Regulace derivacniho dynama

[Martin Kurka]

Vážený pane Matelisi, dnes jen krátce k bodu k onomu ošálení.

4. konecne nedalo by se cele toto mereni osalit, tak ze bych pripojil na dynamo100w/24V zarovku a zjistil na kolik voltu se musi nabudit dynamo naprazdno aby zarovka trvale svitila pri 24V na vystupu. Odectene otacky by pak byly jmenovite a regulace by pak uz jen regulovala proud dle zateze.
V pripade, ze bych nedocilil pozadovaneho max proudu,  musel bych zmirnit naroky na pozadovany vykon.

Nejjednodušší ošálení bude se zmiňovaným laboratorním  zdrojem, nebo s jakýmkoliv zdrojem ss napětí 12V a 24V (akumulátor s předřazenou pojistkou).
Zapojte dynamo dynamo jako s cizím  buzením. Na budicí vinutí dejte pevně 24V.
Tím si ušetříte nepříjemné skákání napětí a odbuzování dynama.
Roztočte dynamo a zvyšujte otáčky až na kotvě dynama bude naprázdno tak 28V.
Zatěžování žárovkou při měření nedoporučuji, žárovka za studena má hodně malý odpor a  to podstatně ovlivní chování dynama.
Takže připněte ty dva zapůjčené reostaty v sérii vyjeté na plný odpor, tedy celkem 8 Ohm. Upravte otáčky tak, aby jimi tekly tak 3A a na kotvě bylo těch 24V. Postupně snižujte jeden reostat tak, abyste se dostal k proudu zátěží 5A (jeden reostat skoro úplně sjetý, druhý zůstává stále naplno) a při tom budete muset s otáčkami mírně přidávat pod kotel. Až se dostanete na 5A (rezerva pro budicí vinutí) při 24V (120W) poznamenejte si dobře ony otáčky a zkuste odpory připínat a odepínat. Při tom si zjistěte, jak se dynamo chová při skokové zátěži. Jestli je to O.K., tak místo těch odporů zkuste onu žárovku připínat a odepínat. To už bude pro dynamo horší práce.
Celé tohle ověření si můžete zkusit i pro 12V, což bude daleko obtížnější a nestabilnější měření.
Počáteční napětí 14V, počáteční  odpor 2 Ohmy (oba reostaty paralelně) počáteční proud 6A a zatěžovat do 10A t.j. 1,2 Ohmu - oba reostaty souběžně snižovat ani ne do poloviny dráhy.
Možná se vám to ani při 6A nedokáže ani při vyšších otáčkách dostat na 12V, určitě  to bude hodně měkký zdroj (nejste kolem toho kolena) a při zkoušce skokového připojení zátěže tam mohou nastat velké výkyvy napětí na kotvě.

No a tímhle jste zjistil minimální potřebné otáčky pro pro 24V a pro 12V při potřebné zátěži.

Přepojte budicí vinutí paralelně ke kotvě a zkuste to samé ověření pro derivační dynamo.
Tady už bude důležité sledovat, jaké je vlastně napětí dynama bez zátěže při oněch experimentálně zjištěných otáčkách.
Zkuste rozběh dynama bez zátěže a skokové připnutí  zátěže na oněch otáčkách, zkuste i rozběh s připojenou zátěží. Zátěž jak odpory, tak žárovky. Sledujte, co dělá napětí na dynamu po odlehčení a jestli se samo nabudí a jestli nepřeskakuje při připojení zátěže na falešný pracovní bod.


Teď se dostáváme k tomu, zda je dobré měřit charakteristiku naprázdno.
Otáčky dynama odvozené od vodního kola nebudou konstantní, proto musí být vyšší než jsou tyhle zjištěné - ty jsou minimální. Tak máte nějakou rezervu na regulaci napětí.
A jaká je ta rezerva, jaký bude možný rozsah regulování napětí a jak velký bude potřeba onen regulační reostat v buzení zjistíte jen a nejrychleji té charakteristiky naprázdno při vyšších zvolených otáčkách. A když ten reostat buzení bude vyřazený a otáčky dynama minimální tak budete mít zaručen výkon i jmenovité napětí pro žárovky.

Ale spíš to vše pro vás je dobré vodítko a nebudete vykulený, že:
- od nějakého většího odporu reostatu v buzení dynamo ztratí napětí
- pokud se nepohybujete kolem kolena budicí charakteristiky je dynamo hodně měkký zdroj a vyskočí mu hodně napětí naprázdno
- je lepší provoz dynama na vyšší napětí - nejlépe na konstrukční jmenovité napětí
- při přetížení dynama se skokem dostanete na falešný pracovní bod a pohybujete se s proudy a napětími po spodní části zatěžovací charakteristiky
- polarita napětí z derivačního dynama je určena polaritou remanentního magnetizmu a při jeho přepólování si můžete zničit na polaritu citlivé spotřebiče
- napětí naprázdno derivačního dynama je přímo úměrné otáčkám, nezačíná od nuly, ale od remanentního napětí a vyjede z remanentního při postupném zvyšování otáček skokem při jistých otáčkách

[Jiri Matelis]

Vazeny pane Kurko,
mate muj veskery obdiv nebot jsme necekal, ze mi venujete tolik casu a napisete primo diplomovou praci. Sehnat laboratorni zdroj je stejne narocne jako shanet reostat. Nakonec se mi podarilo sehnat stabilizovany zdroj 1,2-30V, 1,5A. Doufam, ze k mym ucelum bude stacit. Odpor budiciho vinuti jsem nameril 26 ohm z toho vyplyva proud 1,15 A pri 30V.
Nyni potrebuji jeste vyresit nahon od vrtacky na motor a zacnu s vlastnim merenim. Pokud se dostavi nejake vysledky urcite je dam na stranky.
Dekuji za skvely navod a drzte mi palce, at neco kloudneho namerim.

[Jiri Matelis]

 pane Kurko,
tak jsem se konecne dostal ke zmereni charaktristiky dynama naprazdno, dle Vaseho navodu. Viz ukazka z pripravy na mereni.
Bohuzel mereni dopadlo bidne. Dilem za to muze nepresnost "laborantu", ale hlavni pricina je ve zcela spatnem postupu celeho mereni.
Sezval jsem k mereni "poradce". Vice hlav vice vi, ale take se vice dohaduji, jak jsem posleze zjistil. Mel jsem zasadni problem vysvetlit, ze zatezovaci charakteristiku chci zjistit merenim bez zatizeni.
Kdyz jsem vsechny nakonec presvedcil, ze to opravdu jde, tak jsme sice zmerili napeti na dynamu, ale místo nastavovani budiciho proudu jsme nastavovali budici napeti. Budicim proudem jsem se neobtezovali a nemerili jej. Jelikoz nezbyval  cas, nechal jsem kresleni grafu az na druhy den. To bylo prekvapeni.  Zive se dovedu predstavit jak se nam nyni smejete. Takze si cele mereni pekne v klidu zopakuju, radeji sam  bez poradcu.
Jak jsem tak koukal na namerene hodnoty, napadlo me, ze bych mohl proud protekajici budicim vinutim alespon vypocitat, kdyz znam odpor a napeti. Prepocital jsem nastavovana budici napeti na proud a hodnoty zacal vynaset do grafu. Na osu y napeti na dynamu a na osu x budici proud pro dane otacky. Merili jsme od 400 do 800ot/min. Vysledek viz obr.
Zde uvadim nektere namerene hodnoty:
1) Rbuzeni=28,2 ohm a Rmotoru=6,8 ohm, coz zdaleka neni 10x az 100x vice nez  ma odpor vinuti motoru, jak se vsude uvadi.
2) 12V naprazdno se dosahne pri 450 ot/min
3) 24V naprazdno se dosahne pri 560 ot/min 
4)  21W zarovka se rozviti pri roztoceni dynama na 600ot/min kdy napeti naprazdno je 30V, napeti po zatizeni klesne na  12,5V - falesny pracovni bod
5) 40W zarovka se rozsviti pri 900ot/min, kdy napeti naprazdno je 47V, napeti pri zatizeni 14V. 12V se zde spatne dosahovalo, bud napeti skocilo vyse nebo nize - opet falesny pracovni bod

Rad bych s Vami zkonzultoval nektere postrehy.
a) Pri 800 ot/min jsme dokazali nastavit budici napeti pouze do 10V, potom se jiz nedalo na zdroji zvysovat napeti. Napeti melo snahu se snizovat. Pravdepodobne se bude zdroj takto chovat i pri nastavovani proudu. Pro uplnost: zdroj domaci vyroba 1,5 - 29V, 1,5A
b) Krivky vychazi po prepoctu takto viz obr. Budici napeti jsme nastavovali od 5V do 26V na budicim vinuti, coz odpovida po prepoctu 0,921A (26V).
24V na budicim vinuti odpovida 0,851A. 
c) Dynamo ma ctyri vyvody. Dva - budici vinuti a dva - kotva. Musí byt minusove (plusove) vyvody spojene? Ma to nejaky vliv na namerene hodnoty?
d) Zde jsem si uvedomil, ze při pripojeni zarovky 12V dochazi k velkemu rozdilu napeti naprazdno a při zatizeni v zavislosti na odebiranem proudu.
Zarovka 21W/12V  proud 1,75A    Zarovka 40W/12V proud 3,33A
Unaprazdno=30V                          Unaprazdno=47V
Uzatizeni=12,5V                            Uzatizeni=14V

Rozdil napeti  30-12,5=17,5V        Rozdil napeti  47-14=33V

Z toho usuzuji ze dynamo pracuje v obou pripadech ve falesnem pracovnim bode. Potom mi konecne doslo, ze musim pouzit vyssi napeti abych se s pracovnim bodem dostal na spravne misto. Doufam, ze me uvahy se ubiraji spravnym smerem.

[Martin Kurka]

Vážený pane Matelisi, pro časovou tíseň budu muset odpovědět velice stručně,

-prosím pošlete mi excellovský sešit s naměřenými hodnotami a grafem -  sem jako přílohu

- rozhodně příští měření udělejte se zátěžemi 24V (dvě shodné 12V žárovky v sérii), toto dynamo jednoduše k 12V nepřemluvíte, aniž byste se nedostával do falešného pracovního bodu

- velký odběr budicího proudu při 800ot/min je podivný, naprázdno by prakticky měl být budicí proud nezávislý na otáčkách, teprve při zatížení kotvy by reakce kotvy měla odbuzovat a na buzení se musí přidávat pod kotel, aby budicí prou zůstal konstantní.
Je-li mezní proud buzení při 800ot. omezen, nezapomněl jste na diodu paralelně k buzení? Mohl by zakmitávat zdroj.
Tady vám napoví měření budicího proudu a měření napětí na buzení (v nejhorším odečet z knoflíku nastavování napětí zdroje)

- spojení (-) pólů vinutí při měření nemá praktický význam, nic tím ale nemůžete pokazit.

- odpor kotvy nemusíte změřit ohmmetrem přesně, protože na uhlících, jako na nelineárním odporu je prakticky část konstantního úbytku napětí, což oblafne ohmmetr. Takže správně se měří zabržděním kotvy zkratováním budicího vinutí, puštěním  proudu I1 ze zdroje do kotvy a změřením napětí U1 na kotvě, puštěním většího proudu I2 do kotvy a změřením vyššího napětí U2 na kotvě. Odpor kotvy pak bude Ra=(U2-U1)/(I2-I1)
U1 volte tak 2V a U2 asi 6V, to by ten váš zdroj utáhnul.

[Petr Matuška]

Pane Matelis,

Jaký byl proud v buzení?

Zkuste na zdroj přes diodu připojit velký kondenzátor k buzení. Ten "požere" proudové špičky. Pokud ale překročíte mezní proud zdroje, tak není pomoci. Jedině silnější zdroj. Přibuzovat napětím z kotvy připojeným paralelně k výstupu ze zdroje - to by byla už "elektrárna" s diodovou logikou, a nevím, jestli by to nebylo nestabilní.
Přikládám principiální schéma. Možná mě to pan Kurka rozcupuje na kusy, ale to už je moje riziko.

[Jiri Matelis]

To Mr Martin Kurka
Posilam xls soubor s grafem spolu s hodnotami.
Diodu na svorkach zdroje jsem pripojil, ale je mozne. ze se pri poslednim mereni mohla uvolnit, jelikoz pripevneni diody nebylo moc kvalitni.
Dnes provedu dalsi mereni dle spravneho postupu. Hlavne se zamerim na 24V.

To Mr Petr Matuska
Dekuji za odpoved a pripojene schema. Bohuzel hodnoty budiciho proudu neznam, jelikoz  mereni nebylo provedeno spravne a budici proud jsem primo nemeril. Dnes budu snad vedet vice.

[Martin Kurka]

Vážený pane Matelisi,
první nástřel ze změřených údajů je tento:
Pro napětí 24V jsou optimální otáčky mezi 500-600ot/min.
Pro 600ot/min je hodnota sériového odporu v buzení pro Ua=24V 14Ohmů a kritická hodnota asi 18Ohmů - větší hodnota odporu už způsobí odbuzení (celková hodnota předřazeného odporu i odporu budicího vinutí 42Ohm a kritická 46Ohmů).

Kritická hodnota úbytku na kotvě (v derivačním zapojení) dU = Ra*Ia je jen 2V a napětí na výstupu klesne až asi na 17V!

