MPSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS

MPS

1. Zespół: Data:
Dobrosława Wawrzyniak 12.12.2024 r.
Aleksander Krzyślak
Martyna Tomczak
Sadowska Natalia













Badanie maszyn prądu stałego

3. Program badań
Badanie charakterystyki momentu rozruchowego:
• Zablokowanie wału
• Pomiar momentu rozruchowego dla trzech wartości prądu wzbudzenia:
o If1 = 0,87 [A] (prąd znamionowy)
o If2= 0,5 If1 = 0,44 [A]
o If3=1,5 If1 = 1,11 [A]
Badanie charakterystyki mechanicznej:
• Odblokowanie wału maszyny.
• Pomiar momentu na wale maszyny (przy stałej wartości Ua oraz If ) w funkcji Ia.
Badanie charakterystyk regulacyjnych
• W funkcji napięcia twornika
o Dla M = 0
▪ If = IfN
▪ If = 0,8 IfN
o Dla M = 0,5MN
▪ If = IfN
▪ If = 0,8 IfN
• W funkcji natężenia prądu twornika
o Dla M = 0
▪ oraz Uf = UfN
▪ Uf = 0,8 UfN
o Dla M = 0,5MN
▪ oraz Uf = UfN
▪ Uf = 0,8 UfN
• W funkcji natężenia prądu wzbudzenia
o Ua = UaN
o n = nN

4. Charakterystyka momentu rozruchowego
Badania przeprowadzono na zablokowanym wale, dla trzech sałych wartości prądu If . Wyniki
badań przedstawiono poniżej.



Następnie wykreślono wykresy, przedstawiające zmiany momentu rozruchowego M, w funkcji
średniego prądu twornika Ia.
Charakterystyki przedstawiono poniżej. Ua[V] Ia[A]Pa[W] Uf[V] If[A]Pf[W]M[Nm]
16,81228,049752,576183,970,866159,98733,002
15,13724,453650,547184,6190,867160,76229,312
13,33120,696552,91184,7760,867160,8724,791
11,32916,784455,797184,6670,866160,51120,035
8,54412,457320,834184,9230,866160,74714,752
7,2249,685239,556184,9430,865160,69811,381
5,5366,764153,13185,0710,865160,8617,82
2,2770,90721,208185,0840,865160,9170,779
2,234 1,16 18,9184,5870,862159,8870,785
If1 = 0,87 [A] Ua[V] Ia[A]Pa[W] Uf[V] If[A]Pf[W]M[Nm]
16,02826,575673,294,6090,44942,62121,451
13,56422,055544,28394,8470,45142,8718,183
11,00817,183428,53994,8060,4542,83614,084
9,52814,327368,99594,8820,45142,91311,622
7,154 9,46235,03894,9460,45142,9647,423
5,5186,497150,4795,0810,45243,0914,991
2,2310,92215,16794,8580,45142,9370,291
If1 = 0,44[A] Ua[V] Ia[A]Pa[W] Uf[V] If[A]Pf[W]M[Nm]
15,84826,115713,703239,0551,111266,9734,093
13,00620,732567,921239,3881,11266,99327,242
11,17716,574453,169239,8031,109267,23921,694
9,30713,516354,906240,3431,109267,94517,521
8,02511,693296,719240,2391,107267,25115,116
7,11 9,566233,485239,7031,103265,62912,254
5,6436,882155,152239,8371,101265,4128,656
2,3291,40623,119240,3111,102266,2471,279
If1 = 1,11[A]

