2 - 1

מכונת זרם ישרחקירת תכונות

2ניסוי מספר

מנוע זרם . היישומים כיום שונים באופן ניכר מהיישומים בעבר. כמנוע וכגנרטור, כבעבר, מכונות זרם ישר משמשות כיום

ישר משמש כיום בעיקר במערכות בקרת מקום ומהירות בהספקים נמוכים ולהינע חשמלי במקרים שבו מקור האנרגיה

טכוגנרטור : גנרטור זרם ישר משמש למדידה עקיפה של מהירות סיבוב וכינויו). מצבר או סוללות(וא בזרם ישר הראשוני ה

(Tachogenerator).

ביישומים עתירי אנרגיה אין כיום למנוע זרם ישר , למרות הקלות היחסית בה ניתן לבקר ולשלוט על ביצועי המנוע לזרם ישר

הביא לכך שהפעלת מנוע ההשראה הופכת (Power Electronics)גלי אלקטרוניקת הספק פיתוח מע. יתרון על מנוע השראה

מנוע לזרם ישר מורכב יותר ודורש הרבה יותר תחזוקה : ההבדלים בין מערכות ההינע מתבטאים בעיקר במנועים. פשוטה

.מאשר מנוע השראה

מעו שהאנרגיה החשמלית שיש לספק למכונה מש" מכונת זרם ישר"השם . (Commutator)המורכבות נובעת מהקומוטטור

של ) הרוטור(מאחר והעוגן , למרות שמה. על מנת שתפעל כשורה או האנרגיה החשמלית המתקבלת ממנה היא בזרם ישר

זרם זה מיושר מכנית באמצעות הקומוטטור תוך כדי סיבוב . מושרה בו זרם חילופים, המכונה מסתובב בתוך שדה מגנטי

כדי להעביר זרם חשמלי אל העוגן המסתובב . ר בנוי פסי נחושת אליהם מחוברים סלילי העוגןהקומוטטו. הרוטור

המשמשים ליצירת המגע בין פסי , פחמים או מברשות מתכת, משתמשים בחומרים מוליכים שאינם שוחקים את הנחושת

במנועים . משתמשים בפחמיםבמנועים הבנויים למהירות סיבוב נמוכה . הנחושת שברוטור להדקים הקבועים שבסטטור

.משתמשים במברשות מתכת העשויות זיפים קפיציים) סיבובים לדקה000 12(הבנויים למהירות סיבוב גבוהה

בנקודת המגע יש קשת חשמלית , בנוסף לרעש האקוסטי הנגרם עקב החיכוך של הפחמים או המברשות עם פסי הנחושת

.קטרומגנטיתקשת זאת יוצרת הפרעה אל. כאשר עובר שם זרם

למעלה , רוב המנועים המיוצרים כיום בעולם הם מנועי זרם ישר, מבחינה מספרית, למרות מה שמצטייר לעיל כחסרון גדול

ההתפתחות הטכנולוגית בתחום . זאת מאחר ומנוע זרם ישר נפוץ מאד בצעצועים ובכלי עבודה מיטלטלים נטענים. 85%-מ

משמשים ביישומים , למרות החיסרון של המברשות, לכך שמנועי זרם ישרחומרי הסיכה והמגנטים הקבועים הביאה

.הדורשים אמינות גבוהה מאד

. ישמשו בתרשימי הניסויהסמלים להלן). IEC ותקן 758תקן ישראלי (למכונת זרם ישר קיימים מספר סמלים תקניים

. מציינת גנרטורG בתוך הסמל מציינת מנוע והאות Mהאות

ושני סלילי עירור) פחמים(מברשות , סמל כללי למנוע זרם ישר מנוע זרם ישר בעל הדקים

2 - 2

אנרגיה במעבדה להמרתמכונת זרם ישר חקירת תכונות על מנת להכיר את אופן פעולתו , ללמוד מהם הגדלים המאפיינים אותו היא מכונה לזרם ישרמטרת חקירת התכונות של

עוסק בחקירת , המתואר בהמשך, ניסוי המעבדה. ואת משמעות הנתונים המופיעים בקטלוג היצרן או בשלט המכונה

. המכונה לזרם ישרהתכונות היסודיות המשותפות לכל היישומים של

היסטוריה

חשמל " מציינת את המעבר מההתייחסות אל תופעת החשמל מ1799רוכימי בשנת של התא האלקטVoltaהמצאתו של

איפשרו , התא האלקטרוכימי שהפיק זרם ישר בכמויות ניכרות ותאים נוספים שפותחו בעקבותיו". חשמל דינמי"ל" סטטי

עשר שנים . שון את מנוע זרם ישר הראFaraday בנה 1821בשנת . גילוי התופעות הקושרות את החשמל עם המגנטיות

.מאוחר יותר הוא בנה גנרטור בזרם ישר כדי להוכיח שתהליך המרת האנרגיה הפיך

מכונה לזרם ישרמעגל התמורה החשמלי של

מאחר ובמרבית המקרים נקודת , בהשוואה למכונות אחרות, במכונה לזרם ישר תיאור תהליכי המרת האנרגיה פשוט

.י של האופיינים שלההעבודה של המכונה נמצאת בתחום הלינאר

:מתחוללים בו זמנית שני תהליכים, כמו בכל מכונת חשמל שיש בה תנועה, במכונה לזרם ישר

תהליך המרת –) מ"כא(התנועה הסיבובית של העוגן בשדה המגנטי שמקורו בסלילי העירור יוצרת כח אלקטרו מניע ) א

.אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית

תהליך –על המוליכים בעוגן ) כח(יוצר מומנט , שמקורו בסלילי העירור, ן הנמצא בשדה המגנטימעבר זרם בסלילי העוג) ב

.המרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית

המומנט המכני המתפתח על הציר כתוצאה מהזרם הנצרך מהעוגן נקרא מומנט , כאשר המכונה לזרם ישר פועלת בגנרטור

.)של מקור האנרגיה המכניתכיוונו מנוגד לכיוון המומנט . (מתנגד

מ "נקרא כא, כתוצאה מתנועת מוליכי העוגן בשדה המגנטי, מ שנוצר בעוגן"הכא, כאשר המכונה לזרם ישר פועלת כמנוע

.)כיוונו מנוגד לכיוון מתח מקור האנרגיה החשמלית. (נגדי

מעגל זה . העוגן וסליל עירור אחדהמעגל מציג את . מכונה לזרם ישר פשוט של חשמלי נתון מעגל תמורה1באיור מספר

שבו ערך המתח קבוע והשראות הסלילים אינה באה לידי , מקובל לצורך ניתוח הביצועים של המכונה לזרם ישר במצב יציב

. ביטוי

.סליל עירור מקבילי וסליל עירור טורי: הנקראים, במכונה הנמצאת במעבדה יש שני סוגים של סלילי עירור

נמצא , שמקורו בסליל העירור המקבילי, באופן זה השטף בעוגן. לי מיועד לחיבור במקביל להדקי העוגןסליל העירור המקבי

.ביחס ישר למתח שעל הדקי העוגן

נמצא ביחס , שמקורו בסליל העירור הטורי, באופן זה השטף בעוגן. סליל העירור הטורי מיועד לחיבור בטור להדקי העוגן

.ישר לזרם העובר בעוגן

יש צורך להוסיף התנגדות נוספת המייצגת את 1לאיור מספר , תמורה של מכונה בה נעשה שימוש בשני הסליליםבמעגל

.הסליל הנוסף

2 - 3

מכונה לזרם ישרשל פשוט מעגל תמורה - 1איור

:מתקיימים היחסים הבאים) לינארית( מכונה לזרם ישר אידאליתב

fea InCnKE e =Φ= הכח האלקטרומניע המושרה בעוגן

famam IICIKM =Φ= המומנט המכני המתפתח על ציר המכונה

aaaa rIEU המתח על הדקי העוגן בפעולת המכונה כגנרטור =−

aaaa rIEU המתח על הדקי העוגן בפעולת המכונה כמנוע =+

fe

aaa

e

aaa

ICrIU

KrIU

n−

=Φ

−הזרם בעוגן , יבוב של המכונה בתלות במתח העוגןמהירות הס =

.והעירור

nMMP ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛==

60π2ω היחידות של ( .הספק מכני על ציר המכונהn ד" הן סל(

2 - 4

מכונת זרם ישרחקירת תכונות

מהלך הניסוי

תאור עמדת הניסוי . ך לסובב אותו באמצעות מקור אנרגיה מכניתיש צור, הממיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית, כדי לבדוק גנרטור

טורבינת , מנוע סילון, טורבינת גז, מקור האנרגיה המכנית הוא טורבינת קיטור, במציאות ובהתאם לסוג תחנת הכח .מנוע בעירה פנימית וכדומה, מים

, נון מכני כלשהויש צורך להעמיס אותו באמצעות מנג, הממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית, כדי לבדוק מנוע .המדמה את תנאי העבודה הממשיים של המנוע

ת אל הציר של מכונ, באמצעות מצמד, מחובר מכניתה הציר של, בתנאי מעבדה ה לזרם ישרמכונהכדי לבדוק את בהתאם , מכונת ההשראה משרתת כמקור אנרגיה מכנית או עומס מכני. המותקנת על עמדת הבדיקההשראה

. לבדיקה הנדרשת נמדדת באמצעות טכוגנרטור זרם, מכונת ההשראה המכונה לזרם ישר ושל מהירות הסיבוב של הציר המשותף של

מהירות הסיבוב מוצגת באמצעות מד מתח המותקן על שולחן הבדיקה .המותקן אף הוא על אותו צירחילופים .ושהסקלה שלו כתובה ביחידות מהירות

איסוף נתונים על המכונה-' שלב א

ת הנבדקמכונההנתוני

באמצעות השלט שעל המכונה מציג היצרן את הנתונים הדרושים להפעלה תקינה של המכונה ואת הביצועים .לפיהם ניתן לקבל פרטים נוספים על המכונה בקטלוג היצרן, כולל השלט נתונים מזהים, כמו כן. הצפויים ממנה

. נתוני הספק המכונה הם הספקי יציאה

.1לטבלה המכונה לזרם ישר הפרטים שעל שלט את תקהע 11

הערות גודל ויחידות סמל תאור

הספק נומינלי

מנוע עירור מקבילי

(Mot. Shunt)

הספק נומינלי

גנרטור עירור מקבילי

(Gen. Shunt)

עוגןמתח

זרם עוגן

מתח סליל עירור מקבילי

זרם סליל עירור מקבילי

הירות סיבובמ

ת הנבדקהמכונה לזרם ישר נתוני - 1טבלה

2 - 5

.כפי שמופיע עליה,המכונה לזרם ישר הנבדקתשרטט ביד חופשית את תרשים החיבורים של 12

תהנבדקמכונה לזרם ישר תרשים החיבורים של סלילי ה - 1 תרשים

בדיקות בטיחות ותקינות המכונה-' שלב ב

קת בידודבדי

וודא .התנגדות בידוד מדוד את התנגדות הבידוד בין הסלילים ובין הסלילים לגוף המכונה באמצעות מד 13 .2 רשום את תוצאות המדידה בטבלה מספר . שמתח הבדיקה מתאים למה שקבעת בדוח המכין

