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