocniczj p, aż do arości granicznj
22 Ćiczni 1 prądu ornika I 1,2I N. Dla yznaczonj rodziny charakrysyk lkromchanicznych = f(i ) obliczyć dług zoru (1.22) usępliość zględną u każdj charakrysyki i porónać z arością znamionoj usępliości zględnj u N. Pomiary charakrysyki sroania = f (I ) ykonuj się dla sanu bigu jałogo silnika przy zasilaniu obodu ornika napięcim znamionoym. Pomiary nalży ykonyać, zmnijszając sopnioo prąd zbudznia silnika od arości znamionoj I = I N aż do arości minimalnj I min, kórj odpoiada maksymalna, dopuszczalna dla dango ypu silnika arość prędkości kąoj max. Warość prędkości max js podaana przz producna silnika, a jśli ni js znana, można przyjąć orinacyjni, ż max 1,5 N. 1.3.3. Wyznaczni charakrysyk silnika obcozbudngo prądu sałgo dla sanó hamoania dynamiczngo 1.3.3.1.Uruchomini układu laboraoryjngo Pomiary charakrysyk silnika sanach hamoania dynamiczngo ykonuj się układzi pomiaroym przdsaionym na rysunku 1.9. L U cons ~ 220 V ~ 220 V 3 ~ 380 / 220 V 220 V L AT2 AT3 AT1 ~ P2 P3 ~ P1 ~ I II I II WP U var U var U var W2 W3 W1 V U z I A F1 F2 A1 Nm A1 F1 A I p F2 U V P p U p V R h I A B2 PT B2 I p A n Rys. 1.9. Schma układu pomiarogo do yznaczania charakrysyk silnika obcozbudngo sanach hamoania dynamiczngo i hamoania przciłącznim
Kszałoani charakrysyk silnika obcozbudngo prądu sałgo różnych sanach pracy 23 Podczas badań przłącznik WP poinin być usaiony położni II, odpoiadając zarciu obodu ornika silnika przz rzysor hamoania R h o nasaianj arości. Silnik js napędzany przz maszynę p, kóra pracuj jako obcozbudny silnik prądu sałgo. W clu uruchominia układu nalży załączyć obód zbudznia maszyny p i nasaić znamionoą arość prądu zbudznia I pn. Nasępni, za pomocą auoransformaora AT1, dokonać rozruchu napięciogo maszyny p aż do arości U p U pn, przy kórj prędkość układu napędogo będzi zbliżona do prędkości znamionoj N badango silnika lub jj róna. 1.3.3.2. Wyznaczni charakrysyk hamoania dynamiczngo do sroania przz zmianę rzysancji hamoania Clm badań js yznaczni rodziny charakrysyk lkromchanicznych = f (I ) i charakrysyk mchanicznych = f ( ) dla sanó hamoania dynamiczngo silnika przy różnych arościach rzysancji hamoania R h = var obodzi ornika. Podczas pomiaró ych charakrysyk nalży urzymyać sałą, róną znamionoj arość sruminia zbudznia N, czyli znamionoą arość prądu zbudznia silnika I = I N. Przbig charakrysyki lkromchanicznj = f (I ) dla sałj, nasaionj arości R h, yznacza się przz sopnio zmnijszani prędkości kąoj silnika aż do zra. Prędkość zmnijsza się przz obniżani auoransformaorm AT1 napięcia zasilającgo obód ornika maszyny p. Warość nasaionj rzysancji hamoania R h można yznaczyć z zoru R h = U /I na podsai pomiaru napięcia ornika U i prądu ornika I silnika. Pomiary nalży poórzyć dla innych nasaiń arości rzysancji hamoania R h oraz dla hamoania na charakrysyc nauralnj silnika ( przy R h = 0). Pomiary ych charakrysyk nalży rozpoczynać od nasainia akij prędkości począkoj silnika, przy kórj I 1,2I N. Charakrysyki mchaniczn = f ( ) dla hamoania dynamiczngo yznacza się na podsai przlicznia prądu ornika na momn lkromagnyczny za pomocą zalżności (1.16) (1.17). Na podsai pomiaró yznaczyć przbigi charakrysyk mocy lkrycznj yracanj układzi hamoania funkcji prędkości kąoj silnika P h() przy sałj arości rzysancji hamoania R h = cons h h 2 2 U I I R I R R, P P (1.27) h gdzi U, I napięci i prąd ornika silnika zmirzon przy prędkości kąoj podczas hamoania dynamiczngo.
