Κινητήρας συνεχούς ρεύματος σύνθετης διέγερσης. α) αθροιστικής σύνθετης διέγερσης

Transcript

1 ΑΣΚΗΣΗ 10 Κινητήρας συνεχούς ρεύματος σύνθετης διέγερσης α) αθροιστικής σύνθετης διέγερσης 1

2 Α. Θεωρητικές επεξηγήσεις: Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος σύνθετης διέγερσης συνδυάζει τα πλεονεκτήματα του κινητήρα σειράς (μεγάλη ροπή εκκίνησης) και του κινητήρα παράλληλης διέγερσης (μικρή μεταβολή των στροφών του σε σχέση με την μεταβολή του φορτίου του). Επίσης ο κινητήρας αυτός μπορεί να ξεκινήσει χωρίς φορτίο εν αντιθέσει με τον κινητήρα διέγερσης σειράς. Οι κινητήρες σύνθετης διέγερσης όπως και οι γεννήτριες σύνθετης διέγερσης χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: Στους κινητήρες με αθροιστική σύνθετη διέγερση και στους κινητήρες με διαφορική σύνθετη διέγερση. Στους πρώτους το τύλιγμα σειράς και το παράλληλο τύλιγμα συνδέονται με τέτοιο τρόπο, έτσι ώστε οι μαγνητικές ροές που αναπτύσσουν να προστίθενται ενώ στους δεύτερους να αφαιρούνται. Στο παρακάτω σχήμα βλέπουμε το ισοδύναμο κύκλωμα του κινητήρα και τις σχέσεις που τον διέπουν. I I I a e V E I ( R R ) V Ie R a a a es tep 2

3 Η συμπεριφορά του κινητήρα αυτού ανάλογα με τις απαιτήσεις λειτουργίας του μπορεί να είναι περισσότερο συμπεριφορά κινητήρα παράλληλης διέγερσης ή κινητήρα διέγερσης σειράς, ανάλογα με το αν υπερισχύει η δράση του μαγνητικού πεδίου του τυλίγματος της παράλληλης διέγερσης ή της διέγερσης σειράς. Η ροπή του κινητήρα ισούται με: M C I m E a Η μαγνητική ροή E που αναπτύσσει το παράλληλο τμήμα της διέγερσης του κινητήρα Σ.Ρ. σύνθετης διέγερσης μπορεί να θεωρηθεί σταθερή ενώ η μαγνητική ροή που αναπτύσσει το τμήμα σειράς της διέγερσης του κινητήρα μεταβάλλεται με το φορτίο. Η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα ισούται με: a i s s V I R I R n C m E Με την αύξηση του φορτίου αυξάνει το ρεύμα φορτίου με συνέπεια την ελάττωση του αριθμητή και την αύξηση του παρονομαστή, άρα και την μείωση της ταχύτητας περιστροφής. Η ελάττωση του αριθμητή που είναι μεγαλύτερη από ότι σε έναν κινητήρα παράλληλης διέγερσης και η αύξηση του παρονομαστή οδηγούν στο συμπέρασμα ότι ο ρυθμός μείωσης της ταχύτητας περιστροφής του κινητήρα Σ.Ρ. αθροιστικής σύνθετης διέγερσης είναι μεγαλύτερος από αυτόν του κινητήρα παράλληλης διέγερσης για το ίδιο φορτίο. 3

4 σχέση: Η σχέση ροπής ισχύος σε έναν κινητήρα δίνεται από την m P W Nm 2 n rpm 60 Η απορροφούμενη από το δίκτυο ισχύ του κινητήρα δίνεται από την σχέση: P IN VI L Από τις δύο παραπάνω σχέσεις μπορεί κανείς να υπολογίσει τον βαθμό απόδοσης του κινητήρα σε διάφορες τιμές φόρτισης του. Η χαρακτηριστική ταχύτητας ροπής του κινητήρα με αθροιστική σύνθετη διέγερση φαίνονται στο παρακάτω σχήμα όπου και συγκρίνεται με τις χαρακτηριστικές του κινητήρα διέγερσης σειράς και του κινητήρα παράλληλης διέγερσης. Στους κινητήρες Σ.Ρ. με διαφορική σύνθετη διέγερση η ταχύτητα του κινητήρα αυξάνεται με την αύξηση της ροπής όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα με αποτέλεσμα την ασταθή 4

5 λειτουργία του κινητήρα. Για τον λόγο αυτό οι κινητήρες αυτοί δεν έχουν πρακτικές εφαρμογές. 5

