Laboratorium elektrotechniki i elektroniki [PDF]

Zitiervorschau

LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI Praca zbiorowa

pod redakcj Franciszka Przezdzieckiego

Warszawa 1976

PASTWOWE WYDAWNICTWO NAUKOWE

LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI Praca zbiorowa pod redakcj Franciszka Przezdzieckiego

Warszawa 1976

PASTWOWE WYDAWNICTWO NAUKOWE

Autorzy:

Henryk

Longin Kurski, Wodzimierz Pawlina, Franciszek Przezdziecki, Eugeniusz Zawalich Bitel,

Skrypt dla studentów wyszych szkól technicznych

Redaktor

—

Kazimierz Warchalowski

Redaktor techniczny

- Boena Syweki

Korektor techniczny

-

Amelia Gut

PASTWOWE WYDAWNICTWO NAUKOWE Wydanie

II.

Nakad

3500

+

70 x 100.

Druk ukoczono w

lipcu 1976

Id.

V, 70

Ark wyd. 24,25. Ark. druk. 22,125 Oddano do wznowienia w czerwcu 1976 r.

100 egz.

g,

Papier offset.

r.

Zam. nr 2180/76

-

Cena

z

36.-

WROCAWSKA DRUKARNIA NAUKOWA

SPIS

TRECI

Przedmowa

4-5

Regulamin

wicze

Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat Temat

obwodach prdu staego Pomiary obwodach prdu przemiennego Badanie prdnicy prdu staego

1.

2. 3.

Pomiary

6

w w

prdu

7 18 31

4.

Badanie silnika bocznikowego

5.

Badanie transformatora trójfazowego

45 58

6.

Badanie prdnicy synchronicznej

70

7.

Badanie silnika synchronicznego

81

8.

Badanie silnika asynchronicznego piercieniowego

90

9.

Regulacja

10.

staego

prdkoci obrotowej silników asynchronicznych Hamowanie silników asynchronicznych

.

.

106 119

12.

Rozruch silników asynchronicznych klatkowych Próba nagrzewania maszyny elektrycznej

13.

Badanie

14.

Badanie zabezpiecze maszyn elektrycznych

184

Ochrona od porae w urzdzeniach elektrycznych Badanie elementów elektronicznych

218

11.

15. 16. 17. 18. 19.

20. 21.

134 156

ukadu Leonarda

170

205

ukadów elektronicznych ukadu napdowego tyratronowego Badanie ukadu napdowego tyrystorowego Badanie

238

Badanie

251

265

Rozruch automatyczny silników elektrycznych Badanie napdu mechanizmu podnoszenia dwignicy sterownikowo-stycznikowym

Temat

22.

Temat Temat

23.

Temat

25.

24.

26.

273

w

ukadzie 284

ukadu nawrotnego ze sterowaniem stycznikowo-przekanikowym 397 Badanie ukadów automatycznego sterowania, blokady sygnalizacji 309 Badanie amplidyny stabilizacja prdkoci obrotowej w ukadzie Leonarda z amplidyn 318 Badanie wzmacniacza magnetycznego ukadu ze wzmacniaczem Badanie

i

i

i

magnetycznym

Temat

.

Badanie selsynów

328 i

pokaz ukadu

nadnego

343

PRZEDMOWA

Skrypt zawiera 26

wicze

wykadanego

laboratoryjnych z przedmiotu „Elektrotechnika

w

ramach studiów magisterskich dla kierunku „Mechanika”. Laboratorium elektrotechniki i elektroniki jest prowadzone wg programu tych studiów w cigu dwóch semestrów w liczbie 75 godzin. Ze skryptu mog równie korzysta studenci studium inynierskiego oraz innych wydziaów nieelektrycznych, na których na elektrotechnik przeznaczona jest mniejsza liczba godzin. Tematy wicze uporzdkowano w kolejnoci wykadu. Obejmuj one wiczenia z zakresu pomiarów elektrycznych, maszyn i napdów elektrycznych, urzdze elektrycznych, podstaw elektroniki przemysowej oraz elementów i ukadów elektrycznego sterowania i regulacji automatycznej. i

elektronika”,

Kady

czci

ogóln zawierajc podstawowe wiados w punkty, umoliwiajce wykonanie caoci lub czci tematu zalenie od wydziau i czasu przeznaczonego na wiczenia. Do kadego tematu podany jest wykaz literatury, która moe uatwi

moci

temat poprzedzony jest

teoretyczne. Badania laboratoryjne

ujte

studentowi pogbienie wiadomoci.

Podzia opracowania tematów przedstawia si nastpujco: mgr in. Longin Kurski tematy 9, 10, 21, 22, 23, doc. dr in. Henryk Bitel tematy 3, 4, 6, 7, 13, 24, prof.

doc. dr in. Franciszek Przezdziecki

tematy

1,

dr in. Wodzimierz Pawlina

tematy

5, 8,

dr in. Eugeniusz Zawalich

tematy

14, 20, 25.

Autorzy

wyraaj podzikowanie

za wiele cennych

uwag zawartych

w

2,

26,

11, 15, 16, 17, 18, 19,

12,

doc. dr hab. in.

Wadysawowi Wasilukowi

recenzji.

Autorzy

PRZEDMOWA DO WYDANIA DRUGIEGO

Drugie wydanie jest kopi fotograficzn wydania pierwszego. Z tego powodu pozostawiono w nim oznaczenia rodzajów pracy maszyn elektrycznych wedug dawniej obowizujcej normy PN-65/E-06000. Obecnie obowizuje norma PN-72/E-06000 która podaje oznaczenia rodzajów liczb pracy: ciga -SI, dorywcza -S2, przerywana - S3, przerywane z

du

cze

hamowaniem machanicznym - S4, - elektrycznym jaowymi - S6; wspóczynnik bezwadnoci - FJ. i

S5,

-

z

przerwami

Autorzy

I

REGULAMIN

WICZE

1.

Prawo wstpu na sal wicze maj wycznie studenci odrabiajcy wiczenia. Spónienie si powoduje niedopuszczenie do odrabiania wiczenia.

2.

Warunkiem dopuszczenia do odrabiania wicze jest przygotowanie teoretyczne przez przestudiowanie materiau zawartego w skrypcie. Stwierdzenie przez asystenta braku przygotowania moe spowodowa niedopuszczenie do odrabiania wiczenia lub wykonanie indywidualnego sprawozdania.

3.

w któiym protokóuje wyniki pomiarów. Tablice pomiarów naley przygotowa przed wiczeniem. Po zakoczeniu wiczenia naley przedstawi zeszyt asystentowi prowadzcemu wiczenie do podpisu. Przy oddawaniu sprawozdania naley przedstawi asystentowi przyjmujcemu sprawozdanie zeszyt celem sprawdzenia zgodnoci wyników.

4.

Kada grupa posiada zeszyt,

Wczenie prdu moe nastpi tylko po sprawdzeniu ukadu przez asystenta. Po ewentualnym ukadu asystent ponownie sprawdza prawidowo pocze. Rozczenie cze po zakoczeniu pomiarów moe nastpi wycznie po uzyskaniu pozwolenia pood przeksztaceniu

asystenta. 5.

6.

7.

O

uszkodzeniu przyrzdów lub maszyn natychmiast naley meldowa asystentowi. przypadku uszkodzenia z wasnej winy grupa ponosi koszty naprawy. Wzbronione jest opuszczanie sali w czasie wicze, palenie papierosów, prowadzenie zbyt gonych rozmów. Sprawozdanie wykonuje si jedno na grup i oddaje przed nastpnym wiczeniem. razie nieoddania sprawozdania grupowego w terminie asystent moe zarzdzi wykonanie sprawozda indywiduanych przez wszystkich czonków grupy. Nieoddanie tych

W

W

sprawozda

przed

8.

nastpnym

z kolei wiczeniem powoduje niedopuszczenie do dalszych wicze. Sprawozdanie naley wykona na papierze kratkowanym formatu A4 i zaopatrzy w

wypenion piecztk nagówkow. Powinno ono zawiera: a) dane znamionowe badanych maszyn urzdze,

dokadnie

i

b) schematy c)

10.

pocze,

wypenione tabelki pomiarów i oblicze, wykonane na nieprzeroczystym papierze milimetrowym, na wykresach naley zaznaczy (punktami, kókami lub krzyykami) punkty otrzymane w wyniku pomiarów; skale wykresów naley zaczyna od zera, omówienie (dyskusj) wykresów i wyników pomiarów.

d) wykresy

e)

Wszystkie kartki sprawozdania powinny

by w sposób trway spite lub sklejone. Sprawozdanie musi by ponownie oddane przed nastp-

wykonane wadliwie zostanie zwrócone do poprawy

nym wiczeniem. 9.

i

W razie niemonoci odrobienia wiczenia ze swoj grup student winien odrobi zalege wiczenie z

inn grup w póniejszym

terminie,

pod warunkiem,

e

liczba studentów odrabijcych odrobionego wiczenia student wykonuje indywidualne sprawozdanie niezalenie od sprawozdania wykonanego przez grup. Warunkiem zaliczenia laboratorium jest odrobienie wicze i oddanie wszystkich

wiczenie nie

moe

przekroczy 6 osób.