י העוגןסליל

עירור מקביליסליל

סליל עירור טורי

סליל עירור מקבילי וגןי העסליל גוף

המכונה לזרם ישר התנגדות בידוד - 2טבלה

בדיקת התנגדות ורציפות הסלילים

מסיבה . נתק או מגע רופף, בדיקת תקינות הסלילים על מנת לוודא שאין בהם קצר, האחת: לבדיקה זו שתי מטרות .צורך זיהוי הפרמטרים של המכונה לזרם ישרהשניה היא ל; זו יש לבצע את המדידה בזרם הקרוב לזרם הנומינלי

לפני התחלת המדידה סובב ידנית את ציר המכונה מספר סיבובים כדי להבטיח שיהיה מגע טוב של 14 .אחרת מדידת התנגדות העוגן עלולה להיות שגויה, הפחמים בקולקטור

.2 כמתואר בתרשים, העוגן אל הדקי סלילמדידת התנגדות למעגל החבר את 15

. השולחןשעלמקור המתח הוא ספק הכח המעבדתי

בשיטה זו מונעים את שגיאת המדידה הנגרמת מהתנגדות . תרשים חיבורים זה מתאים למדידת התנגדויות נמוכות .זרם שאף היא נמוכה מד

2 - 6

ישר מעגל מדידת התנגדות בשיטת זרם ומתח- 2תרשים

. של הסליל הנבדק תהאוהמי מייצג את ההתנגדות RXכאשר

העלה את מתח הספק עד אשר הזרם בסליל יהיה . V 0ישר הוא התחל את המדידה כאשר מתח ספק הזרם 16 . של הסלילהנומינליבשיעור הקרוב לגודל הזרם

הזרם ךל המדידה בערוחזור ע) בטבלהaתת סימון ( 3 רשום את תוצאות מדידת הזרם והמתח בטבלה 17

.בטבלהף המצוין הנוס

.החיבורים אל הסליל העוגןונתק את V 0 -הורד את מתח הספק ל 18

.) בטבלהsתת סימון . (וחזור על המדידההעירור הטורי חבר את סליל 19

). בטבלהpתת סימון . (חזור על המדידה עבור סליל העירור המקבילי 20

כפוף , מדוד בזרם המירבי האפשרי, לכן. צעות ספק הכח שעל השולחן לערך הנומינלי של המתחלא ניתן להגיע באמ .למגבלות הספק

מחושב נמדד

התנגדות מתח זרם גודל

I U R סמל

A V Ω יחידות

Ia,n

0.6 Ia,n

Is,n

0.6 Is,n

Ip

0.6 Ip

במכונה לזרם ישרגדות סלילים מדידת התנ- 3טבלה

2 - 7

גנרטור זרם ישר בעירור נפרד -' שלב ג

.3חבר את מנוע ההשראה כמתואר בתרשים 21

חיבור מנוע השראה בבדיקת גנרטור לזרם ישר– 3תרשים

.4רשים חבר את סליל העירור המקבילי כמתואר בת 22

המקבילימעגל העירור חיבור - 4תרשים

.2 ומפסק 1 וחבר את הזרם באמצעות מפסק V 0הצב את הפוטנציומטר על מצב 23

סובב את הזחלן חזרה . סובב את זחלן הפוטנציומטר עד אשר תראה קריאת זרם משמעותית על מד הזרם 24 .2הפסק את הזרם הישר באמצעות מפסק . עד אשר קריאת הזרם של מד הזרם תהיה מיזעריתV 0למצב

מ בזרם העירור"תלות הכא

באמצעות . ובמהירות סיבוב קבועה, ללא עומס חשמלי, נעשית בריקםEa(If)מ בזרם העירור "מדידת תלות הכא

. ומהי מידת הלינאריות של עקום המיגנוט של הברזל שבמכונהCeמדידה זו מוצאים מהו המקדם

.5ם כמתואר בתרשי, חבר מד מתח ישר להדקי הגנרטור 25

מד מתח להדקי העוגן חיבור - 5תרשים

2 - 8

. החילופיםזרם וחבר אתV 0 על מתח ,)וריאק(משתנה שנאי, חילופים הזרם הצב את ספק 26

.מנוע ההשראה אמור להסתובב. עד לערך מירביהעלה את מתח ספק זרם החילופין 27 n = _________ RPM: רשום את ערך מהירות הסיבוב .במהלך כל המדידה יש להקפיד שמהירות הסיבוב של מנוע ההשראה תהיה קבועה ולא תשתנה במהלך מדידה זו יש לסובב את הזחלן אך ורק בכיוון סיבוב , כדי לקבל תוצאות משמעותיות!שים לב

. במספרים עגוליםאסור לסובב את הזחלן קצת בכיוון ההפוך כדי לתקן ולקבל קריאת זרם או מתח! אחדמגדילים בהדרגה את זרם העירור באמצעות . A 0את המדידה מתחילים עם זרם עירור מזערי

. מגמת עליה של הזרם–הפוטנציומטר עד לערך הנומינלי של מתח העוגן . מגמת ירידה של הזרם–מקטינים בהדרגה את זרם העירור עד לערך המזערי , לאחר מכן

.4 בטבלה A 0המתח שעל הדקי העוגן בזרם עירור רשום את 28

.המושרה בעוגן) מ"כא(מתח העוגן שווה לכח האלקטרו מניע , מאחר ואין זרם בעוגן .מ המושרה בעוגן מקורו בשטף המגנטי השיורי שבמכונה"הכא, מאחר וגם אין זרם בסליל העירור

.ודא שהזרם בסליל מיזערי. 2חבר את הזרם הישר לסליל העירור באמצעות מפסק 29

. 4רשום את תוצאות המדידה בטבלה . עד לערך הנומינלי, הגדל את זרם העירור בחמישה שלבים 30

.4רשום את תוצאות המדידה בטבלה . עד לערך המיזערי, הקטן את זרם העירור בחמישה שלבים 31

קבוע הגנרטור עירורזרם מתח עוגן

Ea If Ce

V A V/RPM 0

ערך מיזערי

זרם עירור במגמת עליה

מתח נומינלי

זרם עירור במגמת ירידה

0 ערך מיזערי

קבוע הגנרטור במהירות סיבוב קבועה ובעלית ובירידת זרם העירור מדידת וחישוב - 4טבלה

.4 בטבלה A 0 ורשום את המתח שעל הדקי העוגן בזרם עירור 2צעות מפסק הפסק את הזרם הישר באמ 32

. החילופים והפסק את זרםV 0 -חילופים ל הזרם הורד את מתח ספק 33

2 - 9

מ במהירות הסיבוב הגנרטור"תלות הכא

. רור קבועובזרם עי, ללא עומס חשמלי, נעשית בריקם, Ea(n), מ במהירות הסיבוב של המכונה"מדידת תלות הכא ומהי מידת הלינאריות של הגנרטור ככלי למדידת מהירות Ceמהו המקדם ) שוב(באמצעות מדידה זו מוצאים

.סיבוב

זאת מאחר והוא אמור לפעול . הגודל הפיזי של טכוגנרטור מעשי הוא כגודל הטכוגנרטור המותקן על העמדה( הפיזי נקבע על פי אופן הצימוד המכני של הטכוגנרטור הגודל . mAסדר גודל של , בריקם והזרם דרכו נמוך מאד

.)לציר שאת מהירות רוצים למדוד

משנה התדר מתחבר בחיבור קסקדי . 6להדקי הסטטור לפי תרשים ) וסת מהירות(חבר את משנה התדר 34זהה את הכניסה .למנוע ההשראה ובאמצעותו ניתן לשנות את מהירות הסיבוב של הגנרטור לזרם ישר

Voltage in ואת היציאה Voltage out של הממיר.

חיבור משנה תדר למנוע השראה בבדיקת גנרטור לזרם ישר- 6תרשים

. )0מצב (דא שהמפסק פתוח ו V 0חילופים על מתח הזרם הצב את ספק 35

.380V עד לערך מירבי העלה את מתח ספק זרם החילופין 36

שעל לוח ההפעלה של משנה Startלחץ על לחצן , ) 1מצב (י סגירת המפסק חבר מתח לממיר תדר על יד 37 .Frequency בעזרת הכפתור 5קבע את המהירות לערך הראשון שבטבלה ,המנוע יתחיל להסתובב , התדר

.ודא שהזרם בסליל מיזערי. 2חבר את הזרם הישר לסליל העירור באמצעות מפסק 38

על הדקי הגנרטור אמור להופיע . 0.6A-0.5Aות הפוטנציומטר עד לערך הגדל את זרם העירור באמצע 39 .5רשום את תוצאת המדידה בטבלה . מתח

. If = _______ A: רשום את ערך זרם העירור 40

.במהלך כל המדידה יש להקפיד שזרם העירור יהיה קבוע ולא ישתנה

ורשום בה את 5על פי הערכים שבטבלה , תדרבאמצעות משנה ה, שנה את מהירות הסיבוב של המנוע 41 .תוצאות המדידה

2 - 10

מהירות סיבוב

קבוע הגנרטור מתח עוגן

n Ea Ce

RPM V V/RPM

500

800

1000

1300

1500

1200

900

700

400

משתנהקבוע הגנרטור בזרם עירור קבוע ומהירות סיבוב מדידת וחישוב - 5טבלה

סובב את הפוטנציומטר עד שהזרם בסליל העירור יהיה מיזערי והפסק את הזרם הישר לסליל העירור 42

.2באמצעות מפסק

. החילופים והפסק את זרם V0 -חילופים ל הזרם ורד את מתח ספקה, לעצירת המנועStopלחץ על לחצן 43

.3 לפי תרשים חיבורים )שוב( ההשראה תהיה פרק את החיבורים של משנה התדר כך שהפעלת מנוע 44

העמסת גנרטור לזרם ישר בעירור נפרד בבדיקת העמסת גנרטור לזרם ישר בודקים את מידת ההתאמה בין הפרמטרים שנמדדו קודם לבין פעולת הגנרטור

.כמערכת שלמהאמצעות בדיקה זו מעריכים מהי שגיאת ב. בדיקה זו מדמה את המצב בו מחברים עומס לטכוגנרטור, בנוסף לכך

.המדידה הנגרמת כתוצאה מהתנגדות מעגל הכניסה אליו מחובר הטכוגנרטור

הבוררים שעל ארגז הנגדים מציינים את . נגדים הארוזים בארגז, הספק נעשית באמצעות נגדיגנרטורהעמסת ה ו מצביע הבורר גבוה יותר מחוברים במקביל ככול שהמספר עלי. שיעור העומס ביחידות יחסיות ולא את ההתנגדות

.יותר נגדים וצריכת הזרם וההספק יעלו

.(0) אפסמצב הצב את בורר העומס על . חבר את שלשת העומסים המשתנים שבארגז הנגדים במקביל 45

.7 כמתואר בתרשים ,מד זרם ומד מתח, גד העומסחבר את מעגל העוגן לנ 46

2 - 11

גנרטור לזרם ישר בעירור נפרד מעגל לבדיקת העמסה של - 7שים תר

. החילופיםזרם וחבר אתV 0חילופים על מתח הזרם הצב את ספק 47

.מנוע ההשראה אמור להסתובב. ם עד לערך מירביהעלה את מתח ספק זרם החילופי 48

.2 ומפסק 1רם העירור באמצעות מפסק הצב את פוטנציומטר זרם העירור על מצב זרם מיזערי וחבר את ז 49

.220Vהעלה את זרם העירור עד אשר מתח העוגן יהיה שווה לערכו הנומינלי 50

את העומס בשלבים שווים לקבלת שמונה עד עשר הגדל. 0וודא שבורר העומס שעל ארגז הנגדים על מצב 51 .6רשום את תוצאות המדידה בטבלה . יגיע לערך הנומינליבעוגן ובעומס מדידות עד אשר הזרם

מתח תאור

עוגן זרם עוגן

הספק מוצא

ירידת מתחה

ירידת מתחה

שגיאה יחסית

Ua Ia P2 ∆U %∆U e סימן

% % V A W V יחידות

ריקם

עומס מלא

גנרטור זרם ישר בעירור נפרד בעומס התנגדותיהעמסת - 6טבלה

.1 ומפסק 2הורד את זרם העירור לערכו המיזערי והפסק את הזרם הישר לסליל העירור באמצעות מפסק 52

. החילופים והפסק את זרםV 0 -חילופים ל הזרם ורד את מתח ספקה 53

2 - 12

ליגנרטור זרם ישר בעירור מקבי - דשלב

תהליך העירור העצמי בגנרטור בעירור מקבילי

. תהליך העירור העצמי בגנרטור בעירור מקבילי מאפשר הדגמת התופעה של משוב חיובי במערכת פיזיקלית עם סיבוב העוגן שטף זה גורם . השטף המגנטי השיורי בברזל המכונה נחשב להפרעה, במונחים של תורת הבקרה

ם הדקי העוגן יחוברו אל סליל העירור המקבילי באופן שזרם העירור יצור שדה מגנטי א. מ בהדקי העוגן"לכאזוהי פעולת המשוב . מ שיגרור הגדלת זרם העירור וחוזר חלילה"הדבר יגרום להגדלת הכא, שיתווסף לשטף השיורי

טור בעירור מקבילי בגנר. מ יגדל ללא גבול"המערכת מתבדרת ובאופן תיאורטי הכא, במונחי תורת הבקרה. החיובי. התהליך נעצר כאשר נקודת העבודה של השדה המגנטי במכונה נכנסת לאזור הרוויה בעקום המיגנוט שלה

.של התהליך והמערכת הופכת לבעלת משוב שלילי ומתייצבת) ההגבר(כתוצאה מכך משתנים הפרמטרים

, נרטור לזרם ישר בעירור מקביליפרק רק את החיבורים אל סליל העירור וחבר את המעגל להפעלת הג 54 .חבר אליו במקביל מד מתח אנלוגי נוסף, אם מד המתח הוא דיגיטלי. 8כמתואר בתרשים

גנרטור לזרם ישר בעירור מקבילי– 8תרשים

.0הצב את בורר העומס שעל ארגז הנגדים על מצב 55

.רור על ערך התנגדות מירביתהצב את הראוסטט המחובר במעגל זרם העי 56

. החילופיםזרם וחבר אתV 0חילופים על מתח הזרם הצב את ספק 57

.מנוע ההשראה אמור להסתובב. עד לערך מירביהעלה את מתח ספק זרם החילופין 58

גמת סובב את הראוסטט קצת בכיוון הגדלת זרם העירור וראה את מ. על מד המתח אמור להופיע מתח קטן 59 .השינוי של המתח על הדקי העוגן

החזר את הראוסטט למצב הקודם והפוך את , אם מגמת השינוי של המתח שלילית ושיעור המתח קטן 60

.החיבורים של מעגל העירור

סובב עוד קצת את הראוסטט באותו כיוון והמתן , אם מגמת השינוי של המתח חיובית ושיעור המתח גדל 61 . השינוי על מד המתח האנלוגילראות את תוצאת

.המשך בתהליך הדרגתי זה עד אשר החל משלב מסוים המתח יגדל מעצמו

התהליך יעצר כאשר המתח יהיה בשיעור הקרוב . זהו השלב שבו במערכת יש משוב חיובי והיא במגמת התבדרות . למתח הנומינלי של העוגן

2 - 13

העמסת גנרטור לזרם ישר בעירור מקבילי

. על הדקי העוגןV 220הגדל את זרם העירור לקבלת מתח ריקם של 62

.יגיע לערך הנומינליבעומס את העומס בשלבים שווים לקבלת שמונה עד עשר מדידות עד אשר הזרם הגדל 63 ).שים לב שזרם העוגן הוא סכום הזרמים של העומס והעירור (.7רשום את תוצאות המדידה בטבלה

.זה השאר את מערכת הניסוי פועלת ללא שינויבסיום שלב

מתח תאור עוגן

זרם עומס

זרם עירור

זרם עוגן

הספק מוצא

ירידת מתחה

ירידת מתחה

Ua IL IF Ia P2 ∆U %∆U סימן

% V A A A W V יחידות

ריקם

עומס מלא

גנרטור זרם ישר בעירור מקבילי בעומס התנגדותיהעמסת - 7טבלה

ללא נזקהדגמת קריסת מערכת

.בהדגמה הבאה יוצג מה קורה לגנרטור בעירור מקבילי כאשר מעמיסים אותו מעבר למידה

.מתח והזרםסובב קצת את הראוסטט בכיוון של הקטנת זרם העירור וראה את שינוי ה 64

.המשך בתהליך הדרגתי זה עד אשר החל משלב מסוים המתח יקטן מעצמו וירד לערך מינימלי 65

.מתח העוגן והזרם בעומס במצב זה, רשום את זרם העירור 66 ILoad = ____ A Ua = _____V If = ____A

.סובב את הפוטנציומטר עד שהזרם בסליל העירור יהיה מיזערי 67 .0הצב את בורר העומס שעל ארגז הנגדים על מצב 68

. החילופים והפסק את זרםV 0 -חילופים ל הזרם ורד את מתח ספקה 69

.פרק את החיבורים למכונות 70

2 - 14

מנוע זרם ישר בעירור נפרד – 'השלב

מתח מתחבר לסלילי מקור ה. 9כמתואר בתרשים , חבר את מכונת ההשראה לפעולה כגנרטור סינכרוני 71 .הרוטור והעומס התלת מופיע מתחבר להדקי הסטטור

