Postup měření a způsob zatěžování

Provozní vlastnosti motorku budeme zjišťovat při stejnosměrném a střídavém napájení. Je třeba zdůraznit, že moment při střídavém napájení je v závislosti na času harmonicky pulzující s dvojnásobnou frekvencí napájecí sítě. Střední hodnotu tohoto momentu budeme měřit elektromagnetickým vířivým dynamometrem, který se otáčí mezi póly stejnosměrných elektromagnetů. Tyto jsou upevněny na výkyvně uložené kruhové desce s ramenem a závažím. Při otáčení indukuje magnetické pole v hliníkovém kotouči vířivé proudy, které svým magnetickým polem zpětně působí na pole elektromagnetů a vychýlí je ve směru otáčení. Tím se měřený motorek brzdí a na připojené stupnici můžeme měřit moment.

Mechanická a momentová charakteristika a zjištění účinnosti při stejnosměrném napájení

Mechanická charakteristika je závislost n(M) při U-konst., momentovou charakteristiku definujeme jako M(I) při U=konst. Za stejných podmínek zjistíme průběh účinnosti v závislosti na výkonu h (P). Charakteristiky zjišťujeme při současném měření.

Závislost otáček na zatěžovacím momentu při stálém napětí můžeme odvodit ze základních vztahů platných pro stejnosměrné motory. Při zanedbání úbytků napětí na odporech kotvy a buzení a za předpokladu f b~I se otáčky mění v závislosti na zatěžovacím momentu podle obecné hyperboly, vyjádřené vztahem

Momentová charakteristika je za stejných předpokladů jako u mechanické charakteristiky dána vztahem

Moment je z počátku (při zanedbání ztrát naprázdno) závislý na druhé mocnině proudu, rychle dojde k magnetickému nasycení a dále je průběh momentu přibližně lineární.

Účinnost motorku při stejnosměrném napájení vypočteme z naměřených údajů a vyneseme v závislosti na výkonu. Platí:

kde M je moment v Nm, W mechanická úhlová rychlost (W = 2p .n/60), U(I) napětí (proud) měřeného motorku

S ohledem na otáčky motorku v chodu naprázdno a maximální dosažitelný brzdný moment vířivého dynamometru budeme měřit při podstatně sníženém napětí. Schéma zapojení pro měření sériového motorku je na obr. Motorek spustíme v chodu naprázdno (při nenabuzeném dynamometru) postupným zvyšováním napětí.

V chodu naprázdno nesmí otáčky výrazně překročit 6000 1/min. V závislosti na použitém typu motorku těmto otáčkám odpovídá napětí přibližně 90V, které udržujeme po dobu měření stálé. Otáčky měříme v N.cm, řídíme budícím proudem v rozsahu 0 až 0,5A. Měření ukončíme, jestliže dosáhneme horní hranice tohoto proudu, nebo při dosažení jmenovitého proudu měřeného motorku.

Z naměřených a vypočtených hodnot vyneseme charakteristiky a do stejných souřadnic vynášíme pro porovnání i měření při střídavém napájení.

Mechanická a momentová charakteristika a zjištění účinnosti při střídavém napájení

Tyto charakteristika jsou stejné jako při stejnosměrném napájení. Při konstantním střídavém napětí současně měříme mechanickou charakteristiku n(M), momentovou charakteristiku M(I) a průběh účinnosti v závislosti na výkonu h (P).

Při odvozování teoretických průběhů těchto charakteristika postupujeme podobně jako v předchozím případě stejnosměrného napájení. Výsledné odvozené vztahy pro střídavé napájení mají stejný tvar jako při stejnosměrném proudu.

U mechanické charakteristiky je při zvyšující se zátěži patrný výrazný pokles otáček způsobený úbytkem napětí na impedanci budícího vinutí a kotvy motorku.

Schéma zapojení při střídavém napájení je podobné jako u předchozího měření. Elektrický příkon motorku měříme wattmetrem, jak je čárkovaně naznačeno na obr.

Při vlastním měření motorek rozbíháme v chodu naprázdno postupným zvyšováním napětí až do bodu, kdy dosáhneme stejné otáčky jako při stejnosměrném napájení. Od tohoto bodu postupným zvyšováním budícího proudu dynamometru motorek zatěžujeme. Měření ukončíme, dosáhneme-li buď mezní hodnoty budícího proudu vířivého dynamometru nebo jmenovitého proudu měřeného motorku. Naměřené a vypočtené hodnoty vyneseme do charakteristiky do stejných souřadnic jako při stejnosměrném napájení. Jednotlivé průběhy zjištěné při stejnosměrném a střídavém napájení porovnáme a zdůvodníme případné odchylky. Je třeba upozornit, že vzhledem k podstatně sníženému napájecímu napětí, zjistíme nízkou účinnost měřeného sériového motorku.

Naměřené hodnoty

Stejnosměrné napájení

U=100V, k=2V/1000 ot/min

M [N.cm]

11

10

8

7

6

5

4

3

2

1,5

Uot [V]

6

6,2

6,9

7,2

7,5

7,9

9

9,6

10,9

11,4

n [ot/min]

3000

3100

3450

3600

3750

3950

4500

4800

5450

5700

I [A]

0,66

0,62

0,56

0,54

0,5

0,48

0,42

0,39

0,35

0,33

Střídavé napájení

U=110V, k=2V/1000 ot/min

M [N.cm]

9,8

9

8

7

6

5

4

3

2

1,5

Uot [V]

2,6

3,1

4,1

5

5,9

6,8

8

9,2

10,5

11

n [ot/min]

1300

1550

2050

2500

2950

3400

4000

4600

5250

5500

I [A]

0,68

0,65

0,62

0,58

0,56

0,51

0,49

0,46

0,43

0,41

P [W]

54

53

52

51,5

51

48

47

46

44

43

h [-]

0,178

0,204

0,252

0,287

0,301

0,317

0,311

0,286

0,232

0,192

Grafy

 

Hodnocení

Při stejných vstupních parametrech dosahuje stejnosměrně napájený sériový motorek vyšších momentů a otáček, neboť se u něho neprojevují ztráty hysterezí a vířivými proudy. Největší účinnosti dosahoval motorek při výkonu okolo 48W.