5. Charakterystyka jest bardzo zbliżona do charakterystyki liniowej. Zgadza się ze wstepnymi
założeniami, wynikającymi z interpretacji wzoru, wiążącego moment rozruchowy z prądem
twornika. Zależność ta przedstawiona jest poniżej.
??????=??????
�∙ɸ∙??????
??????
Przedstawia on wprost proporcjonalną zależność między M a Ia , co potwierdziły badania
omawiane wyżej.
Stromość nachylenia charakterystyk zależy w całości od wartości prądu wzbudzenia, gdzie dla
większych wartości tego parametru, stromość jest większa, a wraz z jego zmniejszeniem,
charakterystyka sie prostuje.
Współczynnik cm jest stały dla danego silnika, co oznacza że zmiana If zmienia wartość
strumienia ɸ.
Charakterystyka mechaniczna
Celem badania charakterystyki mechanicznej silnika prądu stałego jest analiza zależności
prądu twornika ??????
?????? oraz prędkości obrotowej ?????? od momentu obciążenia ??????. Pomiar wykonywany
jest przy stałym prądzie wzbudzenia i napięciu znamionowym twornika, umożliwiając ocenę
parametrów pracy maszyny w różnych warunkach obciążenia. Wyniki pozwalają na określenie
właściwości dynamicznych i eksploatacyjnych silnika.

6. Charakterystyki ????????????=??????(??????) oraz ??????=??????(??????)

Sprawność silnika
Sprawność silnika obliczę z następującego wzoru:
??????=
??????
??????????????????
??????
??????????????????

Gdzie:
• ??????
?????????????????? – moc wyjściowa silnika ??????
??????????????????=????????????, ??????=
2??????�
60

• ??????
?????????????????? – moc wejściowa pobierana z sieci. ??????
??????????????????=??????
??????+??????
??????


Obliczone sprawności:

7. Charakterystyka ??????=??????(??????)

8. Charakterystyki regulacyjne
Badania charakterystyk regulacyjnych przeprowadzono dla następujących warunków: dla
momentów równych: 0; 0,5Mn i dwóch wartości prądu rozruchowego If = 0,88 A oraz If = 0,71A.
Także charakterystyki regulacyjne dla momentów równych: 0; 0,5Mn i dwóch wariantów
napięcia U = 220 V i U= 0,8Un = 170 V oraz dla stałych wartości napięcia Ua = Un =220V i
prędkości obrotowej n = 1600 obr/min.
Mn – moment znamionowy = 26,86 Nm
Tabela 3.1 Tabela pomiarowa dla M =0 i prądu wzbudzenia = 0,88 A.
Ua [V] Ia [V] Pa [W] Uf [V] If [V] Pf [W] obr/min M [Nm]
253,698 1,581 421,072 166,83 0,872 146,172 1867,787 0,486
230,145 1,429 347,649 166,389 0,867 144,939 1695,629 0,33
200,702 1,274 272,712 166,468 0,865 144,75 1480,164 0,303
171,284 1,153 213,73 167,246 0,868 145,826 1259,491 0,06
143,14 1,021 160,658 167,535 0,868 146,101 1050,67 0,087
102,025 0,89 104,284 166,877 0,863 144,619 746,872 -0,005
69,088 0,795 72,306 166,727 0,86 144,057 501,484 -0,005
27,911 0,777 48,897 167,082 0,861 144,433 191,119 -0,004
1,429 -0,386 62,059 167,045 0,859 144,349 0 -0,003

Tabela 3.2 Tabela pomiarowa dla M =0 i prądu wzbudzenia = 0,81 A.
Ua [V] Ia [A] Pa [W] Uf [V] If [A] Pf [W] obr/min M [Nm]
236,839 1,647 412,074 138,524 0,711 98,943 1913,479 0,509
206,482 1,475 324,729 138,711 0,712 99,222 1665,255 0,33
171,748 1,248 231,837 139,048 0,714 99,714 1382,175 0,073
137,696 1,113 169,938 138,929 0,713 99,508 1106,455 0,09
107,925 0,98 121,165 138,541 0,711 98,938 865,387 0,093
76,937 0,859 79,717 139,201 0,714 99,798 611,22 0,008
50,659 0,717 54,555 138,782 0,712 99,166 397,032 0,009
1,726 -0,244 64,953 139,286 0,714 99,873 0 0,011