. הנמצא על השולחןמקור המתח זהו ספק הכח המעבדתי

חיבור מכונת השראה כגנרטור סינכרוני– 9תרשים

.4רשים את סליל העירור המקבילי כמתואר בת) שוב(חבר 72

.10חבר את מעגל העוגן כמתואר בתרשים 73

מעגל העוגן במנוע זרם ישר בעירור נפרד– 10תרשים

n(Ua)תלות מהירות מנוע זרם ישר בעירור נפרד במתח העוגן

למנועים אלו יש רק זוג . מרבית המנועים בזרם ישר המיוצרים כיום לשימושים רגילים הם בעלי מגנטים קבועים .ך היחידה לשנות ולבקר את המהירות שלהם היא באמצעות בקרה על מתח העוגןוהדר. הדקי העוגן, הדקים אחד

. המנוע פועל בריקם-הבדיקה נעשית בזרם עירור קבוע וללא עומס מכני חיצוני

.2 ומפסק 1 וחבר את הזרם באמצעות מפסק V 0הצב את פוטנציומטר זרם העירור על מצב 74

.0.5-0.6Aאשר שזרם העירור יהיה סובב את זחלן הפוטנציומטר עד 75 .0הצב את בורר העומס שעל ארגז הנגדים על מצב 76

.(0)הצב את ספק הכח זרם ישר שליד השולחן על אפס 77

.4 ומפסק 3חבר את הזרם במעגל העוגן באמצעות מפסק 78

2 - 15

למתח עוגן עד ,דות מדישבשלבים שווים לקבלת ש שליד השולחןהעלה את מתח ספק הכח זרם ישר 79 .8 בטבלה קריאת מד המהירות ומד מתח העוגן רשום את .)1ראה טבלה (180Vנומינלי

.הפעולה של העלאת המתח על הדקי העוגן לאט היא אחת הצורות של התנעת מנוע לזרם ישר

.בסיום שלב זה השאר את מערכת הניסוי פועלת ללא שינוי

מהירות סיבוביחס מהירות סיבוב מתח עוגן

למתח עוגן

Ua n Cn V RPM

VRPM

מדידת מהירות הסיבוב של מנוע זרם ישר בתלות במתח העוגן– 8טבלה

2 - 16

n(If)תלות מהירות מנוע זרם ישר בעירור נפרד בזרם העירור

. המנוע פועל בריקם-וע וללא עומס מכני חיצוני הבדיקה נעשית במתח עוגן קב )80אם המנוע מופסק התחל בסעיף ( .82עבור לסעיף .המערכת עדיין פועלת מהסעיף הקודם

.סובב את זחלן הפוטנציומטר עד אשר שזרם העירור יהיה בערכו הנומינלי 80

מהירות הסיבוב . 180Vלמתח הנונינלי של העוגןהעלה את מתח הספק הכח זרם ישר שליד השולחן עד 81 .של המנוע תעלה

שתנהמהירות הסיבוב של המנוע ת ,0.4-0.9Aבגבולות את זרם העירור באמצעות הפוטנציומטר שנה 82

.9 בטבלה קריאת מד המהירות ומד זרם העירור רשום את .)בערך (900-1700rpmבגבולות

.הניסוי פועלת ללא שינויבסיום שלב זה השאר את מערכת

מהירות סיבוב זרם עירורIf n A RPM

מדידת מהירות הסיבוב של מנוע זרם ישר בתלות בזרם העירור– 9טבלה

2 - 17

העמסת מנוע זרם ישר בעירור נפרד

בבדיקת העמסה אנו בודקים את תלות . מנוע זרם ישר בעירור נפרד או מקבילי משמש כמקור מהירות סיבוב מכונת ההשראה המחוברת כגנרטור סינכרוני תשמש העומס המכני על . מהירות הסיבוב של המנוע במומנט המכני

סיבוב הרוטור משרה . ועצמתו קבועים, ביחס לרוטור , זרם ישר העובר בסלילי הרוטור יוצר שטף שכיוונו. (הציר .) כמו בגנרטור סינכרוני, לי הסטטורמערכת מתחים תלת מופעית בסלי

בורר העומס הצב . בעזרת הפוטנציומטר של זרם העירור 1000rpm מהירות הסיבוב של המנוע על הצב את 83 .63שעל ארגז הנגדים על מצב עומס מלא

.בטל את הגבלת הזרם והפעל את הספק, V 0 על המחובר להדקי הרוטורהצב את ספק הכח זרם ישר 84

. הנומינליכו יגיע לערבעוגן מדידות עד אשר הזרם שש-כבשלבים שווים לקבלת העלה את מתח הספק 85 .10רשום את תוצאות המדידה בטבלה

מתח תאור

עוגן זרם עוגן

הספק חשמלי

מהירות סיבוב

ירידת המהירות

ירידת המהירות

Ua Ia P1 n ∆n ∆n סימן

% V A W RPM RPM יחידות ריקם

עומס מלא

מנוע זרם ישר בעירור נפרדהעמסת - 10טבלה

.V 0 -הורד את מתח ספק הזרם ישר שעל השולחן ל 86

.0הצב את בורר העומס שעל ארגז הנגדים על מצב 87

.4 ומפסק 3גן באמצעות מפסק הפסק את הזרם במעגל העו 88

סובב את הפוטנציומטר עד שהזרם בסליל העירור יהיה מיזערי והפסק את הזרם הישר לסליל העירור 89 .2באמצעות מפסק

.(0)הורד את מתח ספק הכח זרם ישר שליד השולחן לאפס 90

2 - 18

התנעת מנוע זרם ישר בעירור נפרד

מלווה בתופעת מעבר שבה ברשת המזינה את המנוע מופיעים זרמים , מנוע אחרכמו כל , התנעת מנוע לזרם ישר במקרים בהם יש צורך בבקרה על מגמת ומהירות הסיבוב של . כיום זרם ישר מתקבל מיישור זרם חילופין. גבוהיםזרם ההתנעה זה מציב מגבלות חמורות על הדיודות . הוא מחובר לרשת באמצעות טרנזיסטורים, המנוע .רנזיסטורים שבמעגלוהט

שיטת ההתנעה העדיפה היא העלאת מתח העוגן ,אם מעגל הבקרה של המנוע בעל מגנטים קבועים מאפשר זאת

.כפי שנעשה בבדיקת תלות מהירות הסיבוב של המנוע במתח העוגן, בהדרגה

ביותר האפשרית בבדיקה להלן המנוע מחובר למתח המלא בבת אחת ואמור להגיע למהירות הסופית הנמוכה .בתנאי הניסוי

חשב את התנגדות העוגן וחשב מה צריך להיות שיעור ההתנגדות שיש לחבר בטור לעוגן על מנת להגביל את 91 .V 0מ הנגדי בעוגן שווה "ברגע ההתנעה הכא. הערך ההתחלתי של זרם ההתנעה לערכו הנומינלי

.11ואר בתרשים כמת, למעגל העוגן) ראוסטט(חבר את נגד ההתנעה 92

מעגל העוגן עם נגד התנעה במנוע זרם ישר בעירור נפרד- 11תרשים

. הצב את הזחלן במקום היחסי לערך ההתנגדות שחישבת, מתוך נתוני ההתנגדות הרשומים על הראוסטט 93

.2 ומפסק 1פסק וחבר את הזרם באמצעות מV 0הצב את פוטנציומטר זרם העירור על מצב 94

הצב את פוטנציומטר זרם העירור לקבלת , מתוך תוצאות בדיקת תלות מהירות הסיבוב בזרם העירור 95 .בדוק שקריאת מד הזרם מתאימה לתשובתך? הזרם שבו מהירות המנוע הנמוכה ביותר

מנוע אמור ה. העלה את מתח הספק הכח זרם ישר שליד השולחן עד לערך הנומינלי של מתח העוגן 96

.להסתובב

.המתן עד לעצירה מוחלטת של המנוע. 3הפסק את הזרם לעוגן באמצעות מפסק 97

.3חבר את הזרם לעוגן באמצעות מפסק , תוך צפייה במד זרם העוגן 98 Istart = ____Aרשום את קריאת מד הזרם בתחילת תהליך ההתנעה

והפסק את הזרם למעגל העוגן באמצעות (0)ולחן לאפס הורד את מתח הספק הכח זרם ישר שליד הש 99

.4 ומפסק 3 מפסק .2 ומפסק 1 והפסק את זרם העירור באמצעות מפסק A 0 -הורד את זרם העירור ל 100 .פרק את החיבורים והחזר את כל המכשירים והאבזרים למקומם 101

2 - 19

מכונת זרם ישרחקירת תכונות

דוח מכין

הניסוי במלואוקרא את מהלך 1)

איסוף נתונים על המכונה-' שלב א

ת הנבדקמכונהנתוני ה

את הסמלים של הגדלים הפיזקליים הרשומים בה1רשום בטבלה 2) ")לאומית של יחידות-מספרים ויחידות לפי המערכת הבין, כללי העריכה והכתיבה של גדלים פיזקליים"ראה נספח (

ותקינות המכונה בדיקות בטיחות -' שלב ב

בדיקת בידוד

והן להפרדה בין , חומרי הבידוד החשמלי משמשים הן להפרדה גלוונית בין הסלילים בתפעול שוטף של המכונה

ידי האדם וגם כלל על אינו מורגש בדרךmA 1 -זרם שעצמתו נמוכה מ .למניעת התחשמלות, הסלילים לגוף המכונה

שיעור , פי חוק החשמל על .Ω/V 1000 -ון של הערך של התנגדות הבידוד הוא כהגבול התחת, לכךהי. אינו מסוכן

או , הפעלה בבדיקת, MΩ 1.5 -יפחת מ לא) V 1000 ועד V 50 -מ(נמוך התנגדות בידוד המוליכים במיתקן מתח .הערך שנקבע בתקן של המכשיר

?V 220ח ישר מהו המתח המירבי השורר על הדקי מנוע לזרם ישר המחובר למקור מת 3)

.בה הבידוד נתון, שדה חשמלי, התנגדות בידוד תלויה במתח, להבדיל ממוליכים בהם ההתנגדות קבועה בידוד המפיק מתח הגבוה ממתח העבודה המירבי של המכשיר התנגדות את התנגדות הבידוד מודדים באמצעות מד

.הנבדק

?דוד המשמש לבדיקת המכונה לזרם ישרמה צריך להיות מתח הבדיקה של מד התנגדות בי 4) בדיקת התנגדות ורציפות הסלילים

מניע אלקטרו מה סדר הגודל של הכח. H 0.8 -הוא כהעירור המקבילי במכונה לזרם ישר גודל ההשראות של סליל 5)

רשום את הנוסחה ms 4? העובר בסליל תוך פרק זמן של A 0.5הנגדי שיתפתח בסליל אם מפסיקים זרם בשיעור של .המתאימה ובצע קירוב ליניארי לצורך החישוב

מפסיקים את הזרם בבת , 1לפי תרשים , המקרה המתואר לעיל מתייחס למקרה בו בסיום מדידת התנגדות של סליל 6)

?מה עלול לקרות לדעתך? אחת

?שר מעבדתי הניתן לשינויי מתח זרם מהו סדר פעולות ההפסקה שיש לבצע במדידה בה נעשה שימוש מקור 7)

.kW 170 V 2: על שלט של מכונה לזרם ישר רשום 8) ;הערך את גודלו של זרם העוגן ; מהמתח הנומינלי של המכונה4%-הערך את גודל התנגדות העוגן אם ידוע שמפל המתח על העוגן הוא כ מהספק 8%- בסליל העירור במכונה הוא כהערך את גודל התנגדות סליל העירור המקבילי אם ידוע שאיבוד ההספק

.המכונה

2 - 20

מכונת זרם ישרחקירת תכונות

דוח מסכם

מספרים ויחידות לפי המערכת , את הדוח המסכם יש להגיש מודפס בהתאם לכללי העריכה והכתיבה של גדלים פיזקליים .ראה נספח הנושא שם זה. הבין לאומית של יחידות

.סכם יש לכלול את כל הנתונים שנאספו במהלך הניסוי ואת הדוח המכיןבדוח המ, בנוסף לנאמר להלן

איסוף נתונים על המכונה-' שלב א ?מהו המומנט הנומינלי של המנוע הנבדק, על פי הנתונים שעל שלט המכונה במצב מנוע (1)

ה המכונה על מנוע ההשראה מהו שיעור המומנט הנגדי שמפעיל, על פי הנתונים שעל שלט המכונה במצב גנרטור (2) ?באשר היא מועמסת בעומס חשמלי מלא, המסובב אותה

בדיקות בטיחות ותקינות המכונה-' שלב ב

בדיקת בידוד

כאשר המכונה מחוברת למקור מתח , חשב את זרם הזליגה הצפוי בין סלילי העוגן וסלילי העירור לגוף המכונה (3)

?בשיעור המתח הנומינלי שלה

דיקת התנגדות ורציפות הסליליםב

.חשב את התנגדות העוגן וסליל העירור הטורי והמקבילי (4)

גנרטור זרם ישר בעירור נפרד -' שלב ג

מ בזרם העירור"תלות הכא

.Ea(If)מ בזרם העירור "צייר את האופיין המתאר את תלות הכא (5)

אפשרי . ( בזרם העירורCeיר את הגרף המתאר את תלות המקדם צי. עבור כל אחת מהמדידותCeחשב את המקדם (6) .)אבל עם קנה מידה מתאים, על אותה מערכת צירים

חווה דעתך על מידת –סטית תקן וכדומה , ממוצע- Ceבצע ניתוח סטטיסטי על תוצאות החישוב של המקדם (7)

.הלינאריות של המכונה לפי תוצאות אלו

הסיבוב הגנרטורמ במהירות "תלות הכא

.הסבר את משמעות האופיין. Ea(n), מ במהירות הסיבוב של המכונה"צייר את האופיין המתאר את תלות הכא (8)

. במהירות הסיבובCeצייר את הגרף המתאר את תלות המקדם . עבור כל אחת מהמדידותCeחשב את המקדם (9) .)איםאבל עם קנה מידה מת, אפשרי על אותה מערכת צירים(

חווה דעתך על מידת –סטית תקן וכדומה , ממוצע- Ceבצע ניתוח סטטיסטי על תוצאות החישוב של המקדם (10)

.הלינאריות של המכונה לפי תוצאות אלו ?אם היית משתמש בגנרטור זה כטכוגנרטור, מה יהיה דיוק מדידת מהירות הסיבוב של מנגנון מכני (11)

ישר בעירור נפרדהעמסת גנרטור לזרם

2 - 21

. ובאחוזים ביחס למתח במצב ריקםV-ירידת המתח בעוגן ב, חשב את ההספק (12) ?מה היתה שגיאת המדידה בגלל העמסתו, אם הגנרטור היה פועל כטכוגנרטור (13) .צייר את האופיין המתאר את מתח ההדקים של העוגן בתלות בזרם העוגן (14) .חשב את התנגדות העוגן, המתח בהדקי העוגןמתוך מדידת ירידת (15) ? לעיל (4)השווה את תוצאת החישוב כאן עם תוצאת החישוב בסעיף (16)

גנרטור זרם ישר בעירור מקבילי - 'דשלב

העמסת גנרטור לזרם ישר בעירור מקבילי .ריקם ובאחוזים ביחס למתח במצב V-ירידת המתח בעוגן ב, חשב את הספק המוצא (17) .צייר את האופיין המתאר את מתח ההדקים של העוגן בתלות בזרם העוגן (18) במה הם דומים ובמה . השווה את צורת האופיין שקיבלת כאן עם האופיין המתקבל מהעמסת גנרטור בעירור נפרד (19)

.מאין לדעתך נובע ההבדל בין שני האופיינים? הם שונים

רור נפרדמנוע זרם ישר בעי – 'השלב

n(Ua)תלות מהירות מנוע זרם ישר בעירור נפרד במתח העוגן .צייר את האופיין המתאר את תלות מהירות הסיבוב של המנוע במתח העוגן (20) .חשב את יחס מהירות הסיבוב למתח העוגן עבור כל אחת מהמדידות (21) חווה דעתך על מידת הלינאריות של המכונה –ית תקן וכדומה סט, ממוצע-בצע ניתוח סטטיסטי על תוצאות החישוב (22)

.לפי תוצאות אלו

n(If)תלות מהירות מנוע זרם ישר בעירור נפרד בזרם העירור .צייר את האופיין המתאר את תלות מהירות הסיבוב של המנוע בזרם העירור (23) .עולת המנועהסבר את צורת האופיין על פי המשוואות המתארות את פ (24)

העמסת מנוע זרם ישר בעירור נפרד . ובאחוזים ביחס למהירות הסיבוב בריקםRPM-ירידת מהירות הסיבוב ב, חשב את ההספק (25) .צייר את האופיינים המתארים את תלות מהירות הסיבוב והמומנט של המנוע בזרם העוגן (26)