Treća laboratorijska vježba iz Elektrotehnike Motori istosmjerne struje Katedra za strojarsku automatiku Essert, Žilić, Maletić Siječanj 2017 1 Uvod Poglavlje 1, tj. Uvod pročitati prije dolaska na laboratorijske vježbe. 1.1 Opis laboratorijskog postava Laboratorijski postav sastoji se od pogona s istosmjernim motorom s permanentnim magnetima s magnetskim enkoderom, laboratorijskim izvorom promjenjivog napona i struje za napajanje motora, zidnim ispravljačem izlaznog napona 5V za napajanje enkoderskog sklopa te osciloskopa za mjerenje izlaznih signala enkodera. Na slikama 1, 2 i 3 u nastavku prikazana je shema laboratorijskog postava, slika stvarnog postava te vertikalna slika makete s motorom i priključcima. Pokušate povezati elemente i kontakte sa sheme s onima sa stvarnih slika. Slika 1: Shema laboratorijskog postava. 1
Slika 2: Slika lijevo prikazuje shema laboratorijskog postava, a desno maketu s priključcima i motorom. Laboratorijski izvor je upravljivi ispravljač koji izmjenični napon mreže od 220 V pretvara u izlazni napon u rasponu od 0 30 V. Takoder, omogućuje upravljanje izaznom strujom (točnije, njenim limitom, jer je struja definirana naponom i teretom). Na slici je prikazana slika prednje ploče izvora. Desna strana je naponska, a lijeva strujna. Parovi potenciometara s desne i lijeve strane koriste se za podešavanje napona, odnosno struje; desni potenciometar para je za grubo, a lijevi za fino podešavanje (finoća je definirana promjenom izlazne veličine za odredeni zakret potenciometra podešavanje je finije što je taj omjer manji). Slika 3: Prednja strana laboratorijskog izvora napajanja. Pogon motora originalno se sastoji od motora, reduktora i pločice s enkoderom kako je prikazano na desnoj slici slike 5. (S motora maketi skinut je reduktor.) Na lijevoj strani prikazana je shema istosmjernog motora sa stalnim magentima. Za razliku od klasičnog DC motora s nezavisnom uzbudom, ovakav motor na statosru nema namote spojene u uzbudni električni krug, nego je magnetski tok stvoren permanentnim magnetima. Na slici 6 prikazana je enkoderska elektronička pločica na kojoj se nalaze dva Hallova senzora te izvodi napajanja motora i enkodera te izlaznih signala enkodera. Slika 4: Lijevo shema istosmjernog motora s permanentnim magnetima; desno slika motora s vježbe. Slika 5: Slika enkoderske elektroničke pločice. 2
Zidni ispravljač je standardni punjač uredaja elektronike široke potrošnje. Spaja se na mrežni napon od 220 V, a na izlazu daje istosmjerni napon od 5 V, a u ovoj vježbi koristi se za napajanje enkodera. 1.2 Upozorenja za rad Izlaz sa stezaljki laboratorijskog izvora NE spajati na utičnicu 220 V! Stezaljke motora (vidi shemu sa slike 1) NE spajati na utičnicu 220 V! Na utičnicu se spajaju isključivo zidni ispravljač, kabel za napajanje laboratorijskog izvora (crni kabel sa stražnje strane) i kabel za napajanje osciloskopa! 2 Izvodenje eksperimenta 1. Uključite laboratorijski izvor napajanja i potenciometrom postavite napon na 0 V 2. Spojite motor na laboratorijski izvor 3. Uključite napajanje enkodera (ispravljač AC 220V DC 5V) u 220 V utičnicu te 5V izlaz napajanja u enkoder. 4. Spojite sonde za osciloskop u maketu (za očitanje dva signala s enkodera) te u osciloskop na njegova oba ulaza. Napomena: U zadacima zanemarite vrijednost pada napona na četkicama motora. 2.1 Kratki spoj 2.1.1 Zadatak Pri naponu napajanje motora v a = 2 V, struja u kratkom spoju iznosi I K = 0.7 A. Odredite unutarnji otpor armaturnog namora. Pritom zanemarite vrijednost napona na četkicama motora. 2.1.2 Zadatak Pri naponu napajanje motora v a = 6V, izračunajte struju kratkog spoju. Pritom zanemarite vrijednost napona na četkicama motora. 3
