Jméno: Vilem Skarolek Akademický rok: 2009/2010 Ročník: UVSSR, ODBOR ELEKTROTECHNIKY LABORATORNÍ CVIČENÍ ELEKTROTECHNIKA A ELEKTRONIKA 3. Semestr: 2. Datum měření: 12. 04. 2010 Datum odevzdání: 19. 4. 2010 Přednášková skupina: A Studijní skupina: 3A1 Vyučující: Hodnocení: Číslo úlohy: 7. Název úlohy: Stejnosměrný motor s cizím buzením
Úkol 1. Proveďte rozběh motoru. 2. Změřte regulační charakteristiky motoru při chodu naprázdno: a) n = f(i b ) při U an = konst. b) n = f(u a ) při I bn = konst. Průběh regulačních charakteristik znázorněte graficky. 3. Zatěžováním motoru změřte zatěžovací charakteristiky: n = f(m), I a = f(m), P = f(m) a h = f(m) při U N, I bn = konst. Zatěžovací charakteristiky zobrazte graficky. 4. Zatěžováním motoru změřte závislost n = f(m) při I bn = konst., pro U N, přibližně 90%U N a přibližně 80%U N. Průběhy závislostí znázorněte graficky. 5. Proveďte dynamické brzdění motoru a změřte závislost n = f(m) při I bn = konst. pro R S1 >0W a R S2 > R S1. Průběhy závislostí znázorněte graficky. 6. Zastavte motor.
Rozbor a vypracování 1. Spouštění motoru Při spouštění stejnosměrných motorů požadujeme, aby motor vyvinul velký záběrný moment, pokud možno při malém záběrném proudu. Spouštění nezatíženého stejnosměrného motoru s cizím buzením provedeme dle schématu. Při plně zařazeném spouštěči R s zvolna zvyšujeme usměrněné výstupní napětí z regulačního transformátoru RT až na jmenovité napětí motoru U N (kontrolujeme voltmetrem V 1 ). Obvod kotvy je odpojen od zdroje přepínač Q je v poloze 0. Podle ampérmetru A 2 nabudíme motor na jmenovitou hodnotu budícího proudu I bn. Pak připojíme kotvu motoru ke zdroji (přepneme přepínač do polohy I) a spouštěč R s postupně vyřazujeme. Na ampérmetru A 1 sledujeme proud v kotvě I a, aby nárazově nepřesáhl asi 1,5 I an motoru. Vyřazováním R s stoupají otáčky, které sledujeme na otáčkoměru dynamometru. Během rozběhu zjistíme smysl otáčení motoru. Schéma zapojení pro měření na stejnosměrném motoru s cizím buzením
2. Regulační charakteristiky motoru při chodu naprázdno a) Měření charakteristiky n = f(i b ) při konstantním jmenovitém napětí U an na svorkách kotvy provedeme po spuštění motoru. Budící proud nastavujeme od největší možné hodnoty až po hodnotu, jíž odpovídá 120% n N. Naměřené hodnoty zpracujeme do tabulky a sestrojíme charakteristiku n = f(i b )). Průběh je zhruba rovnoosá hyperbola, protože n» konst./i b. b) Měření charakteristiky n = f(u a ) při I bn = konst. provedeme v návaznosti na předchozí měření. Motor nabudíme na jmenovitou hodnotu (I b = I bn ) a postupně snižujeme napětí na kotvě z hodnoty U an až do hodnoty při níž se motor zastaví. Nastavujeme napětí a na dynamometru odečítáme otáčky. Naměřené hodnoty zpracujeme do tabulky a sestrojíme charakteristiku n = f(u a )), která musí být lineární, protože n» U a. konst. Přímka vytíná na ose U a napětí U az, při kterém se motor začne otáčet. Otáčky n on jsou otáčky nezatíženého motoru pro I bn a U an. Regulační charakteristiky
Experimentální měření: I b [A] 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 U an =220V n [s -1 ] 34,8 35,3 35,8 37,3 39,2 41,2 44,7 47,7 R s = 0 U a [V] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 n [s -1 ] 0 1,3 4,2 8,9 11,9 16,5 20 24 28,2 32 35,2
3. Zatěžovací charakteristiky motoru Spustíme dynamometr a zjistíme smysl jeho otáčení, které musí být shodné s otáčením zkoušeného motoru. Dynamometr roztočíme na otáčky o něco vyšší než jsou jmenovité motoru (na otáčky n on ) a pak připojíme motor k elektrickému zdroji. Řízením otáček dynamometru zatěžujeme motor od největšího zatížení 150% I an až do chodu naprázdno. Po nastavení přiváděného napětí na kotvu motoru na hodnotu U an = U N a budícího proudu na I bn, odečítáme proud v kotvě I a, otáčky n a zatěžovací moment M zkoušeného motoru. Během zkoušení nesmíme motor odbudit, aby nedošlo k proběhnutí motoru (n nekonečno), a tím k jeho