Z

sprawozda. na podstawie dwóch sprawdzianów ustnych: przejciowego po odrobieniu poowy wicze i kocowego po zakoczeniu wszystkich wicze. Niezaliczenie przez studenta poowy wicze powoduje wykonywanie sprawozda indywidualnych z nastpnych wicze tak dugo, pierwsza wicze zostanie zaliczona. Zaliczenie laboratorium nastpuje

a

cz

Temat

Tre 1.1.

1.2.

1.

POMIARY

W OBWODACH PRDU STAEGO

wiczenia

Wprowadzenie teoretyczne 1.1.1. Przyrzdy magnetoelektryczne 1.1.2. Pomiary oporu (rezystancji) metod techniczn 1.1.3. Pomiaiy oporu (rezystancji) metodami mostkowymi Pomiary laboratoryjne 1.2.1. Pomiary prdów i napi w rozgazionym obwodzie elektrycznym 1.2.2. Pomiar oporu (rezystancjo metod techniczn 1.2.3. Pomiary oporu (rezystancjo metodami mostkowymi Pytania kontrolne

1.3.

1.1.

Wprowadzenie teoretyczne

1.1.1.

Przyrzdy magnetoelektryczne

Do pomiarów natenia napicia prdu staego uywa si przyrzdów magneBudow przyrzdu magnetoelektrycznego pokazano schematycznie i

toelektrycznych.

W

szczelinie powietrznej magnesu trwaego znajduje si lekka ceweczka, doprowadza si prd przy pomocy sprynek spiralnych, które jednoczenie odgrywaj rol sprynek zwracajcych. Pod wpywem si dziaajcych na boki ceweczki znajdujcej si w polu magnesu przekrca si ona o kt, proporcjonalny do natenia prdu. Do ceweczki jest przymocowana wskazówka. Wychylenie wskazówki jest proporcjonalne do prdu I:

na

do

rys. 1.1.

której

a gdzie:

k

—

= &•/,

wspóczynnik proporcjonalnoci.

Przyrzdy magnetoelektryczne posiadaj wic skal równomiern. Kierunek pyncego prdu, przy czeniu naley wic zwraca uwag na oznaczenia zacisków. Przez ceweczk przyrzdu mog

wychylenia wskazówki zaley od kierunku

przepywa

niewielkie

prdy

napi,

(do kilkudziesiciu miliamperów), a z

mona

powodu jej maej

do niej przykada, jest równie niewielki. Dla zwikszenia zakresu pomiarowego przyrzdu (zwikszenia wartoci mierzonych prdów i napi) stosuje si opory wczane równolegle (boczniki) lub szere-

rezystancji zakres

gowo

(posobniki).

które

Rys.

1.1.

Budowa przyrzdu magnetoelektrycznego

1) Rozszerzanie zakresu pomiarowego amperomierzy za pomoc boczników. Boczniki dzieli si na wewntrzne (wbudowane w przyrzd) i zewntrzne

(przyczane do przyrzdu). Schemat przyczenia bocznika do amperomierza pokazano na rys. 1.2. Amperomierz mona traktowa jako miliwoltomierz mierzcy spadek napicia na oporze bocznika. Spadek napicia na boczniku przy prdzie

znamionowym wynosi zwykle 60 mV. Dla ukadu pokazanego na rysunku

1.2.

mona

napisa zaleno; ( 1 . 2)

gdzie:

Rp — Rb

Z

—

opór przyrzdu, opór bocznika.

równania tego

mona

okreli opór bocznika:

0

gdzie; n «=

— - wielokrotno

zwikszenia p ncego przez przyrzd.

prdu

mierzonego I

w

stosunku do

0 - zaciski napiciowe Rys. U2. Schemat przyczenia bocznika do amperomierza i

8

.

3)

prdu Ip py-

Rozszerzanie zakresu pomiarowego woltomierzy za pomoc posobników. Dla rozszerzenia zakresu wskaza woltomierza magnetoelektrycznego wcza si w szereg z przyrzdem wg rys. 1.3 opornik dodatkowy zwany po2)

sobnildem.

Rys.

1.3.

Schemat przyczenia oporu dodatkowego (posobnika) do woltomierza

Dla ukadu przedstawionego na rysunku

mona

up = IRp, U— Up — /• Rd gdzie:

Rp —

opór przyrzdu,

Rd

opór posobnika.

—

Z powyszych równa x* gdzie:

n

*=

—Up

okrela si

warto

(1.4) (1.5)

,

oporu dodatkowego:

= Rp(~

= X,

napisa zalenoci:

- Xp (n- 1),

1)

wielokrotno zwikszenia napicia mierzonego Up na przyrzdzie.

Uw

(1.6)

stosunku do spadku

napicia

klasy niedokadnoci przyrzdów. Uchybem bezwzgldnym pomiaru nazywa si rónic midzy wartoci otrzyman z pomiaru a wartoci rzeczywist mierzonej wielkoci: 3)

Uchyby

1

A gdzie:

W0 — W,

warto

— warto

otrzymana

w

= W-W„

(1.7)

wyniku pomiaru,

rzeczywista wielkoci mierzonej.

Uchybem wzgldnym pomiaru nazywa si stosunek uchybu bezwzgldnego do wartoci rzeczywistej wielkoci mierzonej:

A

W -W W 0

W

r

r

( 1 . 8)

r

Uchybem charakterystycznym {granicznym) miernika nazywa si stosunek najdo wartoci kocowej zakresu pomiarów wikszego uchybu bezwzgldnego na skali przyrzdu mtx :

W

d max

(1.9)

9

,

Warto tgo

uchybu wyraona w procentach okrela klas niedokadnoci przyrzdu. Klasy niedokadnoci okrelone przez Polskie Normy (PN/E-06501) nastpujce:

s

0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5.

Dla danej klasy uchyb graniczny wyraony w procentach musi by mniejszy lub co najwyej równy liczbie okrelajcej klas przyrzdu, kl. 0,1; 0,2 — przyrzdy wzorcowe, kl. 0,5 — przyrzdy laboratoryjne, kl. 1; 1,5 — przyrzdy do pomiarów przemysowych, kl. 2,5; 5 — przyrzdy orientacyjne (wskanikowe). Klas niedokadnoci przyrzdu sprawdza si przez porównanie jego wskaza ze wskazaniami przyrzdu wzorcowego, który musi by co najmniej o dwie klasy lepszy od przyrzdu badanego. Jako warto rzeczywist mierzonej wielkoci

W

T

przyjmuje si zwykle 4)

warto wskazan

przez przyrzd wzorcowy.

Oznaczenia na skalach przyrzdów. Dla uatwienia uytkownikowi co do waciwoci przyrzdów pomiarowych przepisy polskie przewiduj

orientacji

umieszczanie na skalach wzgldnie na obudowie mierników nastpujcych oznacze i symboli:

b)

nazwa lub znak wytwórni, numer fabryczny,

c)

rok wykonania,

a)

d) oznaczenie jednostki wielkoci mierzonej, np. A, V, e)

symbol znak:

f)

ustroju

pomiarowego

mierników

(dla

magnetoelektrycznych

0).

klasa niedokadnoci,

prdu

prd

—

g)

symbol rodzaju

h)

czstotliwo znamionowa lub znamionowy zakres czstotliwoci

rzdów na prd

(np.

stay

przemienny ~),

przemienny o czstotliwoci rónej

‘od

(dla przy-

50 Hz),

symbol ustawienia miernika:

i)

pionowe pooenie pracy -L , poziome pooenie pracy pochye (np. pod ktem 60°)

—

i

j)

oznaczenie napicia probierczego: (np. 2

kV

—

znak"^’),

k) normalna temperatura otoczenia, jeeli

si róni od 20°C, l) przekadnia przekadnika (w przypadku mierników na prd przemienny przeznaczonych do pracy z przekadnikami). Przykad oznacze:

0 oznacza: Przyrzd magnetoelektryczny na klasa

10

niedokadnoci

0,5, izolacja

1—1

°> s

i$r

prd stay, przeznaczony do pracy w pozycji poziomej przyrzdu sprawdzona napiciem probierczym 2 kV.