24 Ćiczni 1 1.3.4. Wyznaczni charakrysyk silnika obcozbudngo prądu sałgo dla sanó hamoania przciłącznim 1.3.4.1. Uruchomini układu laboraoryjngo Pomiary charakrysyk silnika dla sanó hamoania przciłącznim ykonuj się układzi pomiaroym przdsaionym na rysunku 1.9. Podczas badań silnik js napędzany przz maszynę p, kóra pracuj jako obcozbudny silnik prądu sałgo. Przłącznik WP poinin być usaiony położni I, odpoiadając zasilaniu obodu ornika silnika podczas sanu hamoania przciłącznim napięcim o przcinj bigunoości. Dla ogranicznia prądu obodzi ornika silnika poinna być łączona dosaczni duża arość rzysancji hamoania R h. Warość j rzysancji moż być sępni dobrana z arunku R h 2U N /(1,2I N). W clu uruchominia układu pomiarogo nalży załączyć obód zbudznia maszyny p i nasaić znamionoą arość prądu zbudznia I pn. Nasępni dokonać rozruchu napięciogo maszyny p aż do arości U p U pn, przy kórj prędkość układu napędogo będzi zbliżona do prędkości znamionoj N badango silnika lub jj róna. 1.3.4.2. Wyznaczni charakrysyk hamoania przciłącznim do sroania przz zmianę rzysancji hamoania Clm badań js yznaczni rodziny charakrysyk lkromchanicznych = f (I ) i charakrysyk mchanicznych = f ( ) dla sanó hamoania przciłącznim silnika przy różnych arościach rzysancji hamoania R h = var obodzi ornika. Pomiary ych charakrysyk poinny być yznaczon przy sałj, rónj znamionoj arości sruminia zbudznia N (czyli sałj znamionoj arości prądu zbudznia I N) i sałj arości napięcia sici U z = cons. Po uruchominiu układu pomiarogo nalży załączyć obód zbudznia silnika i nasaić znamionoą arość prądu zbudznia silnika I N. Po przłączniu przłącznika WP położni I nasaić aką arość rzysancji hamoania R h, aby począkoa arość prądu ornika I 1,2I N. Pomiary charakrysyki lkromchanicznj = f (I ) dla danj arości rzysancji hamoania R h ykonuj się przz sopnio zmnijszani prędkości kąoj układu napędogo aż do zra. Warość nasaionj rzysancji hamoania R h obodzi ornika silnika można yznaczyć z zoru R h = (U z+u )/I na podsai pomiaru napięć U z, U oraz prądu I. Pomiary poórzyć dla innych nasaiń arości rzysancji R h. Charakrysyki mchaniczn = f ( ) dla hamoania przciłącznim nalży yznaczyć przz przliczni arości prądó ornika I na arości momnu lkromagnyczngo.
Kszałoani charakrysyk silnika obcozbudngo prądu sałgo różnych sanach pracy 25 Na podsai pomiaró yznaczyć przbigi charakrysyk mocy lkrycznj yracanj układzi hamoania funkcji prędkości kąoj silnika P h() przy sałj arości rzysancji hamoania R h = cons 2 2 U U I I R I R R, Ph Ph h (1.28) gdzi: U napięci sici prądu sałgo, U, I napięci i prąd ornika silnika zmirzon przy prędkości podczas hamoania przciłącznim. 1.4. Spraozdani Spraozdani z ćicznia poinno zairać: 1. Paramry badango układu pomiarogo. 2. Wykaz aparaury pomiaroj. 3. Schmay układó pomiaroych. 4. Tabl z ynikami pomiaró i ynikami obliczń. 5. Zsaini yznaczonych lub obliczonych znamionoych ilkości lkromagnycznych i sałych silnika (momn znamionoy N, znamionoy momn lkromagnyczny N, prędkość znamionoa N, prędkość idalngo bigu jałogo 0N, spraność znamionoa N, znamionoa sała momnu c, znamionoa zględna usępliość nauralnj charakrysyki lkromchanicznj u N). 6. Wykrsy charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych oraz charakrysyk sroania silnikim podczas sanó pracy silnikoj: a) = f (I ) i = f ( ) dla U = U N, = N, R d = var; b) = f (I ) i = f ( ) dla U = var, = N, R d = 0 oraz = f (U ) dla = N, R d = 0, 0; c) = f (I ) i = f ( ), dla U = U N, = var, R d = 0 oraz = f (I ) dla U = U N, R d = 0, 0; d) oblicznia usępliości zględnj u charakrysyk i spraności układu napędogo dla poszczgólnych mod sroania prędkością silnika. 7. Wykrsy charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych oraz charakrysyk sra mocy silnika podczas sanó hamoania dynamiczngo: a) = f (I ) i = f ( ) dla = N, R h = var; b) P h = f () dla = N, R h = var. 8. Wykrsy charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika oraz charakrysyk sra mocy podczas sanó hamoania przciłącznim: a) = f (I ) i = f ( ) dla U z = U N, = N, R h = var; b) P h = f () dla U z = U N, = N, R h = var.
26 Ćiczni 1 9. Porónani mod sroania silnikim obcozbudnym prądu sałgo sanach pracy silnikoj ( porónać usępliości charakrysyk i spraności układu napędogo dla poszczgólnych mod sroania). 10. Porónani mody hamoania dynamiczngo i przciłącznim silnikim obcozbudnym ( porónani przbigó charakrysyk hamoania, arości ymaganych rzysancji hamoania i sra mocy hamoania). 11. Własn sposrzżnia i nioski. 1.5. Zagadninia konroln 1. Podać dfinicję charakrysyki lkromchanicznj i mchanicznj silnika obcozbudngo oraz rónania okrślając przbigi ych charakrysyk. 2. Omóić mody kszałoania charakrysyk silnika obcozbudngo i ich zasosoani sanach pracy silnikoj. 3. Narysoać przbigi charakrysyk lkromchanicznych i mchanicznych silnika obcozbudngo dla różnych mod sroania prędkością. 4. Przdsaić mody hamoania lkryczngo silnikim obcozbudnym. 5. Przdsaić układ hamoania dynamiczngo silnikim obcozbudnym i omóić sposoby kszałoania przbigó charakrysyk dla j mody hamoania. 6. Przdsaić układ hamoania przciłącznim silnikim obcozbudnym i omóić sposoby kszałoania przbigó charakrysyk dla j mody hamoania. Liraura [1] Bilaski S., Toria napędu lkryczngo, WNT, Warszaa 1978. [2] Gogolski Z., Kuczski Z., Napęd lkryczny, WNT, Warszaa 1971. [3] Kędzior W., Podsay napędu lkryczngo, Wydanico Polichniki Wrocłaskij, Wrocła 1980. [4] Napęd lkryczny, praca zbioroa pod rdakcją Z. Grunalda, WNT, Warszaa 1987.