2.2 Prazni hod 2.2.1 Zadatak Postavite napon laboratorijskog izvora na 2 V, te očitajte struju armature motora. 2.2.2 Zadatak Pri naponu napajanja motora v a = 2 V, izračunajte inducirani napon. 2.2.3 Zadatak Postavite napon laboratorijskog izvora na 6 V te smanjujte limit struje dok ne zasvijetli lampica. opažate? Zašto se mijenja i napon izvora ako njegove potenciometre niste dirali? Što 2.2.4 Zadatak Pri naponu napajanja motora v a = 2 V i enkoderu s N max = 10 pulseva po okretaju, izračunajte brzinu vrtnje motora u praznom hodu ω p.h. [ rad s ], te ju takoder izrazite preko n o p.h.[ min ]. 4
2.2.5 Zadatak Pri naponu napajanja motora v a = 2 V, izračunajte umnožak konstante induciranog napona k e i magnetskog toka Φ, tj. konstantu k e Φ. 2.2.6 Zadatak Uz pretpostavku jednakih vrijednosti konstanti k e = k m, odredite moment praznog hoda motora. 2.2.7 Zadatak S osciloskopa precrtajte oba enkoderska signala na lijevi ekran prikazan ispod. Nakon toga, isključite laboratorijski izvor, zamijenite mu stezaljke napajanja motora (tj. obrnite polaritet napona) te promatrajte na osciloskopu oba signala i skicirajte ih na desni ekran ispod. Zaključite što se zbiva prije i poslije zamjene stezaljki napajanja na motoru te komentirajte povezanost smjera brzine vrtnje i faznog pomaka izmedu impulsa. 5
Lijevi ekran: PRIJE zamjene stezaljki. Desni ekran, POSLIJE zamjene stazaljki. 2.3 Momentna karakteristika 2.3.1 Zadatak a) Nacrtajte vanjsku karakteristiku motora ω = f(m m ) koristeći izraz za ovisnost brzine vrtnje motora o razvijenom momentu (iz pripreme). Napon napajanja motora uzmite v a = 2 V, kao i u pokusima kratkog spoja i praznog spoja. Označite na karakteristici točke kratkog spoja i idealnog praznog hoda (zanemaren momenta trenja) motora. b) Iz mjerenih veličina izračunajte moment kratkog spoja i praznog hoda (moment trenja uzet u obzir) te ih ucrtajte na graf. Poklapaju li se točke ucrtane u b) dijelu zadatka s onima u a)? Ako ne, objasnite zašto! 6
2.3.2 Zadatak Uz pretpostavku da se u praznom hodu momentu motora suprotstavlja jedino moment viskoznog trenja ležajeva osovine rotora, odredite: a) moment viskoznog trenja, b) koeficijent viskoznog trenja B [ ] N.m.s rad. 7
2.4 Snaga motora 2.4.1 Zadatak Pri naponu napajanja motora v a = 2 V, koliku snagu P razvija motor na osovini za slučaj: a) Praznog hoda, b) Kratkog spoja Napomena: koristite već izmjerene vrijednosti momenata i brzina vrtnje, a koristite izraz P = M ω. 2.4.2 Zadatak Pri naponu napajanja motora v a = 6 V koliku snagu razvija motor na osovini u praznom hodu, te izračunajte efikasnost motora. Napomena: NE koristite osciloskop, nego izmjerite struju, te snagu motora izračunajte preko snage iz napajanja i snage gubitaka na otporu armature. Pritom zanemarite mehaničke gubitke trenja. 8