'

Pomiary oporu (rezystancjo metod techniczn

1.1.2.

techniczn nazywamy pomiar za pomoc amperomierza i woltomierza. Zalenie od wartoci mierzonego oporu stosuje si ukad z poprawnie mierzonym napiciem lub z poprawnie mierzonym prdem.

Pomiarem

1)

Ukad

rezystancji

z

poprawnie mierzonym napiciem. Schemat

przedstawiono na

Rys.

Rx —

1.4.

metod

rys.

ukadu

1.4.

Pomiar oporu

opór mierzony, R„

pocze

—

metod

techniczn.

opór woltomierza,

Dokadny wzór na opór R x

Ukad

Rr —

z poprawnie mierzonym napiciem

opór do

regulacji

prdu.

:

Rx =

u (1.

TT,

Pomijajc prd pobierany przez woltomierz (gdy I warto oporu Rx

>

/„)

10)

otrzymuje si przyblion

:

u_ ( 1 . 11 )

I

Porównujc wzory (1.10) i (1.11) widzimy, e warto przybliona Rx jest zawsze nie mniejsza od wartoci dokadnej R x Przy pomiarach technicznych z reguy si .

uwzgldnia prdu pobieranego przez woltomierz, stosujc wzór przybliony Powstaje wówczas uchyb wzgldny, okrelony zalenoci: „ = Vz Ulcos

Pj)

2 8)

( (p.

.

(2.9)

Gdy prd jest w fazie z napiciem, tylko opór rzeczywisty (rezystancj)

s jednakowe

i

co ma miejsce wówczas, gdy odbiornik posiada kt

= 1), wskazania obu watomierzy

wynosz:

—u

Pa = P = U /cos 30° = fi

Gdy V jest

# 0 wskazania obu watomierzy s niejednakowe. = 60° (cos = 0,5). Wówczas:

kt

0,P >0 l3

cos 9? 0,5

>

=

II

0,5

co s>

>

0

Pf>0

rys. 2.8a

wychyla si

jego zacisków napipobierana przez odbiornik

równa si wtedy rónicy wskaza obu watomierzy. Poniej podano zestawienie wskaza obu watomierzy

24

Szczególnym przypadkiem

,c

w

którym:

R — t

— Rp —

Rfc

rezystancja uzwojenia twomika, rezystancja uzwojenia biegunów komutacyjnych,

rezystancja przejcia

midzy

funkcj prdu twomika

Rys. 3.7. Schemat

pocze

i

szczotkami a komutatorem. Rezystancja ta jest

maleje ze wzrostem tego

do pomiaru

rezystancji

prdu.

R tc obwodu twomika

pocze

do pomiaru cakowitej rezystancji obwodu twornika Ric Naley wykona pomiary dla piciu wartoci prdu /, od 0 do prdu znamionowego /„. Aby wyeliminowa wpyw ustawienia szczotek na dziakach

Na

rys.

podano ukad

3.7.

.

komutatora dla kadego pomiaru odczytujemy napicie

Wyniki pomiarów zapisujemy

w

w

3

pooeniach Tablica

Lp.

A

V

V

V

3

Rtc

V

n

ir

;

podstawie wyników pomiarów wykrelamy zalenoci

3.2.2.

3.2

u

ui+ u2 + u3 Na

UiT

V3

U2

U,

1,

twornika.

tablicy 3.2.

Rlc

— /(/,).

Wyznaczenie charakterystyki biegu jaowego prdnicy prdu staego

Na rys. 3.8. przedstawiono ukad pocze do badania prdnicy obcowzbudnej. Badan prdnic napdzamy silnikiem bocznikowym prdu staego. Przy rozruchu silnika bocznikowego rozrusznik R w obwodzie twomika naley ustawi na najr

37

wiksz

rezystancj natomiast opornik R, w obwodzie wzbudzenia silnika na najmniejsz. Po wczeniu silnika do sieci zmniejszamy stopniowo rezystancj rozrusznika do zera. Nastpnie opornikiem R, w obwodzie wzbudzenia silnika ustalamy znamionow prdko obrotow prdnicy. Charakterystyk biegu jaowego

a

Rys.

prdnicy

3.8.

E=f(IJ

obcienia /== 0

i

Ukad pocze do

zdejmujemy przy otwartym wyczniku

n„

= const.

E—

W

2 tzn.

Zwikszamy prd wzbudzajcy od

przy prdzie

zera

do wartoci

4, w sposób cigy i z powrotem do zera. Przy prdzie 0 odczytujemy warto siy elektromotorycznej szcztkowej

najwikszej, przy której

1,1

wzbudzajcym = Wyniki pomiarów zapisujemy

4

badania prdnicy obcowzbudnej

w

E

Tablica

3.3

Na podstawie pomiarów krelimy charakterystyk biegu jaowego prdnicy = E =/(4) przy /=0in„ = const (rys. 3.9). Charakterystyka biegu jaowego ma dwie gazie - krzywa przy malejcym prdzie wzbudzajcym przebiega powyej krzywej przy wzrastajcym prdzie na skutek zjawiska histerezy magnetycznej. Charakterystyka biegu jaowego prdnicy

38

.

tablicy 3.3.

E =f(Im)

jest

w

krzyw magnesowania maszyny, gdy E = k&ti przy natomiast zaleno 0 —f(IJ jest krzyw magnesowania.

innej skali

n = const E=k 0 1

pocztkowo prostoliniowo na skutek Nastpnie w miar nasycania si stali krzywa

Charakterystyka biegu jaowego przebiega

maego

nasycenia ‘magnetycznego

Rys.

zagina si, jest

ju

tworzc

3.9.

stali.

Charakterystyka biegu jaowego prdnicy

tzw. „kolano”. Dalszy przebieg,

stal

obwodu magnetycznego

nasycona, jest równie prostoliniowy.

Sia elektromotoryczna szcztkowa na skutek magnetyzmu szcztkowego

3.2.3.

gdy

E — /(/m)

Esz przy Im = 0 jest indukowana w prdnicy i

wynosi (2-5%) E„.

Wyznaczenie charakterystyk zewntrznych prdnicy

Charakterystyka zewntrzna prdnicy zaciskach od

prdnicy

prdu obcieniowego

przy staej

i

U —f(J) jest

to

prdkoci obrotowej

n„

napicia U na obwodu wzbudzenia

zaleno

/ przy staej rezystancji

— const.

zewntrzna prdnicy obcowzbudnej. Przy biegu jaowym prdnicy (rys. 3.8) ustawiamy taki prd wzbudzajcy prdnicy, aby napicie byo równe znamionowemu. Nastpnie po zaczeniu wycznika 2 zmniejszamy rezystancj Robc i obciamy prdnic do wartoci znamionowej /„. Wyniki pomiarów a) Charakterystyka

W

zestawiamy

w

tablicy 3.4.

Tablica Lp.

-

Na

Im

A

n

U

/

obr/min

V

A

podstawie pomiarów wykrelamy charakterystyk

wzbudnej

3.4

zewntrzn prdnicy

obco-

(rys. 3.10).

39

Rys. 3.10. Charakterystyka

-

const;

AB -

zewntrzna prdnicy obcowzbudnej U = /(/) przy n si SEM prdnicy na skutek oddziaywania :

zmniejszenie

twornika!

napicia na rezystancji obwodu twornika

= const / BC - spadek

Napicie na zaciskach prdnicy maleje ze wzrostem obcienia, gdy ronie spadek napicia na rezystancji obwodu twornika oraz maleje strumie magnetyczny na skutek oddziaywania twornika, jak wynika to ze wzoru (3.2) U = E—J R Jeeli do rzdnych charakterystyki zewntrznej U =/(/) dodamy odcinki równe / R to tc otrzymamy charakterystyk wewntrzn E—f(J). '

'

b) Charakterystyka

pocze

zewntrzna prdnicy samowzbudnej bocznikowej. prdnicy samowzbudnej przedstawiono na rys. 3 11 .

