149 11 35MB
Polish Pages 355 Year 1976
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