Zaměřte se prosím nejprve na odpor kotvy. Určitě nemůže být 6 Ohmů.
Když si vezmu, že dynamo má dávat 100W na 24V, pak to je 4A a na odporu kotvy 6Ohmů by se ztrácelo  plných 24V!
Opravdu musí být odpor kotvy do 0,5Ohmu, jinak to nebude fungovat.
Je docela možné, že máte na dynamu něco s uhlíky, nebo i spálený rotor.
Protože podle těch charakteristik, byste se ještě na 12V do falešného pracovního bodu vůbec nemusel s těmi žárovkami dostávat. Nejprve by bylo dobré před měřením vyloučit tento možný problém.
Ta měkkost dynama by opravdu mohla být vadou uhlíků či spálenou kotvou.

Problém s uhlíky jednoduše vyloučíte, když uhlíky vyjmete (poznačte si jejich pozici a polohu aby šly po zpětné montáži do stejné polohy a stejného držáku) a otvory držíků uhlíků prostrčíte měřicí hroty ohmmetru tak, že se budou přímo dotýkat mědi komutátoru (pozor nepoškrábat) a to v jedné přímce (přímka prochází skrz osu rotoru a měří se odpor mezi přesně protilehlými lamelami).
Zkuste různá pootočení a odpor musí výt mezi párem všech lamel +/- shodný a být do 0,5Ohmu (nezapomeňte odečíst odpor měřicích vodičů multimetru - jeho hodnotu zjistíte při zkratování měřicích hrotů - silný dotek). Pak to samé s uhlíky minule popsanou metodou pomocí zdroje.
Pak teprve se dejte do nového měření.
 

[halik]

Jestli to bude tlačit pouze 12V (nebo i 24V), tak počítejte při solidnější zátěži již při vedení v délce řádu desítek metrů se solidními úbytky napětí.

[Jiri Matelis]

Vazeny pane Kurko,
Dekuji za vas posledni prispevek a rady. V tydnu a pres vikend jsem otravoval kamarada, nacez jsme udelali další mereni a jak tak zjistuji, mohl bych merit neustale. Pokazde prijdu na další hodnoty, ktere jsem nezmeril a byly by tak zajimave.
Na zaklade vaseho posledniho prispevku jsme rozebrali dynamo a zmerili odpor vinuti motoru primo na lamelach. Vysledny odpor byl 2,7 ohmu. Zadny problem s uhliky ci kotvou  jsme nezjistili. Uhliky jsou zachovale, vcelku neopotrebovane, stejne se jevi i komutator. Odpor vinuti motoru se i při pootaceni pohyboval kolem této hodnoty. Nasledne jsme provedli mereni U2-U1/I2-I1. Z namerenych hodnot vychazi odpor (4-2)/(1,11-0,35) = 2,63 ohm, coz odpovida namerene hodnote 2,7ohm. Vypada to, ze dynamo (pokud není poskozeno) ma opravdu vyssi odpor vinuti a je bohuzel mekke.

Před vlastní merenim charakteristiky dynama naprazdno jsme provedli tato mereni:
Rkotvy=2,7ohm
Rbm=28,8 ohm - odpor budiciho vinuti (mereny)
Rbv=27,8 ohm - vypocitany odpor budiciho vinuti z hodnot Ub=5V a Ib=0,18A
Rbv=27,77 ohm - kontrola vypoctu Rbv  z hodnot Ub=10V a Ib=0,36A
Diference Rbdif=Rbn-Rbv=28,8-27,8=1ohm

Ib24=0,833A  - max proud budiciho vinuti při Uo=24V
Vysledky mereni posilam v xls tabulce s grafem.
Tentokrat mereni probehlo presne podle vasich pokynu a hodnoty diky zpresnenemu odecitani otacek jsou o poznani lepsi. Také nedoslo k problemum při mereni 800ot/min a vyssich.
Grafy vysly az prekvapive hladce bez predeslych  nepresnosti.

Dále nam to nedalo a merili jsme dynamo při zatizeni zarovkami - 42W a 57W vse při 24V.
To same mereni jsem udelal i pro usporne zarovky, které byly pripojeny přes menic 24/230V pro hodnoty 9, 21, 30, 32, 39, 41, 44, 53 a 62W.
Vysledky uvadim v tabulce spolecne s grafem.

Zde bych na vas mel jednu velkou prosbu. Uz jste mi to kreslil, ale nevychazi mi porad bod Pm.
Kriticky bod lezi na tecne, ten jsem nalezl, ale s bodem Pm porad zapasim. Pocital jsem tgα=Ub/Ib, ale vychazi mi divny uhel. Tez by me zajimala zatezovaci cahrakteristika odvozena z primky odporu budiciho obvodu.

Dekuji JM