Rys. 3.11.

Charakterystyk

w ustalamy w

wiadczalnie

taki

Ukad pocze prdnicy

Ukad

.

samowzbudnej bocznikowej

zewntrzn U=f(I) prdnicy bocznikowej wyznaczamy dosam sposób, jak prdnicy obcowzbudnej. Prd wzbudzajcy

taki sposób,

aby przy biegu jaowym prdnicy (1=0) napicie na zaciskach byo równe napiciu znamionowemu U„, a nastpnie obciamy prdnic me zmieniajc rezystancji R w obwodzie wzbudzenia prdnicy. p Wyniki pomiarów zapisujemy w tablicy 3.5. /,„

Na

podstawie pomiarów wykrelamy charakterystyk zewntrzn prdnicy bocznikowej (rys. 3.12).

40

Tablica Lp.

n

obr/min

a

const

const

A

Rys. 3.12. Charakterystyka zewntrzna prdnicy bocznikowej

AB —

si

U

/

V

A

Im

U = /(/jiprzy/z* =

SEM

3.5

const,

Rp =

const;

prdnicy na skutek oddziaywania twornika i zmniejszenia si prdu wzbudzajcego, BC — spadek napicia na rezystancji obwodu twornika

zmniejszenie

Ze wzrostem obcienia napicie na zaciskach prdnicy samowzbudnej U = E—I Rtc maleje szybciej ni w prdnicy obcowzbudnej, gdy prd wzbudzajcy Im nie jest stay, lecz maleje na skutek zmniejszania si siy elektromotorycznej E. Zmniejszenie prdu wbudzajcego Im powoduje zmniejszenie strumienia 0 biegunów gównych, co z kolei pociga za sob dalsze zmniejszenie SEM, gdy±E = k0n. Przy znacznym przecieniu prdnicy charakterystyka zewntrzna osiga punkt t

U — /(/). Dalsza cz charakterystyki odpowiada pracy niestatecznej prdnicy. Prd I2W jest mniejszy od znamionowego jest wywoany si elektromotoryczn szcztkow E sz Dodajc do charakterystyki zewntrznej U = /(/) odcinki równe spadkowi napicia na rezystancji obwodu twornika I R otrzymamy charakterystyk wewntrzn prdnicy E = /(7). Obliczy z charakterystyk zewntrznych prdnicy obcokrytyczny

i

nastpuje przegicie krzywej

i

.

t

wzbudnej

(rys.

znamionowym

3.10)

i

samowzbudnej

tc

3.12) spadki

(rys.

napicia przy obcieniu

ze wzoru:

AU% =

—AU V

- 100 %,

n

gdzie:

AU —

AB;

Un —

napicie znamionowe prdnicy.

Cakowity spadek napicia w prdnicy samowzbudnej w prdnicy obcowzbudnej.

jest

wikszy od spadku

napicia

41

3.2.4.

Zdjcie charakterystyki regulacyjnej

zaleno Im =f(l) przy U = const Ukad pocze podano na rys. 3.11. Przy biegu jaowym prdnicy 1=0 ustawiamy taki prd wzbudzajcy, aby napicie byo równe znamionowemu. Nastpnie obciamy prdnic zwikszamy prd wzbudzenia, aby utrzyma stale Charakterystyka regulacyjna prdnicy jest to

n

*

const.

i

napicie U„. Wyniki pomiarów zestawiamy

w

Wykrelamy

tablicy 3.6.

Tablica Lp.

n

U

~

obr/min

V

const

const

charakte-

3.6

/

Im

A

A

rystyk regulacyjn (rys. 3.13). Odcinek AB przedstawia przyrost prdu wzbudzajcego Im9 konieczny do skompensowania cakowitego spadku napicia w

prdnicy

obcieniu znamionowym.

przy

Rys. 3.13. Charakterystyka regulacyjna prdnicy I =/(/), przy n m

3.2.5.

« const,

*7

=

const

Wyznaczenie zalenoci siy elektromotorycznej od prdkoci obrotowej

pocze jak na rys. 3.8. Przy biegu jaowym zmieniamy prdko obrotow odczytujc SEM E na zaciskach twornika. Pomiary wykonujemy dla dwóch rónych wartoci prdu wzbudzajcego. Wzbudzenie obce. Ukad

a)

prdnicy

Na

1=0

podstawie pomiarów wykrelamy charakterystyki

(rys.

Przy staym prdzie wzbudzajcym Im

a

E=f(n)

przy /

= const

3.14).

= const, strumie magnetyczny

= const,

wic SEM prdnicy E = k&n = k t n — przebiega prostoliniowo. Dla wikszego prdu wzbudzajcego otrzymujemy wikszy kt nachylenia prostej

od

42

osi

odcitych.

Tablica Lp.

Ani

n

E

A«2

n

E

A

obr/min

V

A

obr/min

V

const

const

Rys. 3.14. Wykres zalenoci

b)

3.7

E = f(n)

prdnicy obcowzbudnej przy Im

—

const (7mlf Im z)\

7=0

Wzbudzenie wasne. Ukad pocze prdnicy przedstawioho na rys. 3.11. jaowym ustawiamy opornik Rp tak, aby przy prdkoci obrotowej zna-

Przy biegu

mionowej

prdnic

osign

napicie znamionowe prdnicy. Nastpnie unieruchamiamy pooenia opornika w obwodzie wzbudzenia prdnicy.

nie zmieniajc

Pomiary wykonujemy regulujc prdko obrotow od 0 do znamionowej i z powrotem do 0. Wyniki pomiarów zapisujemy w tablicy 3.8. Na podstawie pomiarów Tablica Lp.

-

n

[obr/min]

E

M

0

—

nn

3.8

0

wykrelamy E — f(n) prdnicy bocznikowej przy Rp = const (rys. 3.15). Ze wzrostem prdkoci obrotowej (rys. 3.15) ronie SEM prdnicy pocztkowo prostoliniowo i bardzo nieznacznie, gdy wywouje j niewielki strumie szcztkowy 0„ = const. Dla prdkoci obrotowej wikszej od krytycznej nkr nastpuje gwatowny wzrost SEM, gdy maszyna si wzbudza i jednoczenie rosn dwa parametry Im oraz n. Przebieg krzywej na tym odcinku jest zbliony do krzywej magnesowania. Dla wikszych prdkoci obrotowych przebieg krzywej E —f(n) jest znowu prostoliniowy,

gdy na skutek zjawiska nasycenia

magnetycznego strumie magnetyczny

0 = const. 43

£,

n Rys. 3.15.

Zaleno E = f

(fi)

prdnicy samowzbudnej przy /

oraz

Rp «=

const

prdkoci obrotowej krzywa

Przy zmniejszaniu

zjawiska histerezy magnetycznej. Prdnica

obwodu wzbudzenia

=0

nie

moe

przebiega powyej na skutek, samowzbudna przy okrelonej rezystancji

pracowa poniej prdkoci

krytycznej.

3.3. Pytania kontrolne j

1.

2. 3.

4. 5. 6. 7.

Opisa budow maszyny prdu staego. Poda zasad dziaania prdnicy bocznikowej prdu staego. Poda warunki wyjani zasad samowzbudzania prdnicy. Wytumaczy zjawisko oddziaywania twomika w maszynie prdu Poda przykady zastosowania prdnic prdu staego. i

staego.

Naszkicowa charakterystyk biegu jaowego prdnicy i objani jej przebieg. przebiegi charakterystyk zewntrznych prdnicy obcowzbudnej-

Narysowa

samowzbudnej

i przedyskutowa. Dlaczego charakterystyka zewntrzna prdnicy samowzbudnej przebiega poniej charakterystyki prdnicy obcowzbudnej? i

8.

9.

10.

Naszkicowa charakterystyk regulacyjn prdnicy i wyjani jej przebieg. Narysowa zaleno E = f(n) dla prdnicy samowzbudnej i objani jej

przebieg.

LITERATURA 1.

2.

PWN

Kenig E.: Elektrotechnika ogólna cz. II. Maszyny Elektryczne. 1966. Latek W.: Badanie maszyn elektrycznych prdu staego. Skrypt, 1953.

3.

Rybicki £.: Elektrotechika ogólna.

4.

Kurski

L., Bitel H., Przezdiecki F.