6 Β. Πορεία εκτέλεσης της άσκησης: Σκοπός: Μετά την πραγματοποίηση αυτής της άσκησης ο φοιτητής θα μπορεί να: πραγματοποιεί την συνδεσμολογία για την λήψη μετρήσεων σε κινητήρες Σ.Ρ. αθροιστικής σύνθετης διέγερσης σύμφωνα με το παρακάτω διάγραμμα. εκκινεί τον κινητήρα Σ.Ρ. αθροιστικής σύνθετης διέγερσης και να καθορίζει την ονομαστική ροπή του και τις ονομαστικές στροφές του. καταγράφει σε πίνακες τις τιμές της ροπής, της πραγματικής ισχύος, του βαθμού απόδοσης, του ρεύματος φορτίου και της ταχύτητας περιστροφής του κινητήρα. μπορεί να χαράζει και να αξιολογεί τις χαρακτηριστικές, I f P και f P m L m f P m. απαντά σε σύνθετες ερωτήσεις. Πορεία εκτέλεσης της εργαστηριακής άσκησης: 1. Καταγράψτε τα στοιχεία των οργάνων και συσκευών που θα χρησιμοποιηθούν κατά την διεξαγωγή της άσκησης. 2. Πραγματοποιήστε την συνδεσμολογία για την λήψη μετρήσεων στον κινητήρα Σ.Ρ. σύνθετης διέγερσης σύμφωνα με το παρακάτω διάγραμμα. 6

7 + - Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών Ι Μεταβλητό Τροφοδοτικο Σ.Ρ A Rπ V m Kg D1 Α1 Ε1 Β2 Ε2 D2 Mm + - A Μεταβλητό Τροφοδοτικο Σ.Ρ 3. Πραγματοποιήστε την παρακάτω συνδεσμολογία στο ακροκιβώτιο του κινητήρα. Προς την ρυθμιστική αντίσταση διέγερσης Προς το αμπερόμετρο φορτίου A1 A2 D1 D2 Προς τον αρνητικό πόλο της πηγής E1 E2 Προς αμπερόμετρο της διέγερσης 7

8 4. Ελέγξτε την ορθότητα της συνδεσμολογίας προσέχοντας ο στρόφαλος του εκκινητή, της ρυθμιστικής αντίστασης διέγερσης και της πέδης του φορτίου να βρίσκονται στην θέση μηδέν. 5. Ξεκινήστε τον κινητήρα δίνοντας τάση από μηδέν μέχρι την ονομαστική του τιμή. 6. Ρυθμίστε την αντίσταση διέγερσης έτσι ώστε ο κινητήρας να περιστρέφεται με την ονομαστική ταχύτητα περιστροφής του με το ονομαστικό του φορτίο. (ρεύμα φορτίου ίσο με το ονομαστικό του που αναγράφεται στην πινακίδα του κινητήρα). 7. Υπολογίστε την ονομαστική ισχύ του κινητήρα P mn από την ονομαστική ροπή του M N και την ταχύτητα περιστροφής του και συγκρίνετε την με την τιμή της ισχύος που αναγράφεται στην πινακίδα του κινητήρα. (Η απόκλιση δεν πρέπει να ξεπερνά το 20%). 8. Επαναφέρετε τον κινητήρα στην λειτουργία χωρίς φορτίο και μετά φορτίστε τον σταδιακά καταγράφοντας στον παρακάτω πίνακα τις τιμές της έντασης του ρεύματος φορτίου, της ταχύτητας περιστροφής του και της ροπής του (γινόμενο βάρους Χ μήκος μοχλοβραχίονα) μέχρι το 120% του ονομαστικού του φορτίου. Επίσης υπολογίστε την πραγματική ισχύ του κινητήρα και τον βαθμό απόδοσης του. (1Kgm 9,81Nm ). 8

9 IL A rpm M Kgm M Nm Pm W % 9. Σχεδιάστε σε μιλλιμετρέ χαρτί και με κατάλληλες κλίμακες όλες τις χαρακτηριστικές f P m, IL f Pm, f P m προβείτε σε συγκρίσεις και συμπεράσματα. και Ερωτήσεις: 9

10 Βιβλιογραφία 1. Ηλεκτρικές Μηχανές I ( Βιβλίο Θεωρίας) Ψωμιάδης Δημήτρης 2. Εφαρμογές Ηλεκτρικών Μηχανών I Ψωμιάδης Δημήτρης 3. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών I Ψωμιάδης Δημήτρης 4. Ηλεκτρικές Μηχανές II (Βιβλίο Θεωρίας) Ψωμιάδης Δημήτρης 5. Εφαρμογές Ηλεκτρικών Μηχανών II Ψωμιάδης Δημήτρης 6. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών II Ψωμιάδης Δημήτρης Ηλεκτρικές Μηχανές. Ασύγχρονες Σύγχρονες Μηχανές. Ν.Π. ΤΡΩΓΑΔΑ. ΤΕΙ Λάρισας. 9. Ηλεκτρικές Μηχανές Συνεχούς Ρεύματος (DC). Μετασχηματιστές. Ν.Π. ΤΡΩΓΑΔΑ. ΤΕΙ Λάρισας. 10. ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Chapman Stephen J. Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ θεωρία, λειτουργία, εφαρμογές, ρυθμίσεις και έλεγχος. Hubert Charles I. Εκδόσεις ΙΩΝ