9. Wykres 3.1 Charakterystyka regulacyjna prędkości obrotowej silnika w funkcji napięcia twornika
dla zerowego momentu i dwóch wartości prądów rozruchowych.
Wnioski:
Wzrost napięcia Ua powoduje wzrost prędkości obrotowej n – jest to zależność liniowa. Przy
niższym prądzie rozruchowym (If = 0,71 A) prędkość obrotowa jest wyższa dla tego samego
napięcia Ua, w porównaniu do wyższego prądu rozruchowego (If = 0,88 A). Prąd rozruchowy
wpływa na charakterystykę prędkości obrotowej – większy prąd rozruchowy prowadzi do
niższej prędkości obrotowej przy danym napięciu, co sugeruje większe straty w układzie.
Tabela 3.3
Ua [V] Ia [A] Pa [W] Uf [V] If [A] Pf [W] obr/min M [Nm]
216,765 12,359 2879,594 170,731 0,863 147,887 1554,33 13,289
182,738 12,069 2408,795 175,915 0,886 156,513 1287,1 13,133
145,417 12,291 2004,323 175,479 0,882 155,474 1014,097 13,477
110,882 12,147 1567,845 175,71 0,881 155,569 759,161 13,419
81,21 12,078 1204,59 175,37 0,878 154,572 541,275 13,367
61,086 12,058 963,336 174,343 0,868 151,956 394,203 13,333
Tabela 3.4
Ua [V] Ia [A] Pa [W] Uf [V] If [A] Pf [W] obr/min M [Nm]
219,742 13,594 3206,359 141,685 0,707 100,517 1719,914 13,294
192,473 13,655 2850,141 141,794 0,708 100,793 1494,548 13,463
161,914 13,473 2412,371 141,841 0,709 100,912 1245,528 13,372
121,401 13,453 1872,69 141,405 0,707 100,38 917,16 13,427
91,084 13,361 1458,176 141,21 0,706 100,163 667,033 13,422
70,356 13,451 1194,726 141,441 0,708 100,498 500,141 13,505
58,175 13,314 1023,385 141,144 0,706 100,069 403,326 13,473
0
500
1000
1500
2000
2500
0 50 100 150 200 250 300
n [obr/min]
Ua [V]
Charakterystyka regulacyjna n = f(Ua) dla M = 0
If = 0,88 A
If = 0,71 A

10. Wykres 3.2 Charakterystyka regulacyjna prędkości obrotowej silnika w funkcji napięcia twornika
dla połowy momentu rozruchowego i dwóch wartości prądów rozruchowych.
Wnioski:
Obciążenie (M = 0,5Mn) obniża prędkość obrotową w porównaniu do stanu bez obciążenia.
Prędkość obrotowa n rośnie liniowo z napięciem Ua – nadal widoczna jest proporcjonalna
zależność. Niższy prąd rozruchowy ponownie prowadzi do wyższej prędkości obrotowej przy
danym napięciu Ua w porównaniu do wyższego prądu rozruchowego (If = 0,88 A). Obciążenie
wpływa na spadek prędkości obrotowej – wzrost momentu hamującego M powoduje większy
spadek obrotów, szczególnie przy wyższym prądzie rozruchowym.


Tabela 3.5
Ua [V] Ia [A] Pa [W] Uf [V] If [A] Pf [W] obr/min M [Nm]
220,249 1,825 427,835 120,747 0,598 72,529 1954,728 0,675
220,353 1,607 377,244 142,852 0,706 101,345 1800,547 0,428
220,21 1,47 343,383 162,471 0,802 130,96 1690,337 0,324
220,41 1,419 331,684 176,707 0,871 154,684 1628,308 0,3
220,695 1,353 315,974 188,441 0,927 175,603 1585,331 0,326
220,617 1,334 311,364 200,667 0,986 198,771 1546,761 0,335
220,622 1,294 301,849 212,305 1,041 222,128 1514,359 0,331
220,698 1,239 289,348 238,214 1,162 278,399 1456,474 0,301