Skrypt wyd.

44

III.

PG

1965.

PWN i

in.

:

1966.

Laboratorium maszyn elektrycznych.

Temat

Tre

4.

BADANIE SILNIKA BOCZNIKOWEGO

PRDU STAEGO

wiczenia

Wprowadzenie teoretyczne

4.1.

prdu

4.1.1.

Budowa

4.1.2.

Oddziaywanie twomika Wasnoci ruchowe silnika bocznikowego prdu staego

4.1.3.

i

zasada dziaania silnika

staego

Badania laboratoryjne Pomiar rezystancji uzwojenia wzbudzenia i twomika 4.2.2. Pomiar momentu i mocy na wale silnika 4.2.3. Zdjcie charakterystyk mechanicznych oraz wyznaczenie sprawnoci metod bezporedni — /(/„,) 4.2.4. Wyznaczenie charakterystyki prdkoci obrotowej od prdu wzbudzajcego n

4.2.

4.2.1.

U=

przy 4.2.5.

const

Wyznaczenie zalenoci prdkoci obrotowej od napicia n

— f(U ) t

przy Im

=

const.

Pytania kontrolne.

4.3.

4.1.

4.1.1.

Wprowadzenie teoretyczne Budowa

i

zasada dziaania silnika

prda staego

Maszyna elektryczna jest odwracaln tzn. moe pracowa jako silnik lub jako prdnica, w zalenoci od tego czy dostarczy si jej energi elektryczn czy mechaniczn. Przy dostarczaniu energii elektrycznej maszyna bdzie pracowaa jako silnik czyli bdzie wytwarzaa moc mechaniczn na wale. Budow maszyny prdu staego omówiono w temacie 3 podajc jej s^zkic na rys. 3.1. Zasadniczymi wic czciami silnika prdu staego s: nieruchomy stojan oraz wirujcy twomik. zalenoci od zasilania uzwojenia wzbudzenia silniki prdu staego dzieli si

W

na bocznikowe, szeregowe

Na

rys. 4.1.

i

szeregowo-bocznikowe.

przedstawiono ideowy

(rys. 4.1)

zaczymy wycznik

twomika

i

popynie

prd

W tzn.

ukad pocze silnika bocznikowego. Jeeli przyoymy napicie dó zacisków uzwojenia

uzwojenia wzbudzenia to przez uzwojenie twornika /,

=

— R tc+ Rd

natomiast przez

uzwojenie

w

pierwszej chwili

wzbudzenia popynie

45

prd wzbudzajcy Im — —

,

który wytworzy strumie magnetyczny maszyny 0.

ftt

Wzajemne oddziaywanie prdu twomika I oraz strumienia t 0, wytworzy moment obrotowy, który wyraa si wzorem:

M — c$I

t

Rys. 4.1. Ideowy '

twomika,

CD -

ukad

.

(4.!)

pocze

silnika bocznikowego prdu staego: A i £ — zaciski uzwojenia bocznikowego uzwojenia wzbudzenia, GH - uzwojenie biegunów komutacyjnych, Rj - dodatkowa rezystancja w obwodzie twomika

zaciski

W

Pod dziaaniem tego momentu wirnik zacznie si obraca. uzwojeniu twomika wirujcym z prdkoci n w staym polu magnetycznym 0 indukuje si sia elektromotoryczna:

E = k&n, która jest mniejsza od

(4.2)

U

przyoonego napicia

obwodu twomika:

o spadki napicia na oporach

E=U-(R +Rd)I'.

(4 3)

lc

.

Std prd twomika:

U-E '

(4.4)

R,c+Rd

W

silniku bocznikowym prd pobierany z twomika It i prd wzbudzenia I m

sieci (rys. 4.1)

rozgazia si na

prd

:

I=It+Im Prd wzbudzajcy 46

stanowi

1

•

-h5% prdu twomika.

(4.5)

n 4.1.2.

Oddziaywanie twomika

Oddziaywanie twomika przy pracy prdnicowej maszyny patrzono

w

temacie 3

w

punkcie

prdu

staego roz-

Przy pracy silnikowej maszyny zjawisko

3.1.3.

oddziaywania twomika równie wystpuje, gdy przez uzwojenie twomika pynie prd 7r który wytwarza swoje wasne pole oddziaywajce na pole biegunów gów,

nych. Przy pracy silnikowej

prd jest

pobierany z

sieci

i

ma

kierunek przeciwny

ni

prd oddawany przez prdnic, przy tym samym kierunku wirowania maszyny, wic pole twomika (temat 3, rys. 3.4b) ma kierunek przeciwny do pola twomika przy zwizku z tym nastpuje zagszczenie linii si na lewej poówce pracy prdnicowej. nabiegunnika (rys. 3.4c), a rozrzedzenie na prawej odwrotnie ni przy pracy prdnicowej maszyny. Dlatego strefa obojtna przy pracy silnikowej przesuwa si przeciwnie do kierunku wirowania maszyny. Wobec? tego gdyby nie byo biegunów komutacyjnych musielibymy przesuwa szczotki przeciwnie do kierunku wirowania, aby uzyska dobr komutacj (bez iskrzenia) — odwrotnie ni przy pracy prdnicowej maszyny. Drugim niepodanym skutkiem oddziaywania twornika jest zmniejszenie strumienia magnetycznego biegunów gównych, które wystpuje na skutek zjawiska

W

nasycenia

W

obwodu magnetycznego.

celu uzyskania dobrej komutacji

prdu w

cewce zwartej przez szczotk

w

(komutacj nazywamy zmian kierunku strefie obojtnej) stosuje si w maszynie

w geometrycznej strefie obojtnej. Uzwojesi szeregowo z twomikiem — wytwarzaj one wic strumie proporcjonalny d d prdu twomikowego. Strumie biegunów komubieguny komutacyjne, które umieszcza si nie

biegunów komutacyjnych

czy

znosz maszyny. obcienia pole twornika w geometrycznej strefie maszynach duej mocy stosuje si oprócz biegunów komutacyjnych dodatkowo tacyjnych przeciwdziaa strumieniowi twornika, a

wic

bieguny komutacyjne

obojtnej niezalenie od

W

w obkach nabiegunników. Uzwojenie poczone jest szeregowo z twomikiem zapewnia zniesienie oddziaywania twomika na caym obwodzie maszyny. uzwojenie kompensacyjne, umieszczone

kompensacyjne

4.1.3.

i

Wasnoci ruchowe

silnika

bocznikowego

prdu staego

bocznikowego prdu staego. twomik jest nieruchomy ( = 0) std sia elektromotoryczna (przeciwelektromotoryczna) wyraona wzorem (4.2) jest równa zeru. Prd twomika wyraony wzorem (4.4) jest ograniczony do dopuszczalnej wartoci tylko dziki wczeniu dodatkowej rezystancji Rd (gdy rezys1)

Rozruch

i

obcienie

silnika

W pierwszej chwili wczenia silnika do

tancja

R

tc

ma mae

sieci

wartoci). Ze wzrostem

prdkoci obrotowej przy rozruchu

ronie SEM E skierowana przeciwnie do napicia, mona wic stopniowo do zera. zmniejsza rezystancj rozrusznika jest duy moment pocztkowy a wic przy wymagany Podczas rozruchu silnika dopuszczalnym prdzie twornika, jak wynika ze wzoru (4.1), strumie magnetyczny

a

47

:

du

mie warto. Dlatego rozruch silnika odbywa si przy zwartym oporniku obwodzie wzbudzenia (rys. 4.4). Po dokonaniu rozruchu przy normalnej pracy silnika (Rd = 0) prd twomika wynosi musi

w

1,=

U=

Poniewa

SEM

(4.6)

~~r7

R =

const, wic prd twornika zaley wycznie od lc przyoonemu napiciu U. Moment na wale silnit-n mniejszy od momentu elektromagnetycznego (wzór 4.1)

const oraz

E, przeciwdziaajcej

M

(uyteczny)

o

U-E

moment

K

jest

.

.

