Ćwiczenie 7 badanie maszyn prądu stałego cel ćwiczenia




Pobierz 159.74 Kb.
NazwaĆwiczenie 7 badanie maszyn prądu stałego cel ćwiczenia
strona2/3
Data konwersji14.10.2012
Rozmiar159.74 Kb.
TypDokumentacja
1   2   3

1.1.5. Tyrystorowe zespoły napędowe


Tyrystorowe zespoły napędowe są używane jako regulatory napięcia stałego lub prędkości obrotowej silników bocznikowych w warunkach przemysłowych. Układy DMM wyposażone są w jednofazowy mostkowy prostownik wzbudzenia zaopatrzony na wyjściu w filtr przepięciowy RC. Silnik sterowany układem tyrystorowym DMM pracuje więc praktycznie jako silnik obcowzbudny. Tyrystorowy zespół napędowy umożliwia stabilizację napięcia zasilającego silnik lub prędkości obrotowej silnika. Sprzężenie prędkościowe stosowane jako ujemne sprzężenie zwrotne regulatora jest realizowane za pomocą prądniczki tachometrycznej prądu stałego sprzężonej z silnikiem.

Falownik oddający energię do sieci prądu przemiennego, zastosowany w ćwiczeniu jako obciążenie prądnicy prądu stałego jest również układem tyrystorowym.

Regulację napięcia w układzie tyrystorowym DMM jak i obciążenia w falowniku uzyskuje się poprzez regulację kąta przewodzenia tyrystorów pracujących w tych układach.


1.2. Silnik szeregowy


Silniki szeregowe ze względu na swoje właściwości (duży moment rozruchowy i dużą rozpiętość osiąganych prędkości obrotowych) stosowane są głównie w trakcji elektrycznej (koleje, tramwaje, trolejbusy, kolejki, wózki akumulatorowe), gdzie pracują sprzęgnięte na stałe z osią pojazdu w sposób nierozłączny.


1.2.1. Charakterystyka zewnętrzna n=f(I)


W silniku szeregowym uzwojenie wzbudzające i uzwojenie twornika połączone są szeregowo, tak więc strumień zmienia się proporcjonalnie do zmian obciążenia. Dla silnika szeregowego

(7.11)

gdzie:

E - indukowana siła elektromotoryczna;

- suma rezystancji obwodu twornika;

Rm - rezystancja uzwojenia wzbudzenia;

Up - spadek napięcia na rezystancji przejścia między szczotką a komutatorem ( - pomijalnie mały).


Prędkość obrotowa silnika szeregowego po uwzględnieniu zależności strumienia od prądu twornika przyjmie postać:

(7.12)

gdzie:





Rys.7.10. Charakterystyka zewnętrzna i charakterystyka momentu silnika szeregowego


Ze wzoru (7.12) wynika, że charakterystyka zewnętrzna silnika n=f(I) zdejmowana przy stałym napięciu zasilającym będzie miała kształt hiperboliczny. Przy zmniejszeniu obciążenia poniżej 0,5 In następuje znaczny wzrost prędkości obrotowej, co stwarza niebezpieczeństwo rozbiegania się silnika. Rozbieganie się silnika polega na wzroście prędkości obrotowej ponad wartości dopuszczalne, czego konsekwencją jest uszkodzenie części mechanicznych i zniszczenie silnika. Ponadto stanowi niebezpieczeństwo dla obsługi. Całkowite odciążenie silnika szeregowego jest niedopuszczalne. Dlatego silniki szeregowe należy łączyć trwale z napędzanymi przez nie maszynami za pomocą sprzęgieł nierozłączalnych lub przekładni zębatych, a nie przekładni pasowych. Na tabliczce znamionowej silnika szeregowego powinna być podana dopuszczalna obrotowa prędkość maksymalna.


1.2.2. Charakterystyka momentu M=f(I)


Charakterystyka momentu, podobnie jak charakterystyka zewnętrzna wyznaczana jest przy stałym napięciu zasilającym. Kształt tej charakterystyki po uwzględnieniu proporcjonalności strumienia od prądu twornika przyjmie postać:

(7.13)

Wykresem tej charakterystyki jest więc parabola. Cenną właściwością silnika szeregowego jest szybki wzrost momentu przy wzroście prądu, co pozwala na zastosowanie go do pracy w warunkach dużych przeciążeń i ciężkich rozruchów. Na rysunku 7.10 zostały pokazane charakterystyki zewnętrzna i momentu dla silnika szeregowego. W rzeczywistości obydwie charakterystyki dla dużych prądów twornika, w wyniku oddziaływania twornika oraz nasycenia obwodu magnetycznego, nieznacznie odbiegają w stosunku do krzywych wynikających ze wzorów (7.12) i (7.13) (tzn. hiperboli i paraboli).