poškození. Zatěžovací charakteristiky a mechanická charakteristika Kdybychom měření provedli znovu, avšak pro R S > 0, dostaneme mechanické charakteristiky s různým sklonem. Jsou to křivky, které se velmi podobají přímkám a podle poměrů v měřeném obvodu lze docílit, aby mechanické charakteristiky přímky byly. Pro praxi mají význam spíše mechanické charakteristiky při různých hodnotách napájecího napětí, které se nazývají rychlostní. Experimentální měření: M n I a P P P [Nm] [s -1 ] [A] [W] [W] [%] 0 33,7 1,8 0 539 0 2 29,7 2,8 373 759 49,148 3 25,2 8,2 474,8 1947 24,385 4 21,1 9,6 530 2255 23,505 5 16,1 13,2 505,5 3047 16,591 6 12,1 15,6 455,9 3575 12,753 7 7,8 18 342,9 4103 8,357 8 3,1 20,8 155,7 4719 3,3004 9,5 0 24 0 5423 0 I b = I bn = 0,65 A U an = U N = U bn = 220 V R S = 0 Referenční výpočet pro 4. řádek: P = 2. n. M = 2. 132,57. 4 = 530 W P P = U an. I a + U bn. I bn = 220. 9,6 + 220. 0,65 = 2255 W = (P / P P ). 100 = (530 / 2255). 100 = 23,505 %
4. Rychlostní charakteristiky motoru Schéma zapojení je stejné jako při měření zatěžovacích charakteristik. Zkoušený motor zatěžujeme dynamometrem od vyššího zatížení k nižšímu, při vyřazeném spouštěči motoru R s = 0W. Při udržování konstantního jmenovitého napětí U N a budícího proudu I bn motoru během měření odečítáme otáčky n a zatěžovací moment M. Měření provedeme ještě jednou pro přibližně 90% U N a potom pro 80% U N. Naměřené hodnoty zapíšeme do tabulky Charakteristiky motoru: a) rychlostní, b) při dynamickém brzdění
měření pro 80% U N n [s -1 ] 28,7 23,3 18,2 13,1 8,2 3,2 0 M [Nm] 0 1,7 2,7 4 5 6,25 7 R s = 0 U N = 176 V I bn = 0,65 A měření pro 90% U N n [s -1 ] 33,2 27,4 21,2 15,1 9 0 M [Nm] 0 1,5 3 4,5 5,75 9 R s = 0 U 1 = 198 V I bn = 0,65 A
5. Dynamické brzdění Dynamické brzdění motoru s cizím buzením se provádí tak, že kotvu odpojíme od napájení a připojíme ji na vhodný rezistor, zatímco budící vinutí zůstane i nadále připojeno k napájení. Z motoru se tak vlastně stane dynamo s cizím buzením, které mechanickou energii mění na elektrickou a tu v rezistoru na teplo. Ve schématu zapojení přepneme přepínač Q do polohy II. (BRZDA) a přídavný rezistor R s nastavíme na požadovanou hodnotu. Po připojení budícího vinutí k napájení nařídíme proud I bn a spustíme dynamometr. Řízením otáček dynamometru zatěžujeme brzděný motor od chodu naprázdno až do maximálního zatížení 120 % I an. Odečítáme otáčky n a brzdný moment M (záporný) při I bn = konst. Pak zkoušený stroj zcela odlehčíme a po nastavení další požadované hodnoty rezistoru R s, postup zkoušky opakujeme. Naměřené hodnoty zapíšeme do tabulky. Charakteristiky n = f(m) při dynamickém brzdění jsou křivky procházející počátkem souřadnic. Svazek těchto charakteristik je pro různé hodnoty odporu R S v druhém kvadrantu. Tvrdost charakteristik se zmenšuje, zvětšuje-li se odpor obvodu kotvy. Naměřené hodnoty: n [s -1 ] 0 5 10 15,1 19,3 24 32 35,3 M [Nm] 0 1,75 3,25 4,6 5,75 7 9,3 10 R S1 = 15 n [s -1 ] 0 2,5 8 10,8 12,2 17,4 M [Nm] 0 3,75 5 6,75 8,75 10,5 R S2 = 6 6. Zastavení motoru Motor s cizím buzením zastavujeme tak, že od zdroje odpojíme nejdříve kotvu a pak buzení, nebo oboje současně. Pokud můžeme motor před zastavením odlehčit, tak jej odlehčíme.
Závěr Po rozběhu motoru, jsme začali měřit hodnoty podle pokynů.naměřené data jsem zpracoval v tabulkovém procesoru. Regulační charakteristiky motoru při chodu naprázdno, vynesené z naměřených hodnot se znatelně shodují s tvarem charakteristik, které vycházejí z dřívějšího empirického měření. Při měření zatěžovacích charakteristik motoru jsem pomocí programu Microsoft Excel mohl vypočítat hodnoty P, P P a, ze kterých jsem následně vytvořil zatěžovací charakteristiky v závislosti s momentem M. Vynesené křivky nejsou zcela identické, jako křivky ze studijních materiálů. V závislosti na hodnotě napětí U N jsme měřili rychlostí charakteristiky. Při dynamickém brzdění jsme brzdili odporem R S1 = 15 a R S2 = 6.