0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 50 100 150 200 250
n [obr/min]
Ua [V]
Charakterystyka regulacyjna n = f(Ua) dla M = 0,5Mn
If =
0,88

11. Tabela 3.6
Ua [V] Ia [A] Pa [W] Uf [V] If [A] Pf [W] obr/min M [Nm]
175,415 2,085 397,552 88,763 0,439 39,08 1941,987 0,694
175,336 1,672 318,829 111,163 0,548 61,132 1691,891 0,295
175,348 1,427 270,546 133,591 0,657 88,072 1501,552 0,32
175,327 1,272 241,084 154,584 0,759 117,816 1384,982 0,26
175,446 1,21 228,66 171,059 0,838 144,087 1317,099 0,077
175,466 1,163 219,751 186,165 0,911 170,371 1268,232 0,08
175,395 1,066 201,326 203,5 0,992 202,979 1224,957 0,078
175,408 1,09 205,544 234,115 1,14 268,303 1163,979 0,087


Wykres 3.3 Charakterystyka regulacyjna prędkości obrotowej silnika w funkcji prądu
rozruchowego dla zerowego momentu.
Wnioski:
Prędkość obrotowa n maleje wraz ze wzrostem prądu rozruchowego If – większy prąd
wzbudzenia powoduje spadek prędkości obrotowej. Wyższe napięcie Ua prowadzi do
wyższych wartości prędkości obrotowej dla każdego prądu rozruchowego If w porównaniu do
niższego napięcia Ua. Charakterystyka jest nieliniowa – spadek prędkości obrotowej jest
bardziej stromy dla mniejszych wartości prądu If, a następnie stopniowo się stabilizuje.
Wzrost If zwiększa strumień magnetyczny, co z kolei powoduje spadek prędkości obrotowej n
przy stałym napięciu Ua, zgadza się to z założeniami dla maszyn prądu stałego.


0
500
1000
1500
2000
2500
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
n [obr/min]
If [A]
Charakterystyka regulacyjna n = f(If) dla M = 0
Ua = 220 V
Ua = 175 V

12. Wykres 3.4 . Charakterystyka regulacyjna prędkości obrotowej w funkcji prądu If dla momentu równego
połowie momentu znamionowego dla dwóch wariantów napięcia twornika.

Wraz ze wzrostem prądu wzbudzenia wartość prędkości obrotowej maleje wykładniczo, co
zgadza się z założeniami wynikającymi ze wzoru na prędkość. Charakterystyki przesuwają się
0
500
1000
1500
2000
2500
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40
Prędkość obrotowa [obr/min]
Prąd If [A]
Charakterystyka regulacyjna n = f(If) dla M = 0,5Mn
Ua = 220 V
Ua = 170 V

13. względem siebie równolegle względem osi OY w zależności od wartości napięcia twornika. Im
większa wartość tego napięcia, tym zależność będzie znajdywała się wyżej. Regulacja prędkości
obrotowej z wykorzystaniem prądu jest skuteczne tylko dla pewnego zakresu wartości prądu
wzbudzenia i dla jego większych wartości charakterystyka coraz bardziej przypomina stałą, a
więc kontrola prędkości jest coraz mniej precyzyjna.


Wykres 3.5. Charakterystyka regulacyjna prądu If w funkcji momentu obciążenia dla stałej prędkości
obrotowej n = 1600 obr/min i napięcia twornika równego 220 V.

Powyższa charakterystyka pokazuje, że wraz ze wzrostem momentu, prąd wzbudzenia jest coraz
mniejszy. Zależność ma charakter nieliniowy, a szybki spadek prądu wzbudzenia dla małych
wartości momentu oraz niewielkie zmiany prądu dla dużych wartości momentu świadczą o tym,
że zależność jest wykładnicza.
0,78
0,80
0,82
0,84
0,86
0,88
0,90
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00
Prąd If [A]
Moment M [Nm]
Charakterystyka regulacyjna If= f(M)dla n = 1600
obr/min