M

strat:

M

AlsiT

(4.7)

Przy pracy ustalonej silnika spenione jest równanie:

Mw = M

op ,

gdzie:

M

op

—

moment oporowy maszyny

Z równania (4.8)

wynika,

(4.8)

roboczej.

e przy wzrocie momentu oporowego Mop wzronie rów-

nie moment elektromagnetyczny prd I Poniewa prd l, zaley od

M = c0I„

a przy

0=

cons

musi

wzrosn

SEM E = k0n wic E powinna si zmniejszy. Std wniosek taki, e SEM E, przeciwdziaajca napiciu U = const, samoczynnie reguluje dopyw prdu I do silnika w zalenoci od momentu oporowego Mop mechanizmu napdzanego. Zmniejszenie si SEM przy wzrocie obcienia nastpi t

.

t

0=

przy 2) (4.1),

const wskutek zmniejszenia si

silnika.

Charakterystyki mechaniczne silnika bocznikowego. Ze wzorów (4.2) i (4.3) mona otrzyma równanie charakterystyki mechanicznej silnika

bocznikowego n n

= f(M):

= -iL = U~ ftiRic+Rd) _ U k0

Charakterystyk mechaniczn

k0

którym:

na

— prdko

M(R +Rd)

k0

mona n

w

prdkoci obrotowej n

lc

ck0 2

(4.9)

równie wyrazi wzorem:

= n0 — An,

(4.10)

idealnego biegu jaowego.

spadek prdkoci obrotowej.

kc0*

Regulacja prdkoci obrotowej silnika bocznikowego. Z równania wynikaj trzy moliwoci regulacji prdkoci obrotowej silnika bocznikowego

3) (4.9)

:

a) przez

zmian napicia na

zaciskach

b) przez zmniejszenie strumienia

48

twomika U,

magnetycznego 0,

M c) przez

Na

rys.

zmian rezystancji w obwodzie twomika Rd

Un = const, 0n = ma may

const

i

Rd =

0).

An

ze

spadek prdkoci

wynosi ok.

10%

przy

Charakterystyka naturalna jest

obcieniu znamionowym. Charakterystyki

e

prostoliniowo (wzór 4.9) przy zaoeniu,

tzn.

przy pominiciu zjawiska oddziaywania twomika.

—

prdu

charakterystyki sztuczne

Przy zmniejszeniu napicia zmaleje

miast spadek

sztywn

(przy tzn.

prdkoci obrotowej An

nie

silnika przebie-

strumie magnetyczny

Rys. 4.2. Charakterystyki mechaniczne silnika bocznikowego naturalna, 2, 5, 4

(1)

wzrostem obcienia np. spadek prdkoci

gaj

a)

.

przedstawiono charakterystyk mechaniczn naturaln

4.2.

staego: 1

Un ,0 1

prdko idealnego zaley od napicia,

—




ha). Jeeli silnik pracuje na charakterystyce sztucznej przy osabionym strumieniu magnetycznym i chcemy zmniejszy prdobrotow przez zwikszenie strumienia do wartoci n , to jak wynika ze wzoru

(rys. 4.2)

ko

0

prd zmieni

popynie do sieci, gdy SEM E bdzie przejciowo wiksza od napicia U. Dalsze hamowanie odzyskowe jest moliwe (4.6)

swój kierunek na przeciwny

i

prdkoci obrotowej przez zmniejszanie napicia zasilajcego U, a wic prdkoci na np. przy zasilaniu maszyny ze róda o regulowanym napiciu. Energia

przy regulacji i

hamowania wraca do sieci zmniejszona o straty w maszynie. b) Hamowanie dynamiczne. celu uzyskania hamowania dynamicznego odcza si obwód twornika od sieci (C/ = 0) przecza si na dodatkow rezystancj. Przez podstawienie do wzoru charakterystyki mechanicznej (4.9) U = 0 uzyska si charakterystyki przy hamowaniu dynamicznym. Przebiegaj one prostoliniowo przez pocztek ukadu wspórzdnych w II IV wiartce wykresu. Energia kinetyczna mas wirujcych ukadu hamowanego przeksztaca si na energi elektryczn w maszynie i zamienia si na ciepln w oporniku zgodnie z prawem Joule’a. Moment hamujcy jest proporcjonalny do strumienia magnetycznego prdu twornika.

W

i

i

i

c)

Hamowanie przeciwprdowe. Hamowanie przeciwprdowe maszyny

uzyskuje si przez zmian biegunowoci napicia

przyoonego do zacisków twornika. momentów do wartoci dopuszczalnych wcza si do obwodu twornika. Strumie magnetyczny maszyny

W celu ograniczenia prdów due

wartoci rezystancji

i

utrzymuje si stay. Charakterystyki mechaniczne przebiegaj przedueniem charakterystyk pracy silnikowej z III wiartki. maleje z

II

wiartce

i

s

Moment hamujcy prdkoci obrotow. Intensywno hamowania mona zwikszy przez

zmniejszenie rezystancji dodatkowej.

50

w

Zmiana kierunku wirowania

5)

wania albo

mona

silnika

w

silnika bocznikowego. Kierunek wiro-

zmieni przez zmian kierunku prdu

w

uzwojeniu wzbudzenia. Jednoczesna zmiana kierunku

wzbudzenia

i

uzwojeniach

Gdy silnik zmian kierunku

twornika nie spowoduje zmiany kierunku wirowania.

pracuje zmiana kierunku jego wirowania jest

prdu w

uzwojeniu twornika

prdu w

uzwojeniu twornika. Przerwa

rozbieganiem si

w

moliwa

tylko przez

obwodzie wzbudzenia podczas pracy grozi

silnika.

Zastosowanie silników bocznikowych. Silniki bocznikowe nadaj si do napdu maszyn roboczych majcych niezbyt cikie warunki rozruchowe. Stosowane s one w napdach regulowanych wymagajcych sztywnej (bocznikowej) charakterystyki mechanicznej np. do napdu obrabiarek, dwigów, walcarek itp. Pynn regulacj prdkoci obrotowej silnika bocznikowego w szerokim zakresie 6)

w

uzyskuje si

ukadzie Leonarda (temat

13).

4.2. Badania laboratoryjne

Przed przystpieniem do czenia schematu, naley

dokona ogldzin maszyn

—

zapozna si z ich budow i danymi znamionowymi. Nie wolno przekracza prdkoci obrotowej znamionowej wicej ni o 20%, take nie wolno przekracza prdu znamionowego maszyny. Naley zapozna si z typem przyrzdów pomiarowych, ich zakresem oraz dobra je odpowiednio do mierzonych wartoci.

Pomiar

4.2.1.

rezystancji uzwojenia wzbudzenia

i

twornika

Pomiary rezystancji uzwojenia wzbudzenia twornika wykonujemy metod techniczn. temacie 3 w p. 3.2.1 podano ukady pocze, tablice i wzory potrzebne i

W

dla wyznaczenia tych rezystancji.

4.2.2.

Pomiar momentu

mocy na wale

i

silnika

Przy zdejmowaniu charakterystyk mechanicznych silnika naley go

Produkuje si szereg hydrauliczne,

z

urzdze do obciania

indukcyjne

(wiroprdowe),

silnika np.

:

obciy.

hamulce mechaniczne,

elektrodynamiczne jak

np.

prdnice

wahliwym stojanem.

W

wiczeniu do obciania silnika pomiaru momentu zastosowano prdnic wahliwym stojanem (rys. 4.3). Prdnica z wahliwym stojanem ma zawieszony na oyskach stojan, do którego przymocowane s dwignie z szalkami na odwaniki. Prdnica ta oddaje energi na opornik. Przez zmniejszenie rezystancji w obwodzie twornika wzbudzonej prdnicy zwikszamy obcienie na wale silnika. i

z

51

L

Rys, 4.3. Prdnica z wahliwym stojanem do obciania badanego silnika momentu na wale

Znajc

dugo

ramienia

Im

= 0,716

(/

m)

i

i

bezporedniego pomiaru

si G N mona znale moment

obcienia:

Mw = G/Nm. Mierzc

prdko obrotow silnika n obr/min

na wale

silnika ze

silnika

=

wyznaczymy

Gin

M„n

9550

9550

którym:

P

t

jest

moment wyznaczymy moc

moc

kW.

(4.12)

ze wzoru:

V

w

obliczajc

wzoru:

P„

Sprawno

i

(4.11)

pobieran przez

P1=

=

P(4.13)

’

Pi

silnik z sied:

i^

kW

(4.14)

.

1000

4.2.3.

Zdjcie charakterystyk mechanicznych oraz wyznaczenie sprawnoci metod bezporedni

Na rys. 4.4. prdu staego.

przedstawiono

ukad

pocze

do badania

silnika

bocznikowego

Badany silnik obciamy prdnic z wahliwym stojanem pracujc na opornik od biegu jaowego do obcienia zn a m ionowego. Podczas pomiarów utrzymujemy

sta warto prdu

wzbudzajcego silnika Im = const. Wyniki pomiarów zestawiamy w tablicy 4.3. (tablice 4.1 i 4.2 dotyczce pomiarów rezystancji uzwojenia wzbudzenia i twomika podano w temacie 3). Tablica Wielkoci pomierzone Lp.

-

U

Im

V

A const

52

i,

A

Wielkoci obliczone

n

G

M

pi

obr/min

N

Nm

kW

P»

V

kW

-

4.3

R

Rys.

4.5.

Charakterystyk mechaniczne silnika n

— f(M)

Naley wykona pomiary i wyznaczy charakterystyk naturaln silnika oraz sztuczn przy

Rd =

Naley je przedyskutowa niu

znamionowym

const.

— prdko

te

przedstawiono na

oraz obliczy procentowy spadek

prdkoci

przy

d

= 0)

rys.

4.5.

(

obcie-

silnika dla charakterystyki naturalnej:

An% gdzie: n„

Charakterystyki

=

——— 100%,

znamionowa przy obcieniu

silnika

(4.15)

momentem znamionowym:

53

M

n

=

9550

—— Nm

,

(4.16)

nn

Pn — moc

znamionowa

w kW.

silnika

Rd — 0) wykrelamy równie zalenoci prdkoci momentu od prdu twomikowego n, =/(/,) oraz sprawnoci od mocy na wale i] =f(PJ. Na rys. 4.6 wykrelono zalenoci n, =/(/,). Na

podstawie pomiarów (przy

obrotowej

:

M

i

M

Rys.

4.6.

Charakterystyki n,

Na podstawie równania n =

— JJ

J

M=

/(/,) przy

tc

wynika,

=

const

e ze wzrostem obcienia maleje

prdko

obrotowa, gdy ronie spadek napicia na rezystancji obwodu twomika. Charakterystyka przebiega wklsoci do góry na skutek zmniejszania si strumienia magnetycznego ze wzrostem obcienia. To zmniejszanie si strumienia jest wywoane przez oddziaywanie twomika.

Rys. 4.7.

54

Zaleno

sprawnoci

silnika

od mocy na wale

Moment na

wale silnika

Mw = c0I — M

przebiega przy Im

str

t

= const

poczt-

prostoliniowo nastpnie na skutek oddziaywania twornika (zmniejsza si 0) odchyla si do osi odcitych. Moment na wale silnika jest mniejszy od momentu

kowo

elektromagnetycznego i

straty wentylacyjne).

mocy na

4.2.4.

M o moment Na

rys. 4.7.

strat

M

str

(tarcie

przedstawiono

w oyskach

zaleno

na komutatorze silnika od

sprawnoci

wale.

Wyznaczenie charakterystyki prdkoci obrotowej od prdu wzbudzajcego n

Ukad pocze podano

na

rys. 4.4.

— /(/m)

Pomiary wykonujemy przy biegu jaowym

i nieodczosilnika. Silnik jest obciony jedynie niewielkim momentem strat silnika Wyniki const. U napiciu nej prdnicy. Pomiary przeprowadzamy przy staym charakrysujemy pomiarów zestawiamy w tablicy 4.4. Na podstawie pomiarów

=

terystyk n

= /(/

)

(rys. 4.8).

TabJica Lp.

U

n

-

V

obr/min

4.4

Im

A

const

Rys. 4.8.

Zaleno prdkoci

obrotowej Od

prdu wzbudzajcego

n

= /(IJ

przy

U-

const

zbliony do hiperboli. Ze wzrostem prdu maleje wzbudzajcego ronie strumie magnetyczny wg krzywej magnesowania silnika pracy wic prdko obrotowa (0 w mianowniku). Obwód wzbudzenia przy by przerwany, gdy jak widzimy z charakterystyki silnik rozbiegaby Przebieg charakterystyki n

nie

si

= /(/m

)

jest

moe

i

mógby

W

ulec uszkodzeniu, na skutek zbyt

przypadku przerwy

zwiksza

prdko

w

duej siy odrodkowej.

obwodzie wzbudzenia

silnik nie tylko

nadmiernie

lecz take pobiera coraz wikszy i jest niebezpieczny dla otoczenia,

55

prd jak wynika

to ze

wzoru

(4.6) /,

= }L

k0n ,

gdy

ma]eje

elektromoto .

si}a

tc

ryczna (strumie magnetyczny

maleje szybciej

zaley to od wartoci elektromagnetycznej

4.2.5.

i

ni

narasta

prdko

obrotowa;

elektromechanicznej staych czaspwych).

Wyznaczenie zalenoci prdkoci obrotowej od napicia

n =f(U,)

m = const

przy I

Pomiary wykonujemy przy biegu jaowym, utrzymujc stay prd wzbudzajcy Woltomierz naley przyczy do zacisków twornika AH. Napicie na zaciskach twomika reguluje si za pomoc opornika w obwodzie twor nika Wyniki

silnika.

pomiarów zapisujemy terystyk n =f(U,)

w

Na podstawie pomiarów krelimy charakJak wynika z równania (4.9) przy staym strumieniu

tablicy 4.5.

(rys. 4.9).

Tablica Lp.

Im

n

-

A

obr/min

4.5

U,

V

const

O

const

noci

43

.

prdko obrotowa n jest proporcjonaln do napicia, czyli wykres zale-

jest lini

prost.

Pytania kontrolne 1.

Opisa budow

i

wyjani zasad

dziaania silnika bocznikowego

staego. 2.

56

Poda przykady

zastosowania silników bocznikowych.

prdu

3.

Rd =

Naszkicowa charakterystyki mechaniczne — naturaln i sztuczn objani ich przebieg. Jak mona zmieni kierunek wirowania silnika bocznikowego?

const

4. 5.

Poda sposoby regulacji prdkoci obrotowej silnika bocznikowego prdu omówi zalety wady rónych sposobów regulacji prdkoci.

staego; 6.

dla

i

i

Dlaczego nie wolno przerwa obwodu wzbudzenia przy pracy silnika bocz-

nikowego? 7.

Omówi

8.

Jak wyznaczono

prdu staego. sprawno silnika bocznikowego?

rozruch silnika bocznikowego

moc na wale

i

Omówi budow

prdnicy z wahliwym stojanem do obciania silnika. omówi wady i zalety rónych sposobów hamowania. 11. Naszkicowa charakterystyk prdkoci obrotowej od prdu wzbudzajcego 9.

10.

n

Poda

= /(/m 12.

sposoby hamowania silnika bocznikowego;

objani jej przebieg. ) Narysowa zaleno prdkoci obrotowej i

na zaciskach twomika

i

silnika

bocznikowego od napicia

przedyskutowa wykres.

LITERATURA 1.

Kenig

2.

Kurski

E.: Elektrotechnika ogólna, cz.

II.

PWN,

1966

r.

3.

Bendyk Z., Lebioda S., Muszalski Z. Laboratorium Maszyn Elektrycznych Wyd. III. Skrypt PG, 1965 r. Latek W.: Badanie maszyn elektrycznych prdu staego Skrypt 1955 r.

4.

Praca zbiorowa

L., Bitel H., Przezdziecki F.,

:

.

.

1968

r.

—

Technika napdu elektrycznego

— Podstawy teoretyczne. WNT,

Temat

Tre

5.

BADANIE TRANSFORMATORA TRÓJFAZOWEGO

wiczenia

5.1.

Wprowadzenie teoretyczne 5.1.1. Zasada dziaania transformatora jednofazowego

5.2.

Badania laboratoryjne

5.1.2.

5.2.1. 5.2.2. 5.2.3.

5.2.4.

Transformatory trójfazowe

Pomiar rezystancji uzwojenia pierwotnego i wtórnego Pomiar przekadni i próba stanu jaowego Próba zwarcia Próba obcienia transformatora

5.3. Pytania kontrolne

5.1.

Wprowadzenie teoretyczne

5.1.1.

Zasada dziaania transformatora jednofazowego

Transformator

napicia na

suy

do przetwarzania

energii elektrycznej z jednej

wartoci

inn warto napicia. Skada si z rdzenia wykonanego z nakrzemionych

blach transformatorowych oraz umieszczonych na nim uzwoje: pierwotnego nego.

