instrukcjam12007(2).pdf

Zakład Napędów Wieloźródłowych

Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich PW

Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki

Ćwiczenie M 1 - instrukcja

Badanie maszyn prądu stałego:

silnika bocznikowego i prądnicy obcowzbudnej

Data wykonania ćwiczenia................................................................................

Data oddania sprawozdania...............................................................................

Zespół wykonujący ćwiczenie:

Nazwisko i imię ocena końcowa

.............................................................

.........................

.............................................................

.........................

.............................................................

.........................

.............................................................

….....................

.............................................................

.........................

.............................................................

.........................

.............................................................

.........................

.............................................................

.........................

.............................................................

.........................

10. .............................................................

.........................

Wydział SiMR PW

Rok ak. 20.../20...

Semestr...............

Grupa.................

Warszawa 2007r.

SPIS TREŚCI

BADANIE MASZYN PRĄDU STAŁEGO

1. Cel ćwiczenia…………………………………………………………………………… 3

2. Wiadomości teoretyczne………………………………………………………………... 3

2.1. Budowa maszyn prądu stałego………………………………………………………3

2.2. Zasada działania i podstawowe zależności ……………………………………… 4

2.3. Straty energii i sprawność maszyn ……………………………………………… ..7

2.4. Oddziaływanie twornika……… ………………………………………………......8

2.5. Komutacja…………………… …………………………………………………… 8

2.6. Rodzaje maszyn prądu stałego…………………………………………………….…8

3. Prądnica bocznikowa prądu stałego……………………………………………………… 9

3.1. Właściwości prądnic………………………………………………………………... 9

3.2. Rodzaje prądnic bocznikowych… ……………………………………………… 9

3.3. Charakterystyki prądnicy bocznikowej prądu stałego ………………………… …11

3.3.1. Charakterystyki biegu jałowego………………… ………………………… ..11

3.3.2. Charakterystyki zewnętrzne prądnic……………… ……………………… 12

3.3.3. Charakterystyka regulacyjna……………………… ……………………… 13

3.3.4. Zastosowanie maszyn prądu stałego……………… ………………… ….. 13

4. Silnik bocznikowy prądu stałego…………………………… ……………………… 14

4.1. Właściwości silników………………………………… ……………………… …14

4.2. Rodzaje połączeń uzwojeń silników prądu stałego……… …………… … … 15

4.3. Silnik bocznikowy prądu stałego………………………… ……………… … 16

4.4. Rozruch silnika bocznikowego…………………………… …………… … … 17

4.5. Regulacja prędkości obrotowej silników…………………… ………… … … 18

4.6. Charakterystyki obciążeniowe silnika………………………… ………… … 20

4.7. Charakterystyki regulacyjne…………………………………… ……… …… 21

5. Pomiary ……………………………………………………… ……… 21

6. Literatura pomocnicza…………………………………………………… ……… 21

Badanie maszyn prądu stałego

1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, zasady działania maszyn prądu stałego, charakterystyk

przy pracy prądnicowej i silnikowej oraz ich wyznaczenie poprzez pomiary w stanie biegu jałowego

i obciążenia. Podstawowe badania eksploatacyjne to charakterystyki obciążenia i regulacyjne, a

także w przypadku silnika próby rozruchowe.

2. Wiadomości teoretyczne

2.1. Budowa maszyn prądu stałego

Budowę maszyn prądu stałego pokazano na rys. 1. Podstawowe części to stojan , zwany

magneśnicą i wirnik zwany twornikiem .

W magneśnicy wytwarzany jest strumień magnetyczny, a w tworniku

- siła

elektromotoryczna

E(sem)

moment

elektromagnetyczny

M e. .

jarzma

2 w kształcie cylindra przymocowane są: rdzenie biegunów głównych 3 z nawiniętymi uzwojeniami

6 - wytwarzające główny strumień magnetyczny ? oraz bieguny komutacyjne 5 z uzwojeniami 7 -

służące do poprawy warunków komutacji. Maszyna może mieć tylko parzystą liczbę biegunów

głównych p: 2, 4, 6, lub ogólnie liczbę p par biegunów. Rdzenie biegunów (elektromagnesów)

wykonane są z cienkich blach magnetycznych o grubości ok. 1mm, izolowanych między sobą.

Uzwojenie kompensacyjne 11 nawinięte na nabiegunnikach 4 - biegunów głównych służy do

ograniczenia niekorzystnego skutku oddziaływania twornika.

Rys. 1 . Przekrój maszyny prądu stałego

1 - wirnik, 2 - jarzmo, 3 - rdzeń bieguna głównego, 4 - nabiegunnik, S - rdzeń bieguna

komutacyjnego, 6 - uzwojenie bieguna głównego, 7 - uzwojenie bieguna komutacyjnego,8 -

uzwojenie wirnika, 9 - komutator, 10 - szczotki, 11 - uzwojenie kompensacyjne.

Wirnik 1 w formie walca ze żłobkami, w których jest umieszczone uzwojenie twornika 8,

jest wykonany również z izolowanych blach magnetycznych (stal twornikowa) osadzonych na wale.

Na wale jest zamocowany komutator , wykonany z izolowanych między sobą wycinków

cylindrycznego walca miedzianego,do którego są przyłączone początki i końce zwojów uzwojenia.

Po komutatorze ślizgają się szczotki 10 służące do przepływu prądu twornika., umocowane w

trzymadłach szczotkowych (zw. szczotkotrzymaczami ).

2.2. Zasada działania i podstawowe zależności

Zasadę działania maszyny prądu stałego mającej jedną parę biegunów oraz uzwojenie

wirnika składające się z jednego zwoju, którego końce są przyłączone do dwu wycinków

komutatora k 1 i k 2 wraz ze szczotkami b 1 i b 2 ślizgającymi się po komutatorze, łącząc uzwojenie

wirnika z obwodem zewnętrznym – podano na rys 2.

Przy wirowaniu wirnika w polu magnetycznym wytworzonym przez bieguny główne stojana

zachodzą dwa podstawowe zjawiska:

1. W przewodach twornika indukuje się sem E o wartości określonej wzorem:

E= B l v [V]

(1)

gdzie: B - indukcja magnetyczna w teslach, l - długość przewodu w m,

v - prędkość, z jaką przewód przecina w kierunku prostopadłym linie sił pola magnetycznego

w m/s.

Kierunek sem E można określić regułą prawej dłoni.

2. Przy przepływie prądu w przewodach twornika działa na nie siła mechaniczna o wartości:

F= B I l [N,T,A,m]

(2)

Gdzie: I - natężenie prądu w amperach A.

Kierunek tej siły F można określić posługując się regułą lewej dłoni.

Siły mechaniczne działające na przewody twornika powodują powstanie momentu

elektromagnetycznego Me, którego kierunek jest zależny od rodzaju pracy maszyny: prądnicowe j ,

lub silnikowej .

Przy pracy prądnicowej moment Me skierowany jest przeciwnie do kierunku wirowania i w

związku z tym do wału prądnicy należy dostarczyć energii mechanicznej (poprzez silnik napędowy),

która w prądnicy zamieniana jest na energię elektryczną .

Przy pracy silnikowej natomiast moment elektromagnetyczny Me ma kierunek zgodny z

kierunkiem wirowania, jest więc momentem napędowym , pod wpływem, którego energia

elektryczna jest zamieniana na energię mechaniczną, dostarczaną przez silnik napędowy maszynie

roboczej.

Jak wynika ze wzoru (1), przy wirowaniu twornika w nieruchomym polu magnetycznym stojana,

indukcja B (rys 2b) jest funkcją położenia przewodu, określonego kątem .

Rys.2. Zasada działania maszyny prądu stałego.

a) szkic maszyny, b)przekrój, c) przebieg indukcji magnetycznej na obwodzie

wirnika, d) przebieg SEM na końcach uzwojenia wirnika k1-k2, e) przebieg SEM na

szczotkach b1-b2 po wyprostowaniu przez komutator k1-k2

Przez

uzwojenie

nieruchomych

biegunów

płynie

prąd

wzbudzenia

I f (magnesujący) wytwarzający strumień magnetyczny Φ fa (rys. 2b).

Rozkład indukcji B x wzdłuż obwodu wirnika jest przedstawiony na rys. 2c;

W osi obojętnej maszyny ( rys. 2b. ) wartość tej indukcji jest równa zeru.

Jeśli wirnik obraca się z prędkością υ, to w każdym boku o długości l/2 jego uzwojenia o

długości l indukuje się sem o wartości chwilowej e c. Na zaciskach uzwojenia składającego się z

dwóch boków otrzymujemy, zatem sem

e c = B x l/2 2 υ = B x l υ

(3)

Przy stałych wartościach l oraz v , zmienność sem w czasie (rys. 2d) zależy od zmienności

indukcji, B x (rys. 2c).

Komutator dokonuje przełączeń końców uzwojenia twornika poprzez wycinki k1-k2 i

szczotki b1-b2 w chwilach, gdy sem e c = 0. Dzięki temu na szczotkach otrzymuje się sem e o

jednym zwrocie (rys. 2e). Komutator spełnia rolę prostownika mechanicznego.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: