Laborationsrapport. Kurs Elkraftteknik. Lab nr 3 vers 3.0. Laborationens namn Likströmsmotorn. Kommentarer. Utförd den. Godkänd den.

Transkript

1 Laborationsrapport Kurs Elkraftteknik Lab nr 3 vers 3.0 Laborationens namn Likströmsmotorn Namn Kommentarer Utförd den Godkänd den Sign 1

2 Allmänt Uppgiften på laborationen är att bestämma karakteristiska kurvor för en likströmsmotor med shuntmagnetisering. Speciellt kommer varvtalsstyrning att studeras. Utrustning Matningsdon med variabel likspänning Bromsande maskin med momentgivare Belastningsmotstånd, shuntmotstånd, lastbrytare enligt schema Tyristorstyrning Terco CA3000A (MV4200) Mätinstrument Likströmsmotor märkdata: Ankarspänning [V] Ankarström [A] Varvtal [rpm] 2

3 Uppgift 1: Momentkurva och verkningsgrad vid konstant magnetiseringsström Koppla upp enligt figuren nedan. TO 30 TB 40 Bromsande likströmsgen. med momentgivare Likströmsmaskin Separatmagnetiserad V= F1 F2 G A1 A1 F1 M A2 A2 F V= V= TS 500/440 Komplettera kopplingen med mätinstrument så att motorns ankarström, ankarspänning, magnetiseringsström och magnetiseringsspänning kan mätas. Justera TS500 så att den står i sitt översta läge så att magnetiseringsströmmen blir så stor som möjligt. Kontrollera att belastningsresistorn TB40 står i läget för högsta resistans (minsta ström). Kontrollera att lastbrytaren TO 30 är frånslagen. OBS Kontrollera att kopplingarna är rätt utförda. Vid minsta tvekan kontakta läraren. Slå till brytarna för fast och variabel likspänning. Vrid upp ankarspänningen till 220 V. Justera ankarspänningen så att den är 220 V för varje mätning. Koppla in belastningsmotståndet med brytaren TO 30 och variera därefter belastningsmotståndet så att ankarströmmen varierar från ett högsta värde enligt tabellen. Sista värdet är tomgång. Orsaken till att vi börjar med högsta belastning är att vi då håller motorn vid en jämnare temperatur. Uppvärmningen av motorn påverkar annars mätresultatet. 3

4 Tabell 1 U a [V] I a [A] tomgång Avlästa värden Im [A] M [Nm] n [rpm] P till [W] Beräknade värden P avg [W] η [%] Ändra matningsspänningen U a till 150 V och genomför samma mätningar med denna matningsspänning. Fyll i värden i tabell 2. Tabell 2 U a [V] I a [A] tomgång Fyll i diagrammen: Avlästa värden Im [A] M [Nm] n [rpm] P till [W] Beräknade värden P avg [W] η [%] 4

5 Varvtalets beroende av momentet för ankarspänningarna 220 V och 150 V: Varvtal [rpm] Moment [Nm] Förklara mätresultatet med hjälp av sambanden som gäller för en likströmsmotor. 5

6 Verkningsgradens beroende av avgiven effekt vid ankarspänningarna 220 V och 150 V: Verkningsgrad [%] P [W] avg Förklara varför verkningsgraden ökar med belastningen. 6

7 Uppgift 2: Varvtalsstyrning med ankarspänningsreglering Kopplingen är samma som i uppgift 1: TO 30 TB 40 Bromsande likströmsgen. med momentgivare Likströmsmaskin Separatmagnetiserad V= F1 F2 G A1 A1 F1 A2 A2 F V= V= M TS 500/440 Justera TS500 så att den står i sitt översta läge så att magnetiseringsströmmen blir så stor som möjligt. Kontrollera att belastningsresistorn TB40 står i läget för högsta resistans (minsta ström). Kontrollera att lastbrytaren TO 30 är frånslagen. Slå till brytarna för fast och variabel likspänning. Vrid upp den variabla likspänningen till 220 V. Motorns varvtal blir nu cirka 1800 rpm. Koppla in belastningsmotståndet med brytaren TO 30 och variera därefter belastnings motståndet så att momentet blir 4 Nm. Minska matningsspänningen i steg om 40 V mot noll och fyll i tabell 3. Kontrollera att momentet är 4 Nm vid all mätningarna. U a I a I m M [V] [A] [A] [Nm] n [rpm] Fyll i diagrammet på nästa sida. 7

8 Varvtalets beroende av ankarspänningen vid konstant moment: Varvtal [rpm] U [V] a Förklara mätresultatet med hjälp av sambanden som gäller för en likströmsmotor. 8