1.2.3. Rozruch silnika


Rozruchu silnika szeregowego dokonuje się przy obciążeniu, poprzez zmianę rezystancji rozrusznika Rr włączonego szeregowo z twornikiem. Wzrostowi rezystancji Rr odpowiada mniejsza prędkość obrotowa przy tym samym prądzie obciążenia (rys.7.11), a zatem poprzez regulację Rr od maksimum do zera osiągamy płynny wzrost prędkości obrotowej silnika od zera do wartości znamionowej.





Rys.7.11. Przebieg rozruchu silnika szeregowego


1.2.4. Regulacja prędkości obrotowej silnika szeregowego


Regulację prędkości obrotowej w silniku szeregowym można przeprowadzać przez:

  1. zmianę strumienia magnetycznego,

  2. zmianę rezystancji w obwodzie twornika,

  3. zmianę napięcia zasilającego.





Rys.7.12. Regulacja prędkości obrotowej silnika szeregowego przez bocznikowanie uzwojenia wzbudzającego


Ad.1. Zmianę wartości strumienia magnetycznego osiąga się przez bocznikowanie uzwojenia wzbudzenia lub uzwojenia twornika silnika szeregowego. W pierwszym sposobie, po zbocznikowaniu, przez uzwojenie magnesujące płynie mniejszy prąd i w konsekwencji wzrasta prędkość obrotowa (rys.7.12).

Sposób ten zapewnia regulację prędkości obrotowej w górę. Regulacja prędkości obrotowej przez bocznikowanie uzwojenia twornika jest regulacją w dół. Jest to jednak sposób nieekonomiczny (małe efekty, duże straty energii w boczniku) i rzadko stosowany.


Ad.2. Ten sposób regulacji polega na włączeniu dodatkowej rezystancji szeregowo z twornikiem i umożliwia regulację prędkości obrotowej w dół. Jest to również sposób nieekonomiczny.


Ad.3. Regulację prędkości przez zmianę napięcia zasilającego uzyskuje się przez zmianę napięcia w sieci zasilającej lub przez łączenie szeregowe bądź szeregowo-równoległe dwóch lub więcej mechanicznie ze sobą, sprzęgniętych silników. Najbardziej rozpowszechnionym układem jest układ trakcyjny jako zespół dwóch, czterech lub sześciu silników szeregowych, które początkowo łączy się szeregowo, a następnie równolegle. Na rysunku 7.13 pokazano przykładowo sposób łączenia zespołu dwóch silników. Przy połączeniu szeregowym na każdy silnik przypada połowa napięcia i prędkość obrotowa wynosi według wzoru (7.12):

(7.14)

natomiast przy połączeniu równoległym:

(7.15)

czyli prędkość obrotowa nr jest prawie dwa razy większa niż nsz. Układ trakcyjny składający się z czterech silników daje znacznie większe możliwości w zakresie płynności regulacji, gdyż napięcie na silnikach może się zmieniać od 1/4 U (połączenie szeregowe) poprzez 1/2 U (połączenie szeregowo-równoległe) do U (połączenie równoległe). W polskich kolejach stosowane jest napięcie sieci 3kV a napięcie znamionowe silników wynosi 1,5kV, z tego względu silniki pracują zawsze co najmniej po dwa szeregowo, co pozwala na dwa stopnie regulacji dla zespołu czterech silników i trzy stopnie regulacji dla zespołu sześciu silników. Złagodzenie gwałtownej zmiany prądu można osiągać używając rozrusznika podobnie jak przy rozruchu. Odpowiednio zaprojektowany rozrusznik na pracę długotrwałą może pełnić rolę regulatora prędkości. W ten sposób łączy się dwie metody regulacji prędkości, a regulacja staje się bardziej płynna.





Rys.7.13. Układ trakcyjny dwóch silników szeregowych: a) połączenie szeregowe silników;

b) połączenie równoległe silników


1.3. Prądnica bocznikowa i obcowzbudna


Siła elektromotoryczna indukowana w uzwojeniu twornika prądnicy zależy, zgodnie ze wzorem (7.1), od prędkości maszyny napędzającej i strumienia magnesującego. Zgodnie z II prawem Kirchhoffa napięcie na zaciskach prądnicy będzie różnicą pomiędzy indukowaną siłą elektromotoryczną a spadkami napięć na rezystancji obwodu twornika i rezystancji przejścia pomiędzy szczotkami a komutatorem

(7.16)


1.3.1. Warunki wzbudzenia prądnicy samowzbudnej


Uzwojenie wzbudzające prądnicy obcowzbudnej (rys.7.3a) jest zasilane z sieci prądu stałego, natomiast uzwojenie wzbudzające prądnicy bocznikowej samowzbudnej jest równolegle załączone do zacisków twornika. Sposób połączenia zacisków jest zależny od kierunku wirowania maszyny napędzającej; przy wirowaniu w lewo należy połączyć zaciski B2 i E1 oraz A1 i E2, a przy wirowaniu w prawo A1 i E1 oraz B2 i E2. Nieprawidłowe połączenie zacisków spowoduje zlikwidowanie strumienia magnetyzmu szczątkowego maszyny przez prąd płynący w uzwojeniu wzbudzenia, co uniemożliwi wzbudzenie prądnicy. Warunkiem wzbudzenia prądnicy bocznikowej samowzbudnej obok istnienia magnetyzmu szczątkowego jest to, aby rezystancja obwodu wzbudzającego była mniejsza od rezystancji maksymalnej, tzw. krytycznej Rmkr, a prędkość obrotowa większa od prędkości obrotowej minimalnej nkr przy zachowaniu kierunku zapewniającego wzrost strumienia.

Przebieg charakterystyki biegu jałowego prądnicy E0=f(Im) zależy od prędkości maszyny napędzającej. Im wyższa prędkość tym prądnica osiąga wyższe wartości indukowanej siły elektromotorycznej przy tym samym prądzie wzbudzenia Im. Rezystancja krytyczna Rmkr jest to taka rezystancja uzwojenia wzbudzającego, przy której prosta jest styczna do charakterystyki biegu jałowego prądnicy E0=f(Im). Jeżeli Rmmkr, charakterystyki E0=f(Im) i przecinają się określając napięcie wzbudzenia prądnicy przy biegu jałowym. Natomiast jeżeli charakterystyki te nie mają punktu wspólnego maszyna nie może pracować jako prądnica samowzbudna. Spełnienie warunków n>nkr i Rmmkr jak pokazuje rys.7.14 zapewnia przecięcie charakterystyki biegu jałowego prądnicy E0=f(Im) z prostą ImRm=f(Im) i ustalenie punktu pracy, to jest napięcia, do którego prądnica może się wzbudzić przy biegu jałowym.


Uruchomienie prądnicy przeprowadzamy przy maksymalnej rezystancji włączonej do obwodu wzbudzenia, którą następnie stopniowo zmniejszamy. Ma to zapobiec pojawieniu się nagle zbyt dużego napięcia na zaciskach prądnicy.





Rys.7.14 Warunki samowzbudzenia prądnicy bocznikowej


1.3.2. Charakterystyka zewnętrzna U=f(It)


Charakterystyka zewnętrzna prądnicy jest to zależność napięcia na zaciskach prądnicy od prądu obciążenia przy stałej prędkości obrotowej, oraz - dla prądnicy samowzbudnej - przy stałej rezystancji w obwodzie wzbudzenia Rm=const, natomiast dla prądnicy obcowzbudnej - przy stałym napięciu obwodu wzbudzenia Um=const. Jak wynika z rys.7.15 prąd zwarcia prądnicy bocznikowej jest znacznie mniejszy niż prąd znamionowy i zależy od siły elektromotorycznej będącej wynikiem działania magnetyzmu szczątkowego. Prąd zwarcia prądnicy obcowzbudnej (przy pełnym wzbudzeniu) może osiągnąć 15...20-krotną wartość prądu znamionowego.




Rys.7.15. Charakterystyki zewnętrzne prądnicy: 1 - samowzbudnej; 2 - obcowzbudnej


Zaletą prądnicy obcowzbudnej jest niewielka zmienność napięcia określona równaniem

(7.17)

która mieści się w granicach (5...10)%. Dla prądnicy samowzbudnej wynosi ona (15...25)%.

2. Badania laboratoryjne


2.1. Badanie silnika obcowzbudnego


2.1.1. Dane znamionowe


Należy zapoznać się z tabliczką znamionową badanego silnika i maszyny obcowzbudnej pracującej w układzie jako hamulec elektryczny. Dane znamionowe umieścić w sprawozdaniu.

1. Silnik obcowzbudny

Typ silnika...

Moc znamionowa Pn=... , napięcie znamionowe Un=... , prąd znamionowy twornika In=... , znamionowa prędkość obrotowa nn=... , prąd wzbudzenia znamionowy Imn=...

2. Prądnica obcowzbudna

Typ prądnicy ...

Moc znamionowa Pn=... , napięcie znamionowe Un=... , prąd znamionowy twornika In=... , znamionowa prędkość obrotowa nn=... , prąd wzbudzenia znamionowy Imn=...





7.16. Schemat układu połączeń

Oznaczenia:

M - silnik

G - prądnica (hamulec)

A1 - amperomierz do pomiaru prądu twornika silnika

A2 - amperomierz do pomiaru prądu wzbudzenia silnika

A3 - amperomierz do pomiaru prądu wzbudzenia prądnicy

A4 - amperomierz do pomiaru prądu twornika prądnicy

V1 - woltomierz do pomiaru napięcia na zaciskach silnika

V2 - woltomierz do pomiaru napięcia na zaciskach prądnicy

Rm1 - opornik do regulacji prądu wzbudzenia silnika

Rm2 - opornik do regulacji prądu wzbudzenia prądnicy

Rd - opornik dodatkowy w obwodzie twornika silnika

DMM - zespół tyrystorowy do napędu silników prądu stałego

F - falownik stanowiący obciążenie prądnicy

(praca hamulcowa).


Wykonywanie pomiarów.

Po zapoznaniu się z układem i sprawdzeniu połączeń należy:

  • położenie wyłączników w1 i w3 ustawić przed załączeniem napięcia, wyłącznik w2 pozostawić otwarty,

  • sprawdzić czy pokrętła regulacyjne napięcia zasilającego i obciążenia są ustawione w pozycji ,,min'',

  • opornik Rm1 ustawić w położeniu minimalnej rezystancji,

  • opornik Rm2 ustawić w położeniu maksymalnej rezystancji,

  • załączyć do układu napięcie przemienne poprzez zamknięcie wyłącznika na tablicy zasilającej (powoduje to zasilenie mierników cyfrowych, włączenie zasilania układów sterujących zespołu napędowego DMM i falownika oraz zasilenie obwodów wzbudzenia silnika i prądnicy),

  • załączyć zasilanie układu DMM poprzez stycznik (zielony przycisk) i dokonać rozruchu silnika poprzez regulację napięcia zasilającego silnik od 0 do wartości znamionowej,

  • opornikiem Rm1 wyregulować prąd wzbudzenia silnika do wartości znamionowej, wykonać pomiary dla stanu jałowego silnika, zamknąć wyłącznik w2 (poprzez stycznik) i obciążyć układ silnik - prądnica regulując pokrętłem obciążenia falownika.


Uwaga. Prąd w obwodzie wzbudzenia prądnicy należy regulować opornikiem Rm2 tak, aby napięcie na zaciskach prądnicy nie przekraczało 1,2 napięcia znamionowego prądnicy. Najlepiej ustawić prąd wzbudzenia w obwodzie prądnicy 0,26A.

1   2   3

Powiązany:

Ćwiczenie 7 badanie maszyn prądu stałego cel ćwiczenia icon6. Pomiar mocy w obwodach prądu stałego 1 Cel I zakres ćwiczenia

Ćwiczenie 7 badanie maszyn prądu stałego cel ćwiczenia iconBadanie obwodów prądu stałego cz. II – sprawdzenie praw kirchhoffa

Ćwiczenie 7 badanie maszyn prądu stałego cel ćwiczenia iconBadanie obwodów prądu stałego cz. I – sprawdzenie prawa ohma

Ćwiczenie 7 badanie maszyn prądu stałego cel ćwiczenia iconTemat: badanie prądnicy bocznikowej prądu stałego samowzbudnej

Ćwiczenie 7 badanie maszyn prądu stałego cel ćwiczenia iconZastosowanie kaskadowego regulatora rozmytego w układzie sterowania maszyną prądu stałego
...

Ćwiczenie 7 badanie maszyn prądu stałego cel ćwiczenia iconE1B. obwody prądu stałego – mierniki natęŻenia prądu I napięcia; wyznaczanie pracy prądu elektrycznego

Ćwiczenie 7 badanie maszyn prądu stałego cel ćwiczenia iconĆwicz. 1 Elementy wykonawcze ewa/st temat ćwiczenia: Silnik prądu stałego tarczowy

Ćwiczenie 7 badanie maszyn prądu stałego cel ćwiczenia iconTemat: Pomiary napięcia, prądu I rezystancji dla prądu stałego

Ćwiczenie 7 badanie maszyn prądu stałego cel ćwiczenia iconUkład do przekształcania prądu stałego, zasilany z sieci prądu przemiennego lub z baterii akumulatorów

Ćwiczenie 7 badanie maszyn prądu stałego cel ćwiczenia iconBadanie układów trójfazowych Cel ćwiczenia

Umieść przycisk na swojej stronie:
Rozprawki


Baza danych jest chroniona prawami autorskimi ©pldocs.org 2014
stosuje się do zarządzania
Rozprawki
Dom