Badanie jednofazowego silnika komutatorowego
Transkrypt
Badanie jednofazowego silnika komutatorowego
Politechnika Warszawska Instytut Maszyn Elektrycznych Laboratorium Maszyn Elektrycznych Malej Mocy BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA KOMUTATOROWEGO Warszawa 2006 1. OBIEKT BADANY l STANOWISKO POMIAROWE. Obiektem badanym jest silnik komutatorowy szeregowy małej mocy o danych znamionowych: • napięcie zasilania: 110 V, 50Hz; • znamionowa moc pobierana: 75 W; • rodzaj pracy: S3 - 50%, t0=15 s; • maksymalny prąd znamionowy: 0,75 A; • maksymalna prędkość obrotowa: 8500 obr/min. Na wałku silnika osadzona jest tarcza aluminiowa, która wiruje w szczelinie elektromagnesów hamownicy indukcyjnej tarczowej. Z ułożyskowaną belką układu wychyłowego hamownicy, na której umocowane są elektromagnesy, związany jest ciężarek Q na sztywnym ramieniu l oraz wskazówka pozwalająca na odczytanie na skali kąta wychylenia α układu. Moment hamujący badany silnik oblicza się ze wzoru M = Q l sinα. Iloczyn (Q l) wynosi 108,5 mN m (1106 Gcm). Prędkość obrotową badanego silnika mierzy się obrotomierzem z czujnikiem fotoelektrycznym i odczytuje na wyświetlaczu cyfrowym. 2. POMIARY. W celu poznania właściwości ruchowych silnika komutatorowego szeregowego wykonuje się pomiary umożliwiające sporządzenie charakterystyk obciążenia i charakterystyk regulacji prędkości obrotowej. Badania przeprowadza się dla trzech sposobów zasilania silnika: • napięciem przemiennym; • napięciem wyprostowanym dwupołówkowo (w układzie Gratz’a); • napięciem wyprostowanym jednopołówkowo (diodą szeregową) Schemat układu pomiarowego przedstawia rysunek 1 (na następnej stronie). 2.1. Charakterystyki obciążenia. Charakterystykami obciążenia silnika nazywa się zależności prądu pobieranego, mocy oddawanej na wale, prędkości obrotowej, współczynnika mocy cosϕ (przy zasilaniu napięciem przemiennym) i sprawności od momentu hamującego przy znamionowym napięciu zasilania. Zgodnie z tą definicją po uruchomieniu silnika należy zmieniać za pomocą hamownicy indukcyjnej moment hamujący i dla kolejnych wartości tego momentu odczytywać wskazania przyrządów pomiarowych umieszczonych w układzie jak na rys.1 (napięcie na tworniku należy mierzyć woltomierzem cyfrowym). Ze względu na specyficzny przebieg charakterystyk prędkości obrotowej w funkcji momentu hamującego silnika szeregowego (przy bardzo małych obciążeniach silnik osiąga prędkość obrotową znacznie przekraczającą wartość znamionową) uruchamianie silnika należy przeprowadzać w sposób szczególny: przy stopniowym zwiększaniu napięcia zasilania należy kontrolować prędkość obrotową i jeśli osiąga ona wartość ok. 1,2 wartości znamionowej, należy zwiększać prąd wzbudzenia hamownicy, co spowoduje zmniejszenie tej prędkości. Zakres zmian obciążenia silnika (momentem hamującym) przy zdejmowaniu charakterystyk wyznaczają dwa punkty graniczne: 2 − najmniejsze obciążenie ograniczone jest osiąganą przez silnik prędkością obrotową. W badanym silniku należy przyjąć, że maksymalna prędkość obrotowa wynosi nmax = 8500 obr/min; − największe obciążenie jest ograniczone nagrzewaniem się silnika zależnym od wartości prądu płynącego w uzwojeniach. Rys. 1. Schemat układu pomiarowego do badania silnika jednofazowego komutatorowego. W oparciu o wyniki pomiarów należy obliczyć: - moment hamujący M = Q l sinα; - moc oddaną na wale P = 0,105 • M • n (P [W], M [Nm], n [obr/min]), P (P1 - moc pobierana, wskazana przez watomierz); P1 - sprawność η = - współczynnik mocy cos ϕ = P1 U ⋅I a następnie wyniki pomiarów i obliczeń przedstawić graficznie w układzie współrzędnych prostokątnych w funkcji momentu hamującego M dla trzech, wymienionych na wstępie, sposobów zasilania silnika. 2.2. Charakterystyki regulacji prędkości obrotowej. Prędkość obrotową silnika szeregowego można regulować przez zmianę napięcia zasilającego. Zależność prędkości obrotowej n od napięcia zasilania U nazywa się charakterystyką regulacji prędkości obrotowej. Prędkość obrotowa zależy oczywiście nie tylko 3 od napięcia zasilania, ale również od momentu hamującego, dlatego charakterystyki regulacji prędkości obrotowej należy zdejmować przy stałej wartości tego momentu traktowanej jako parametr. Pomiary przeprowadza się w układzie pomiarowym jak na rysunku 1, z tym, że mierzy się tylko napięcie zasilania i prędkość obrotową. Napięcie zasilania należy regulować od minimum, przy którym silnik obraca się, do wartości, przy której prędkość obrotowa osiąga wartość ok. 1,2 wartości znamionowej (~ 8000 obr/min). Pomiary należy przeprowadzić dla trzech sposobów zasilania wymienionych we wstępie i przy momencie hamującym: − równym zeru (hamownica niewzbudzona); − równym stałej wartości, scharakteryzowanej stałym kątem wychylenia ciężarka hamownicy (np. α = 15°). Wyniki pomiarów należy przedstawić graficznie we wspólnym układzie współrzędnych dla trzech sposobów zasilania. 4