Ćwiczenie 8. BADANIE MASZYN PRĄDU STAŁEGO
Pytania i zagadnienia:
• Jak jest zbudowana maszyna prądu stałego?
Maszyny te składają się z trzech zasadniczych elementów:
-nieruchomego stojana, w którym jest umieszczone bieguny główne z uzwojeniem wzbudzenia
-obracający się wirnik, na którym też jest umieszczone uzwojenie, ze względu na fakt indukowania się w tym uzwojeniu siły elektromotorycznej wirnik maszyny prądu stałego nosi nazwę twornika.
-komutatora, składającego się z wielu miedzianych odizolowanych od siebie wycinków tworzących razem powierzchnię walcową, jest umieszczony na wale wirnika
Obecność komutatora to główna wada tych maszyn, gdyż wymaga on ślizgowego kontaktu szczotek w wycinkami komutatora, co powoduje iskrzenie, skraca czas życia maszyny i obniża jej niezawodność.
· Na czym polega oddziaływanie twornika w maszynie prądu stałego i jakie są jego skutki?
Przepływ twornika zniekształca pole w maszynie. Skutki oddziaływania twornika są następujące:
-przesunięcie strefy neutralnej (gorsza komutacja)
-odmagnesowanie jednej i domagnesowanie drugiej połówki nadbiegunnika
-wzrost strat w żelazie wirnika
· Co to jest zjawisko komutacji w maszynie prądu stałego i w jaki sposób objawia się niewłaściwy przebieg komutacji?
Proces przełączania zezwojów twornika przez zestyk komutator-szczotki nosi nazwę komutacji. Ma ona bardzo złożony charakter, a zła, objawiająca się iskrzeniem może doprowadzić do zniszczenia szczotek i komutatora.
• Jakie zadania pełnią w maszynie prądu stałego:
- zestyk komutator-szczotki, - przełączają zezwoje twornika, dzięki czemu w zwieranych zezwojach ulega zmianie zwrot prądu
- bieguny pomocnicze,- przeciwdziałają niekorzystnemu przesunięciu osi neutralnej, powstałego na skutek przepływu twornika
- uzwojenie kompensacyjne – przeciwdziałają powstaniu zniekształceń w strefie biegunów głównych,
Uzwojenia biegunów pomocniczych i kompensujące łączy się szeregowo z uzwojeniem twornika
• Od jakich wielkości zależą: siła elektromotoryczna (napięcie indukowane) oraz moment elektromagnetyczny, wytwarzane w maszynie prądu stałego?
siła elektromotoryczna- zależy od liczby zwojów w zezwoju, długości boków czynnych w uzwojeniu twornika, wartości indukcji magnetycznej oraz prędkości liniowej przecinania strumienia magnetycznego przez boki czynne uzwojenia twornika.
Moment Magnetyczny – zależy od strumienia magnetycznego wytworzonego przez prąd wzbudzenia, oraz od prądu w tworniku silnika oraz od liczby gałęzi równoległych uzwojenia twornika
• Jak, ogólnie, można podzielić straty mocy, które powstają w maszynie prądu stałego, i jak zależy jej sprawność od obciążenia?
Występują straty mocy w obwodzie twornika (obciążeniowe), w uzwojeniu bocznikowym lub obcowzbudnym (wzbudzenia), w żelazie wirnika i mechaniczne.
• Naszkicuj i uzasadnij teoretycznie charakterystykę mechaniczną silnika prądu stałego:
- obcowzbudnego i bocznikowego,
- szeregowego.
U3<U2<U1<Un; a5<a4<a1=1, a=Iw/Iw1 (w szeregowym Iw1=Ia)
• Wykaż analitycznie i objaśnij na odpowiednich wykresach, w jaki sposób można regulować prędkość obrotową silnika prądu stałego:
Wykresy jw.
- Bocznikowego (przy stałym prądzie wzbudzającym można traktować jak obcowzbudny),
- obcowzbudnego
- Poprzez zmiany napięcia zasilającego, strumienia wzbudzającego lub rezystancji dodatkowej w obwodzie twornika można zmieniać prędkość silnika.