W celu zmniejszenia

jest z

izolowanych

pokazano na a) stan

strat

midzy sob

rys. 5.1.

na

prdy

wirowe,

rdze

blach o gruboci 0,35

Rozróniamy

trzy

i

wtór-

transformatora zbudowany

mm. Budow

transformatora

podstawowe stany pracy transformatora:

jaowy,

b) stan zwarcia, c) stan

Stan

obcienia.

jaowy

transformatora. Stanem jaowym nazywamy taki stan tranktórym uzwojenie pierwotne wczone jest do sieci zasilajcej, natomiast uzwojenie wtórne pozostaje rozwarte. Pod wpywem przemiennego strumienia magnetycznego w uzwojeniu pierwotnym i wtórnym zostanie zaindukowana SEM 1)

sformatora,

w

równa:

Ei

58

V,

(5.1)

E2 = gdzie:

/ Z \ , Z2

0m

W

stanie

4 44 /z 2 @m V, ,

(5.2)

— czstotliwo Hz, — ilo zwojów uzwojenia pierwotnego wtórnego, — warto maksymalna strumienia magnetycznego Wb. i

jaowym U « 1

£* oraz

U2 = £ 2

*

Jarzmo

Rys.

5.1.

Budowa

transformatora jednofazowego

prdu jaoStrumie magnetyczny wytwarzany jest przez skadow biern wego /0 Warto prdu jaowego transformatora wynosi rednio 5— 10% wartoci prdu znamionowego /„. .

Rys.

5.2.

Wykres wektorowy stanu jaowego transformatora

Uproszczony wykres wektorowy transformatora w stanie jaowym pokazuje Podstawowym parametrem transformatora, którego warto moemy

rys. 5.2.

wyznaczy

w

stanie

jaowym

jest

przekadnia:

59

.

z2

(5.3>

'

W stanie jaowym transformatora ze wzgldu na ma warto I s

na oporach uzwoje

niewielkie

i

moemy uwaa,

a

e

x U

t

spadki

napi

a tym samym:

(5.4)

Moc

pobierana

skadajcych si

w

stanie

ze strat

jaowym

jest

na prdy wirowe

zuywana na i

pokrycie strat

APFe = APK +A Ph = k wf2 B 2 +kjB£ k w ,kh

gdzie:

Bm /

— stae, — warto maksymalna — czstotliwo Hz.

Przy zachowaniu staej indukcji

indukcji magnetycznej

Bm

w

elazie,

na histerez:

strat

= const mona — kwf2 -khf

w

(5.5)

,

rdzeniu T,

zapisa:

.

Wykonujc pomiar strat w elazie transformatora przy zasilaniu go czstotliwoci o zmiennej wartoci

AP ~p~ 2)

~ kwf+kh

i

i

zachowaniu staej indukcji

Bm mona wykona

tym samym dokona rozdziau strat na prdy wirowe

i

wykres

histerez.

Stan zwarcia transformatora. Stanem zwarcia transformatora nazywa

w którym uzwojenie pierwotne zasilane jest z sieci prdu przemiennego a uzwojenie wtórne zostao metalicznie zwarte na swych zaciskach. Przy zwarciu pomiarowym napicie zasilajce obnione jest do takiej wartoci, aby w uzwojeniach transformatora pyny prdy znamionowe. Napicie, przy którym podczas zwarcia uzwojenia wtórnego popyn prdy znamionowe nazywa si napiciem zwarcia Uz zalenoci od mocy transformatora wynosi ono 4 5%' 6°/ /0 ’ /0 si

taki stan,

.

i

Un

12,5%

W

.

Znajc wartoci napicia zwarcia mona wyznaczy warto prdu, która wystpiaby podczas zwarcia transformatora przy zasilaniu go napiciem znamionowym'

r.-r.Sk. n

u* Transformtory o rónych wartociach napicia zwarcia nie mog wspópracowa równolegle, gdy cakowite, obcienie rozkada si odwrotnie proporcjonalnie do

napi zwarcia. Poniewa transformatory o mniejszej mniejsze napicie zwarcia ulegayby one przecieniu. Moc nalne

s

pobierana przy próbie zwarcia pokrywa straty

do kwadratu prdu.

Straty

w

w

mocy

maj

przewanie

miedzi, które proporcjo-

elazie, proporcjonalne

do kwadratu przymae. 3) Stan obcienia transformatora. Stanem obcienia transformatora nazywa si taki stan, w którym uzwojenie pierwotne zaczone jest db sieci zasilajcej.

oonego

60

napicia,

s

pomijalnie

za do uzwojenia wtórnego doczony jest odbiornik. Moc pobierana przez uzwojenie pierwotne zostaje zuyta na pokrycie obcienia, oraz

strat

wewntrznych

transfor-

matora.

Sprawno

transformatora jest wysoka

wzrostu obcienia,

rosn wewntrzne

i

wynosi rednio

spadki napicia

w

95—98%.

W

transformatorze

U = const warto napicie wtórnego U2 ulega zmniejszeniu. Warto wspóczynnika mocy cos 9^ zaley od wartoci cos

„

W

— moc jednej fazy transformatora ~ moc trójfazowa pobierana w stanie jaowyip — prd stanu jaowego transformatora — skadowa bierna prdu stanu jaowego — skadowa czynna prdu stanu jaowego

na pokrycie

h

?ow

A

A

strat

w

elazie

przekadnia transformatora

podstawie pomiarów

Rys.

w

p./

i

Ui

Na

-

h

5.2

5.6.

wykona

wykresy I0 ,IM ,I0W

Charakterystyki biegu

,

APFe

= /(£/)

rys. 5.6.

jaowego transformatora

Obliczy procentow warto prdu stanu jaowego przy napiciu znamionowym stosunku do prdu znamionowego transformatora:

Rozdzia strat w elazie ma na prdy wirowe APFe = APh +AP w

celu wyznaczenie wartoci strat

na histerez

.

pocze ukadu pomiarowego podano na rys. 5.5. poszczególnych strat zmienia si prdko obrotow prdnicy Schemat

lajcej transformator zasilajcej.

64

i

otrzymuje si

w

ten sposób

W celu wyznaczenia synchronicznej zasi-

zmienn warto czstotliwoci

Aby otrzyma sta warto stay stosunek

= c„/;

— —V = U—

220

stosunek

indukcji

w

rdzeniu transformatora naley

= 4,4 = const, gdy

const

= cBm

.

dla

U «E =

4,44

x

1

Wyniki pomiarów notuje si

-

/

n

Hz

obr/min

Ul

f'®m z

w tablicy

Tablica

Lp.

zachowa

=

5.3.

5.3

APfe

f

V

W

/

V

W/Hz

Hz

p*n

/= ~6T gdzie:

n

p

Na

— prdko obrotowa prdnicy zasiljcej — liczba par biegunów prdnicy.

podstawie pomiarów wykreli

gdzie:

fc*

APh — kw

kfr-f

APW ** kwf2

transformator obr/min,

kh+ k w’f (rys.

—

straty

— — —

na histerez,’ straty na prdy wirowe w cigu jednego okresu, cakowite straty na prdy wirowe.

w

elazie na histerez

cakowite

w

cigu jednego

i

wykresów zestawi poszczególne znamionowej czstotliwoci:

— = APW = Ft

AP„

— Laboratorium

okresu,

straty

Na podstawie pomiarów i znamionowym napiciu

8

5.7).

straty

w elazie

przy

W W W

65 elektrotechniki

1

elektroniki

'

5.2.3.

Próba zwarcia

Przy próbie zwarcia wyznacza si napicia zwarcia oraz straty w miedzi. Ukad pomiarowy poczy zgodnie ze schematem na rys. 5.8.

Uzwojenie wtórne transformatora zwieramy metalicznie na zaciskach. Uzwojenie czymy do sieci o regulowanej wartoci napicia. Pomiary przeprowadzamy dla kilku wartoci napicia podnoszc napicie do takiej wartoci, przy której prd w uzwojeniach osignie warto 1,1 /„.

pierwotne

Rys.

Napiciem zwarcia niach osignie

pocze

Schemat

5.8.

transformatora

do próby zwarcia

U2 nazywamy t warto napicia, przy której prd w uzwoje-

warto znamionow

Wyniki pomiarów notujemy

w

/„.

tabeli 5.4.

Tablica

gdzie:

Lp.

U

-

V

U —

V

A/

w

V

£

II

cos