ΑΣΚΗΣΗ 9 Κινητήρας συνεχούς ρεύματος παράλληλης διέγερσης 1
Α. Θεωρητικές επεξηγήσεις: Σε μια ηλεκτρική μηχανή συνεχούς ρεύματος αν τροφοδοτήσουμε το τύλιγμα οπλισμού με συνεχή τάση τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν κινητήρας. Παρόλο που οι γεννήτριες συνεχούς ρεύματος σχεδόν έχουν εκτοπιστεί από τις γεννήτριες εναλλασσομένου ρεύματος, οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος είναι ακόμη και σήμερα αρκετά διαδεδομένοι. Ο κύριος λόγος είναι η ευκολία στον έλεγχο της ταχύτητας τους. Το ισοδύναμο κύκλωμα του κινητήρα με παράλληλη διέγερση φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: Για μια ορισμένη τιμή της αντίστασης διέγερσης η τάση τροφοδοσίας καθορίζει την τιμή της έντασης του ρεύματος της διέγερσης: I e V R te Το μαγνητικό πεδίο του κινητήρα παράλληλης διέγερσης είναι ανεξάρτητο από το φορτίο και την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα. Γνωρίζοντας ότι η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα ισούται με: 2
V IaR n k a και ότι η μαγνητική ροή είναι ανεξάρτητη από το φορτίο του κινητήρα μπορούμε να πούμε ότι η ταχύτητα περιστροφής ενός κινητήρα Σ.Ρ. παράλληλης διέγερσης μεταβάλλεται ελάχιστα με το φορτίο δεδομένου ότι η πτώση τάσης στο επαγωγικό τύμπανο IR αποτελεί ένα πολύ μικρό ποσοστό 5% a a της τάσης τροφοδοσίας. Αντίθετα η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα μεταβάλλεται σημαντικά με την μεταβολή της μαγνητικής ροής, όταν η τάση της είναι σταθερή. Αυτό επιτυγχάνεται ρυθμίζοντας το ρεύμα διέγερσης με μία ρυθμιστική αντίσταση πεδίου. Επίσης η ταχύτητα περιστροφής ενός κινητήρα παράλληλης διέγερσης μεταβάλλεται με τη μεταβολή της τάσης τροφοδοσίας του. Άρα στον κινητήρα Σ.Ρ. παράλληλης διέγερσης μπορούμε να μεταβάλουμε την ταχύτητα περιστροφής του με τους παρακάτω τρόπους: με μεταβολή του ρεύματος της διέγερσης του σε όρια πάνω από τις ονομαστικές του στροφές. n f I e με μεταβολή της τάσης τροφοδοσίας του σε όρια κάτω από τις ονομαστικές του στροφές. n f V με μεταβολή του φορτίου του (ρεύματος φορτίου) σε όρια από τη ταχύτητα περιστροφής στη λειτουργία χωρίς φορτίο μέχρι τις ονομαστικές του στροφές. n f I L 3
n[rpm] n[rpm] n[rpm] η=f(ul) n=f(iε) n=f(il) UL[V] UL[V] UL[V] 4
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. παράλληλης διέγερσης σύμφωνα με το παρακάτω διάγραμμα. καταγράφει σε πίνακες τις τιμές της μεταβολής της ταχύτητας περιστροφής η μεταβάλλοντας την τάση τροφοδοσίας, καθώς και τις τιμές της μεταβολής της ταχύτητας περιστροφής η μεταβάλλοντας το ρεύμα διέγερσης με την βοήθεια της ρυθμιστικής αντίστασης πεδίου στο κύκλωμα διέγερσης. μπορεί να χαράζει και να αξιολογεί τις χαρακτηριστικές n f V και n f I e. Να φορτίσει τον κινητήρα και να χαράξει την γραφική παράσταση της χαρακτηριστικής n f I L. 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. παράλληλης διέγερσης σύμφωνα με το παρακάτω διάγραμμα. 5
Μεταβλητό Τροφοδοτικο Σ.Ρ Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών Ι V A + - Α1 Β2 + Rπ Ε1 Ε2 n - A Μεταβλητό Τροφοδοτικο Σ.Ρ 3. Ελέγξτε την ορθότητα της συνδεσμολογίας και ξεκινήστε τον κινητήρα φέρνοντας τον στις ονομαστικές του στροφές, έχοντας την αντίσταση πεδίου του κυκλώματος διέγερσης εκτός. 4. Φορτίστε τον κινητήρα στο 50% του ονομαστικού του φορτίου. 5. Καταγράψτε στον παρακάτω πίνακα τις τιμές της ταχύτητας περιστροφής του κινητήρα η, μειώνοντας σταδιακά την τάση V. V V ( rpm) 6. Επαναφέρετε τον κινητήρα στην θέση ηρεμίας βγάζοντας το φορτίο του και μηδενίζοντας την τάση του. 7. Συνδέστε στο κύκλωμα της διέγερσης του την μεταβλητή αντίσταση πεδίου. Ρυθμίστε την στο μηδέν και ξεκινήστε τον 6
κινητήρα φέρνοντας τον στις ονομαστικές του στροφές και την ονομαστική του τάση. 8. Μεταβάλλοντας την αντίσταση πεδίου καταγράψτε στον Ie παρακάτω πίνακα τις αντίστοιχες τιμές του ρεύματος διέγερσης και της ταχύτητας περιστροφής του. A ( rpm) 9. Επαναφέρετε τον κινητήρα στην θέση ηρεμίας και αποσυνδέστε την αντίσταση πεδίου. 10. Ξεκινήστε τον κινητήρα και φέρτε τον στην ονομαστική του IL τάση. Φορτίστε σταδιακά τον κινητήρα διατηρώντας την τάση του σταθερή μέχρι το ονομαστικό του φορτίο και καταγράψτε στον παρακάτω πίνακα τις αντίστοιχες τιμές των στροφών και του ρεύματος του φορτίου. A ( rpm) 11. Σχεδιάστε σε μιλλιμετρέ χαρτί και με κλίμακα τις χαρακτηριστικές f I e, f V, f I L. 7
Ερωτήσεις: 8
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 7. http://chaos.c4label.teithe.gr/kioskeridis/ 8. 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 2009. 11. ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ θεωρία, λειτουργία, εφαρμογές, ρυθμίσεις και έλεγχος. Hubert Charles I. Εκδόσεις ΙΩΝ 2008. 9