• Jaki jest efekt osłabienia wzbudzenia silnika prądu stałego:
- bocznikowego, - wzrost prędkości obrotowej
- szeregowego - wzrost prędkości obrotowej
• Objaśnij, rysując rodzinę odpowiednich charakterystyk mechanicznych, jak przebiega rozruch rezystorowy silnika prądu stałego:
- bocznikowego,
• Jakich zmian należy dokonać w układzie połączeń, aby uzyskać przeciwny kierunek wirowania wału silnika:
- bocznikowego, - należy przełączyć napięcie zasilania wirnika
- szeregowego – należy przełączyć obwód wirnika
• Jak należy połączyć uzwojenie wirnika silnika bocznikowego przy hamowaniu:
- prądnicowym, - jak przy nomalnej pracy
- przeciwprądowym, - należy przełączyć napięcie zasilania
- dynamicznym – odłączenie obwodu wirnika od sieci i zwarcie go odpowiednią rezystancją, uzwojenie wzbudzenia nadal podłączone do sieci.
• Podaj warunki i objaśnij proces samowzbudzenia prądnicy bocznikowej prądu stałego.
Zapoczątkowanie procesu samowzbudzenia uwarunkowane jest istnieniem magnetyzmu szczątkowego, a jego dalszy przebieg wymaga przyłączenia końcówek uzwojenia wzbudzającego, aby strumień pochodzący od prądu wzbudzającego miał ten sam zwrot co strumień szczątkowy.
Prądnica bocznikowa jest maszyną samowzbudną, gdyż prąd wzbudzenia nie jest dostarczony z oddzielnego źródła, ale jest wytworzony przez sama maszynę.
Proces:
Jeżeli w obwodzie magnetycznym maszyny istnieje magnetyzm szczątkowy jako pozostałość po poprzedniej pracy, to pod wpływem tego niewielkiego strumienia magnetycznego powstaje, w obracającym się ze stała prędkością obrotową uzwojeniu twornika, niewielka siła elektromotoryczna, zwana napięciem remanencji.
• Naszkicuj charakterystyki zewnętrzne prądnic prądu stałego: obcowzbudnej i bocznikowej; wyjaśnij, czym jest wywołany różny kształt tych charakterystyk.
• Wykaż analitycznie, w jaki sposób można regulować napięcie prądnicy:
- obcowzbudnej,
Jeśli prądnica jest obciążona prądem I, to napięcie U jest znacznie mniejsze od napięcia indukowanego E o spodki napięć na rezystancjach wirnika i ewentualnie włączonych szeregowo uzwojeń biegunów pomocniczych i uzwojeń kompensacyjnych oraz o spadek napięcia na szczotkach. Zatem napięcie prądnicy można regulować poprzez odpowiednie dobranie i dołączenie rezystancji do obwodu wirnika
////jak wynika z charakterystyki obciążeniowej aby napięcie na zaciskach maszyny było stałe należy dokonywać regulacji prądu wzbudzenia, czyli w miarę wzrostu prądu obciążenia musi wzrastać strumień i prąd wzbudzający. Czyli w obwód wzbudzenia należy włączyć rezystor zmiennej rezystancji.
- bocznikowej.
Z charakterystyki zewnętrznej prądnicy bocznikowej można zauważyć, że wskutek oddziaływania wirnika i spadków napięć na rezystancji wirnika, a także wskutek zmniejszania się prądu wzbudzającego napięcie zmniejsza się silnie prze wzroście obciążenia. Zatem napięcie można regulować wartością prądu wzbudzającego i równolegle dołączaną rezystancją regulacyjną do uzwojenia twornika.
• W jaki sposób można uzyskać zmianę biegunowości napięcia na zaciskach prądnicy:
Poprzez zmianę kierunku wirowania prądnicy bocznikowej wraz z przełączeniem zaciskow bocznikowego uzwojenia wzbudzenia
Lub poprzez zmianę zwrotu remanencji magnetycznej (przez uzwojenie wzbudzenia trzeba przepuścić prąd z obcego źródła prądu stałego o zwrocie przeciwnym do poprzedniego)
Rzedzian8