9 Uppgift 3: Varvtalsstyrning med shuntreglering Samma koppling som i uppgift 1 TO 30 TB 40 Bromsande likströmsgen. med momentgivare Likströmsmaskin Separatmagnetiserad V= F1 F2 G A1 A1 F1 M A2 A2 F V= V= TS 500/440 Justera TS500 så att den står i sitt översta läge så att magnetiseringsströmmen blir så stor som möjligt. Kontrollera att belastningsresistorn TB40 står i läget för högsta resistans (minsta ström). Kontrollera att lastbrytaren TO 30 är frånslagen. Slå till brytarna för fast och variabel likspänning. Vrid upp den variabla likspänningen till 200 V. Motorns varvtal blir nu lägre än 1800 rpm. Koppla in belastningsmotståndet med brytaren TO 30 och variera därefter belastnings motståndet så att momentet blir 4 Nm. Öka varvtalet försiktigt med shuntreostaten TS 500 i steg om 100 varv upp till 2500 rpm. Kontrollera att momentet är 4 Nm vid all mätningarna. U a [V] I a [A] I m [A] M [Nm] n [rpm] 9

10 Varvtalets beroende av magnetiseringströmmen vid konstant moment: Varvtal [rpm] I [A] m Förklara mätresultatet med hjälp av sambanden som gäller för en likströmsmotor. 10

11 Uppgift 4: Varvtalsregulator för likströmsmaskinen En varvtalsregulator skall alltid se till att varvtalet håller ett inställt värde oberoende av belastningen. För att det ska kunna ske måste varvtalet mätas med t.ex. en takometer och jämföras med det önskade varvtalet. Beroende på skillnaden mellan det uppmätta värdet och det önskade så kommer spänningen till motorn att styras så att skillnaden blir noll. I reglerteknik kallas det uppmätta värdet för ärvärde och det önskade värdet för börvärdet. Varvtalsregleringen kan beskrivas med ett blockschema enligt figuren nedan. börvärde + Σ ärvärde Regulator styrvärde (Ankarspänning) Motor varvtal Varvtalsregulatorn som används vid laborationen har beteckningen CA3000A (MV4200), se sidan 11 i laborationen. Från regulatorn erhålles: Magnetiseringsspänning: Ankarspänning: 200 V DC, 2 A 0 till 200 V DC, max 10 A Figuren nedan visar hur spänningarna erhålls 220~ Inkommande växelspänning F Likriktad spänning 220 V för magnetiserings strömmen, konstant spänning. Vanlig likriktarbrygga. De vita cirklarna är säkringar/anslutningar A Varierbar DCspänning 0 till 220 V för ankar strömmen. Tyristorströmriktare med enbart enbart två tyristorer, typen kallas halvstyrd enfasbrygga. Induktorn gör att spänningen blir nästan hel vågslikriktad. Induktorn är stor och väger cirka 20 kg! Tändningen av tyristorerna sker med pulser från pulsgeneratorn. Tändvinkeln bestämmer likspänningsnivån. 11

12 Insignalerna till varvtalsregulatorn är takometersignalen, ärvärdet, från likströmsmotorn och det önskade varvtalet, börvärdet. Figuren visar hur signalerna ansluts. P1 TG Potentiometern för börvärdet. Signalen leds vidare till förstärkaren n. Bygel 3 måste vara inkopplad. Anslutning för växelspänningen från takometern. Spänningen är proportionell mot varvtalet och den likriktas i diodbryggan. Signalen, ärvärdet, leds vidare till förstärkaren n. Bygel 2 måste vara inkopplad. n Förstärkare som förstärker skillnaden ärvärdet börvärdet. Den nedersta bygeln ska vara inkopplad. 1/G Potentiometer, styr förstärkningen i n På nästa sida visas den kompletta kopplingen 12

13 Uppkoppling för varvtalsreglering med takometer. Koppla regulatorn och likströmsmaskinen enligt figuren nedan. Generatorn med momentgivaren och belastningsmotståndet måste vara inkopplade på samma sätt som i uppgift 1. Ställ in potentiometrarna: P1 = 0 1/G n = 0,5 Ilimit = max 1/G i = 0,5 Koppla in byglarna: 2 3 ωn = 1 5 ωi = 1 6 M TG A Ställ in tomgångsvarvtalet till 500 rpm med potentiometern P1. Variera belastningen med belastningsmotståndet och mät enligt tabellen. Mät ankarspänningen och ankarströmmen med universalinstrument Moment [ Nm ] Varvtal [ rpm ] Ankarspänning [ V ] Ankarström [ A ] Hur påverkades varvtalet vid ökat momentet i denna koppling jämfört med kopplingen utan varvtalsreglering? 13

14 Uppgift 5: Mätning av spänningen till fältlindningen med oscilloskop a) Mät spänningen till fältlindningen med oscilloskop beräkna från kurvans utseende spänningens medelvärde. b) Mät utspänningens medelvärde med voltmeter. Fältspänningens medelvärde ur oscilloskopbilden [ V ] Fältspänningens medelvärde mätt med voltmeter [ V ] Gör beräkningar och kommentarer här: Uppgift 6: Mätning av hur tändvinkeln beror av momentet. Använd samma uppkoppling och inställning som i uppgift 4. Ställ tomgångsvarvtalet till 500 rpm med P1. Koppla oscilloskopet till ankarspänningen. Mät enligt tabell. Moment [ Nm ] Tändvinkel [grader] Förklara mätresultatet med hjälp av sambanden som gäller för en likströmsmotor. 14