Silnik Dc Caly.pdf

K ATEDRA Z ASTOSOWAŃ

E LEKTRONIKI

I E LEKTROTECHNIKI

Laboratorium Elektrotechniki

Temat ćwiczenia:

S ILNIK PRĄDU STAŁEGO

I. W STĘP TEORETCZNY

1. Budowa i zasada działania maszyny prądu stałego

Prądnice i silniki prądu stałego są maszynami elektrycznymi odwracalnymi, to znaczy, że

mogą pracować jako prądnice, jeżeli pobierają energię mechaniczną

a oddają elektryczną, lufo też jako silniki, jeżeli pobierają energię elektryczną

a oddają energię mechaniczną.

Maszyna prądu stałego składa się z dwóch zasadniczych części (rys. 1.)

 nieruchomej, zwanej magneśnicą lub stojanem (1), na którego obwodzie we-

wnętrznym przymocowane są bieguny elektromagnesów (4)

z cewkami, wzbudzającymi (7) oraz nabiegunnikami (5).

 ruchomej, zwanej wirnikiem lub twomikiem (2), składającej się

z umieszczo;nego w żłobkach uzwojenia twornika (6) oraz komutatora (3) i

przylegających do neigo szczotek (8).

Maszyna prądu stałego działa na zasadzie indukcji elektromagnetycznej, polegającej na

wytwarzaniu siły elektromotorycznej w przewodnikach, znajdujących się w zmiennym polu

magnetycznym. Pole magnetyczne wytwarzane jest przez elektromagnesy umieszczone na

obwodzie magneśnicy. Kierunek strumienia magnetycznego zależy od kierunku prądu w

uzwojeniach elektromagnesów. Strumień magnetyczny zamyka się poprzez obwód

magnetyczny złożony z rdzeni biegunów, jarzma stojana, szczeliny powietrznej oraz rdzenia

twornika.

W celu zmniejszenia prądów wirowych rdzeń twornika wykonuje się z krążków blachy

krzemowej o grubości 0,5 mm, izolowanych od siebie papierem lub lakierem. W żłobkach

wyciętych równolegle do osi twornika umieszczone jest uzwojenie twornika, wykonane z

izolowanych przewodów miedzianych. Uzwojenie twornika dołączone jest do izolowanych od

siebie wycinków komutatora.

W maszynie prądu stałego pracującej jako prądnica komutator służy do przetworzenia

przemiennej siły elektromotorycznej indukowanej w uzwojeniu twornika na siłę

elektromotoryczną jednokierunkową, natomiast w silniku komutator służy do utrzymania

stałego kierunku siły działającej na boki zezwojów. Do powierzchni wirującego komutatora

przylegają nieruchome szczotki węglowe, które zbierają wyprostowany prąd pulsujący.

Rys. 1. Szkic maszyny prądu stałego

Podczas wirowania twornika z prędkością n, niezależnie od tego czy maszyna pracuje jako

prądnica, czy też jako silnik, strumień magnetyczny Φ wytworzony przez prąd magnesujący

I m , płynący przez uzwojenie wzbudzenia indukuje w uzwojeniu twornika siłę

elektromotoryczną E

E = kΦn

(1)

gdzie: k — stała konstrukcyjna maszyny

W przypadku pracy maszyny jako prądnicy siła elektromotoryczna jest większa od napięcia na

zaciskach prądnicy o wartości spadku napięcia na uzwojeniach twornika

U = E- I t R tc

(2)

gdzie: I t — prąd płynący przez twornik

R tc — całkowita rezystancja obwodu twornika

W przypadku zaś pracy maszyny jako silnika siła elektromotoryczna jest mniejsza od napięcia

na zaciskach silnika o wartość spadku napięcia na uzwojeniu wirnika

U = E + I t R tc

(3)

W maszynie prądu stałego, niezależnie od rodzaju jej pracy (prądnica czy silnik) boki zwojów

uzwojenia wirnika wiodące prąd znajdują się w głównym polu magnetycznym maszyny i —

zgodnie z regułą lewej dłoni — na każdy bok uzwojenia działa siła F. Siły działające mn boki

uzwojenia twornika wytwarzają na jego obwodzie moment

M = cΦI t (4)

W prądnicy moment ten jest momentem hamującym, pokonywanym przez silnik napędzający,

natomiast w silniku jest momentem napędowym.

Ze względu na sposób wytworzenia strumienia magnetyczengo Φ (sposób wzbudzenia)

prądnice prądu stałego możemy podzielić na obcowzbudne

i samowzbudne.

