silnik szeregowy prądu stałego

Ćwiczenie nr 6
Nazwisko imię .......................................................
Klasa
.......................................................
Data wykonania ćwiczenia .....................................
Data oddania sprawozdania .....................................
Ocena ........................................
TEMAT:
BADANIE SILNIKA SZEREGOWEGO PRĄDU STAŁEGO
CEL ĆWICZENIA
Poznanie:
 sposobu rozruchu silnika szeregowego
 właściwości przy pełnym i osłabionym polu wzbudzenia
UWAGA !


Badania będą przeprowadzone na silniku hamowanym hamulcem taśmowym.
W czasie badania silnik szeregowy może być uruchamiany tylko przy obciążeniu go
momentem hamującym ( należy go lekko przyhamować). Przy niedociążeniu lub braku
obciążenia może się ROZBIEGAĆ ( tzn. osiągnąć zbyt duże obroty) i spowodować
wypadek lub uszkodzenie samego silnika. Jeden z członków grupy powinien stale uważać,
czy silnik jest zahamowany, a drugi powinien znajdować się stale w pobliżu wyłącznika
stanowiskowego.
1. WIADOMOŚCI WSTĘPNE
Działanie silników prądu stałego polega na znanym z fizyki prawie:
na przewód z prądem umieszczony w polu magnetycznym działa siła zwana elektrodynamiczą
(o wartości F=BIL) wprawiająca ten przewód w ruch.
Jeżeli siłę F pomnożymy przez promień twornika (wirnika) – r to otrzymamy moment obrotowyM, zwany momentem elektromagnetycznym - M= F*r (dla silników prądu stałego wzór ten
po przekształceniach przyjmuje postać M=c**I). Jest to wzór teoretyczny.
Należy pamiętać, że wszystkie zjawiska zachodzące w prądnicach występują również w silnikach.
Do wytworzenia siły elektodynamicznej –F niezbędne jest pole magnetyczne i przewodnik z
prądem ( rys.1).
Silnik prądu stałego - schemat ideowyrys.1
Rys.1
1
Wyjaśnienie do rys.1
Silnik
1- kierunek prądu, 2- szczotka węglowa, 3- komutator, 4- kierunek prądu w wirniku, 5biegun północny pola magnetycznego wytwarzanego przez uzwojenie, 6- biegun
południowy pola magnetycznego wytwarzanego przez uzwojenie, 7- linie pola
magnetycznego, 8- wirnik, 9- kierunek obrotu wirnika, 10- siła elektrodynamiczna
Rys.4
prądu
Pole
magnetyczne w silniku szeregowym nie wytwarza magnes trwały lecz cewki połączone
szeregowo z uzwojeniem wirnika.
Wartość prądu pobieranego przez silnik określa wzór:
I= (U-E)/ Rt
gdzie :
I prąd silnika – A, U- napięcie zasilające-V, E-siła elektromotoryczna zaindukowana w silniku – V,
Rt= Rs – rezystancja silnika szeregowego - .
Siła elektromotoryczna zaindukowana w uzwojeniach twornika (wirnika) ma zwrot przeciwnie
skierowany do napięcia zasilającego i często nosi nazwę siły przeciwelektromotorycznej.
Jej wartość określa wzór
E=c**n
gdzie:
E-siła elektromotoryczna zaindukowana w silniku – V
c- stała maszyny
 - strumień magnetyczny – Wb
n – obroty wirnika (twornika)- obr/min
Prąd ten razem z polem magnetycznym spowoduje obroty wirnika, których wartość opisuje wzór:
n= (U-ItRt)/c
gdzie :
n – obroty wirnika – obr/min, U- napięcie zasilające-V, It prąd twornika silnika – A, c- stała
maszyny,  - strumień magnetyczny – Wb
Zmianę kierunku obrotów wirnika uzyskuje się
poprzez zmianę kierunku prądu w uzwojeniu wzbudzenia (biegunów głównych) lub wirnika.
Jednoczesna zmiana kierunku prądu w uzwojeniu wirnika i biegunach głównych nie spowoduje
zmiany kierunku wirowania.
SILNIK SZEREGOWY PRĄDU STAŁEGO
W silniku szeregowym uzwojenie wzbudzenia (biegunów głównych) połączone jest szeregowo z
uzwojeniem wirnika – stąd nazwa silnik silnika. Takie połączenie tych uzwojeń sprawia, że prąd
obciążenia (twornika) – It jest jednocześnie prądem magnesującym ( prądem biegunów głównych)
Zakładając, że  jest proporcjonalnie zależne od prądu It to wzór na moment obrotowy dla
silnika szeregowego przyjmie postać :
2
M=cIt2
Ze wzoru wynika, że zależność momentu obrotowego od prądu twornika jest paraboliczna.
Przypomina funkcję matematyczną y=ax2.
n
M
=It
Charakterystyka zależności prędkości i momentu obrotowego od prądu obciążenia
Z powyższego wykresu widać, że silnik szeregowy ma bardzo dogodne właściwości trakcyjne
dlatego też znalazł szerokie zastosowanie w trakcji elektrycznej.
O pozostałych charakterystykach i właściwościach przeczytaj w podręczniku.
2. WYZNACZENIE CHARAKTERYSTYKI ELEKTROMECHANICZNEJ
PRZY PEŁNYM WZBUDZENIU przy U=const.
2.1 Schemat połączeń (odłącznik otwarty)
UWAGA !
Przed łączeniem napięcia sprawdź czy:
 autotransformator układu prostownikowego jest „wyzerowany”
 silnik jest przyhamowany ( do obciążania silnika służy hamulec cierny taśmowy)
3
2.2 Tabela pomiarów
Lp
1
2
3
4
5
6
Lp
1
2
3
4
5
6
U
V
90
90
90
90
90
90
U
V
110
110
110
110
110
110
POMIARY
It
F1
A
N
F2
N
n
obr/min
POMIARY
F1
N
F2
N
n
obr/min
It
A
M
Nm
OBLICZENIA
P1
P2
W
W

-
M
Nm
OBLICZENIA
P1
P2
kW
kW

-
Przykładowe obliczenia:
Moment obrotowy M=(F1-F2)* D/2 =
Moc pobrana z sieci P1= U*I/1000 =
Moc mechaniczna na wale P2=n*M/9549 =
Sprawność silnika =P2/P1=
UWAGA!
Wykonaj charakterystyki M=f(It), P2= f(It), n= f(It), = f(It), na papierze milimetrowym lub w
exelu i dołącz do wniosków.
3. WYZNACZENIE ZALEŻNOŚCI PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ OD NAPIĘCIA PRZY
PEŁNYM WZBUDZENIU n=f(U), przy It=const.
3.1 Schemat połączeń jak w punkcie 2.1
3.2 Tabela pomiarów
POMIARY
lp
1
2
3
4
5
6
n
obr/min
U
V
I
A
10
n
obr/min
U
V
I
A
15
4
UWAGA!
Na podstawie pomiarów wykreślić charakterystyki n=f(U), i dołączyć do wniosków.
4. WYZNACZENIE ZALEŻNOŚCI PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ OD OBCIĄZENIA
PRZY OSŁABIONYM POLU WZBUDZENIA n=f(I), przy U=const.
4.1 Schemat połączeń jak w punkcie 2.1 ( przy zamkniętym odłączniku )
4.2 Tabela pomiarów
lp
n
obr/min
1
2
3
4
5
6
POMIARY
I
Iw
A
A
U
V
90
UWAGA!
Na podstawie pomiarów wykreślić charakterystyki n=f(I), i dołączyć do wniosków.
Proszę przedstawić na tym samym wykresie charakterystykę n=f(It) z punktu 2.2 (przy pełnym
wzbudzeniu)
5. WYKAZ PRZYRZĄDÓW
6. UWAGI I WNIOSKI
5