LU306 - Napětí dynama

Pomůcky

• Měřicí souprava ISES, na pozici vstupu A je připojen modul voltmetr přepnutý na rozsah 10 V,
• na vstup B je připojen modul optická závora, zdroj stejnosměrného napětí Aritma AUL 210,
• tachodynamo MEZ Náchod K 4A2, pohonný motor, stativ, optická závora.

Úkoly

1. Změřit výstupní napětí tachodynama v závislosti na otáčkách.
2. Vypočítat konstantu tachodynama.

Teorie

Dynamo je elektrický stroj, kde se v magnetickém poli statoru otáčí rotorové cívky. V cívkách se indukuje střídavé napětí, jež je pomocí komutátoru vyvedeno na vývody dynama. Komutátor přepíná póly cívky tak, aby bylo na vývodech napětí stejné polarity. Protože vinutí rotoru má více cívek, jejichž napětí se sčítá, je výstupní napětí dynama téměř stejnosměrné s malým zvlněním. Napětí dynama je závislé na otáčkách n a magnetickém toku statoru Φ dle vztahu

U = k n Φ  ,

kde k je konstanta dynama závisející na způsobu vinutí a počtu závitů.

Tachodynamo je malé dynamo, jehož magnetické pole statoru vytváří permanentní magnet a jehož výstupní napětí závisí pouze na otáčkách. Používá se k měření a regulaci otáčivých zařízení. My ho využijeme ke snímání otáček měřeného dynama v další úloze. Nejdříve musíme zjistit konstantu tachodynama, tedy jaké napětí připadá na 1000 ot/min. Využijeme skutečnosti, že pohonné kolo má po obvodu osm otvorů. Nastavíme optickou závoru tak, aby její světlo procházelo otvory kola, a na jednu otáčku závora vyšle osm impulsů. Změříme periodu těchto impulsů a vypočteme otáčky dle vztahu

n = 60/T .

Současně změříme i výstupní napětí tachodynama. Toto měření opakujeme pro různé otáčky a vypočteme vždy příslušnou konstantu

k = n/U     [ot. min^-1/V] .

Konstanta by měla být pro všechny otáčky téměř stejná.

Nastavení

Po otevření nového experimentu načteme nastavení dynamo.imc: čas 0,5 s, vzorkování 10 000 Hz, start manuální, panel č. 1 napětí 0 V; +10 V, panel č. 2 optická závora. V tomto případě se tlačítkem zobrazí měřící okno, ale vlastní měření spustíme tlačítkem START .

Provedení

Na stojan připevníme pohonný motor a tachodynamo. Motor připojíme na proměnný zdroj napětí 0 V až 33 V / 2 A. Vývody tachodynama připojíme na modul voltmetr v kanálu A jednotky ISES. Do kanálu B připojíme optickou závoru. Zapneme zdroj nastavený na napětí 9 V. Podržíme optickou závoru tak, aby světlo mohlo procházet otvory otáčejícího se kola, a spustíme měření. Na panelu 1 odečteme výstupní napětí tachodynama ve více bodech pomocí klouzavého odečtu a pomocí přímkové aproximace vypočteme střední hodnotu. Na panelu 2 odečteme čas pro 40 impulsů opět pomocí klouzavého odečtu a zapíšeme do tabulky spolu s napětím. Měření opakujeme pro napětí zdroje 12 V, 15 V, 18 V, 21 V. Výsledky měření uložíme.

Protokol

Název: Napětí dynama
Pomůcky:
Teorie:
Vypracování:

Do tabulky zapíšeme hodnoty napětí tachodynama pro pět různých otáček. Pro každé otáčky zapíšeme odečtený čas pro 40 impulsů, což je pět period otočení kola, protože kolo má osm otvorů. Ze zjištěné periody vypočítáme frekvenci a otáčky

f = 1/T ,       n = 60f .

Konstantu tachodynama vypočteme ze vztahu

k = n / (1000U) .

Otáčky tachodynama získáme vynásobením napětí touto konstantou.

U  [V]
5T  [s]
T  [s]
f  [Hz]
n  [min-1]
k  [V.min/1000]

Vyhodnocení měření

Sestrojíme graf závislosti napětí tachodynama na otáčkách a vypočteme průměrnou hodnotu konstanty tachodynama.

 

Výsledky

Název: Napětí dynama
Pomůcky:
Teorie:
Vypracování:

Napětí pohonu [V]	Otáčky dynama [1/min]	Napětí dynama [V]	Konstanta dynama [V.min/1000]
9	824,4	1,65	2,00
12	1881	3,69	1,96
15	2912	5,65	1,94
18	3846	7,49	1,95
21	4838	9,58	1,98

Průměrná hodnota konstanty dynama je 1,97 V.min/1000.

Závislost výstupního napětí tachodynama na otáčkách:

Webmaster: Jiří Ryzner, poslední aktualizace: 21.7.2014