W prądnicach obcowzbudnych uzwojenie wzbudzenia zasilane jest z obcego źródła prądu np.

z prostownika, sieci prądu stałego lub akumulatorów. Obwód wzbudzenia jest niezależny od

twornika.

Prądnice samowzbudne w zależności od podłączenia uzwojenia wzbudzenia względem

uzwojenia, twornika dzielą się na bocznikowe, szeregowe i szeregowo-bocznikowe.

W samowzbudnej prądnicy bocznikowej uzwojenie wzbudzenia zasilane jest prądem

magnesującym I m z twornika tej samej maszyny. Część prądu wytworzonego przez prądnicę

(1—5%) idzie więc na wytworzenie strumienia magnetycznego zgodnie ze wzorem:

I = I t - I m

(5)

gdzie: I — prąd obciążenia

Rys. 2. Schemat prądnicy bocznikowej prądu stałego

2. Warunki samowzbudzenia prądnicy:

W rdzeniu biegunów prądnicy istnieje zazwyczaj (na skutek histerezy magnetycznej) strumień

szczątkowy Φ sz , który w uzwojeniu wirującego z prędkością n twornika indukuje niewielką

szczątkową siłę elektromotoryczną E sz .

Podczas biegu jałowego prądnicy (I = 0) pod wpływem E sz w zamkniętym obwodzie

wzbudzenia popłynie prąd, który zwiększy strumień magnetyczny. Wzrost strumienia

magnetycznego spowoduje zwiększenie siły elektromotorycznej twornika i dalszy wzrost

prądu wzbudzającego. Siła elektromotoryczna przestaje wzrastać z chwilą kiedy zrówna się z

wartością spadku napięcia na rezystancji obwodu wzbudzenia R mc I m (rys. 3.),

gdzie: R mc = R m + R reg + R tc

R m — rezystancja uzwojenia wzbudzenia

R reg — rezystancja opornika regulacyjnego

R tc — rezystancja całkowita obwodu twornika

Rys. 3. Wykreślne wyznaczanie SEM E ust prądnicy samowzbudnej przy n = const, I = 0;

Aby prądnica mogła się wzibudzić, muszą być spełnione następujące warunki:

- istnienie magnetyzmu szczątkowego, wywołującego strumień

szczątkowy Φ sz

- połączenie obwodu wzbudzenia z zaciskami twornika musi być takie,

aby strumień magnetyczny wytworzony przez prąd I m wzmacniał

strumień szczątkowy Φ sz

- rezystancja uzwojenia wzbudzenia nie może być zbyt duża — przy

zbyt dużej rezystancji R mc nie nastąpi przecięcie prostej R mc I m

z charakterystyką E= f(I m ) na wysokości odpowiadającej E n (rys. 3.)

- siła elektromotoryczna E sz = kΦ sz n powinna być dostatecznie duża

(2—5%) En;

Maszyna może się nie wzbudzić, jeżeli posiada zbyt niską prędkość obrotową.

Aby prądnica samowzbudna się wzbudziła, wszystkie wyżej wymieniane warunki muszą być

spełnione jednocześnie.

3. Oddziaływanie twornika

W nieobciążonej maszynie prądu stałego istniej tylko pole magnetyczne główne Φ m

wytworzone przez cewki wzbudzające biegunów magnetycznych (rys. 4a). Oś strefy obojętnej

jest prostopadła do osi magnesów. Jeżeli maszyna zostanie obciążona, to prąd obciążenia

płynący przez twornik wytworzy wokół twornika pole magnetyczne Φ t . Na rys. 4b podano

przebieg linii sił pola twornika przy przepływie prądu przez uzwojenie twornika dla maszyny

niewzbudzonej. Oba te pola Φ m i Φ t wytwarzają wypadkowe pole magnetyczne (rys. 4c). Na

rysunku widać, że po stronie lewej od osi biegunów magnetycznych w górnej części nastąpiło

osłabienie pola (zmniejszenie indukcji), po stronie zaś prawej wzmocnienie (zwiększenie

indukcji), w części dolnej odwrotnie: po stronie lewej wzmocnienie, po stronie prawej

osłabienie pola.

Rys. 4. Oddziaływanie twornika w maszynie prądu stałego

W rezultacie oddziaływania twornika rozkład indukcji magnetycznej pod biegunem staje się

nierównomierny, wskutek czego oś wypadkowego strumienia magnetycznego Φ przebiega

ukośnie w stosunku do osi geometrycznej biegunów stojana. Strefa obojętna, leząca

w płaszczyźnie prostopadłej do osi strumienia wypadkowego Φ przekręca się o kąt α 0

w stosunku do swego położenia przy biegu jałowym.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: