background image

Electrical Machines Lab
Experiment-No. five

Date: 13-12-2016

Starting Methods of DC Separately Exited Motor

AIME : To  reduce  the  armature  current  in  DC separately exited by  using a

gradually  decreasing tapped  resistance between  the  supply  voltage  and  the  motor
armature .

THEORY:

It is well known that when starting a DC separately exited motor and that is by

connecting its armature circuit directly to a DC voltage source

، a high value of the

armature  current  is  expected.  Such  high value  is  primarily  due  to  the  lack  of    the
back  electromotive force  (emf)  of  the  motor.  The  back  electromotive  force    is
known  to  be  proportional  to  the  motor  speed.  The  high  value of  the  armature
current may cause troubles to the DC motor like reduction of its life time, creation
of false operation of

the protective devices associated with the motor, etc…).

One of the classical remedies to such problem is to insert a starting resistor in

series with the motor armature circuit.

The starting resistor should be gradually removed as the motor speeds up.

Circuit Diagram

:-

Fig.(1)

DC separately exited

motor

V

f

V

a


background image

Working Principle :-

A variable resistance is connected in series with armature and the field winding

is  connected directly  with  separate  source.  The  parameters  of DC  separately  exited
motors are:-

Case 1: DC Separately Exited Motor Without Starter

Initially,  the  back  emf  produced  at  the  armature  is  zero.  After  full  voltage  is  supplied  across  the
armature, a very high current is obtained (I

a

= 316A) since the value of armature resistance is low.

Parameters

values

R

a

0.6

L

a

0.012H

R

f

240

L

f

120H

L

af

1.8H

J

1 Kg m

2

B

m

0 Nms

T

f

0 Nm

Initial speed

1 rad/sec

Rated current

11.78A

Rated Power

5 HP

Fig.(2) Parameter of motor

 DC Motor

Torque is proportional to speed; TL=Bl*w

w(rad\s) versus Ia (A)

w

Continuous

Va_

v

+

-

Va

Timer

Te

g

1

2

Ideal Switch

Ia

Ef=240 V

E

240 V

Demux

m

A+

F+

A-

F-

dc

TL

DC_Motor

5 hp;  240V;  16.2 A;  1220rpm

0.2287

BL

10 kohm

Fig.(3) Starting motor without starter


background image

2

Out

1

In

x ohm

t ohm

p ohm

b ohm

a ohm

c

1

2

Breaker4

c

1

2

Breaker3

c

1

2

Breaker2

c

1

2

Breaker1

c

1

2

Breaker

8.8

6.8

4.8 s

2.8 s

10.8

The  fuses  will  blow  out  due  to  this  excess  current  and  the  brushes  and  commutators  will  also  get
damaged.

To avoid damaging effect of high initial current, we will insert resistances in series with the armature
(for  certain  time  interval)  which  brings  the  initial  current  to  safe  value.  The  starter  resistances  are
gradually shorted by the circuit breaker. The motor develops speed and back emf till it attains its rated
values.

Case 2: : DC Separately Exited Motor With Starter

A Five step starter system is designed for limiting the starting armature current to a low
value and then gradually decreasing the resistances to finally the armature resistance.

The motor then attains its rated current and operates normally. The role of starter thus
gets over.

Initially, now starting armature current I

a

= V/R

1

; which comes out to be very less. Let

the values of each resistance of the starter be a, b, and c ohms.

Therefore

R

1

= a + b +p +x +t +R

a

R

2

= b +p +x +t +R

a

R

3

= p +x +t +R

a

R

4

= x +t +R

a

R

3

= t +R

a

The values of a, b, p, x, t can be found out from the relation

I

1

/I

2

=R

1

/R

2

=R

2

/R

3

=R

3

/R

a

=k ……………(1)

Fig.(4) starter circuit


background image

Starting a DC Motor

Torque is proportional to speed; TL=Bl*w

w(rad\s) versus Ia (A)

w

Continuous

Va_

v

+

-

Va

Timer

Te

In

Out

5 step

starter

Motor Starter

?

More Info

g

1

2

Ideal Switch

Ia

Ef=240 V

E

240 V

Demux

m

A+

F+

A-

F-

dc

TL

DC_Motor

5 hp;  240V;  16.2 A;  1220rpm

0.2287

BL

10 kohm

Suppose  we  want  to  limit  the  upper  limit  of  current  to  twice  the  value  of  lower  limit
current (or rated current), then we have k= 2, so from equation (1), we first solve the
equation R

5

/R

a

= 2. Putting R

a

=0.61 and R

5

= 0.61+t,

we get t=0.61ohm.

Similarly by solving all the other equations we get the values of x=1.22 ohm, p= 2.44
ohm, b= 4.88 ohm and a=9.76 ohm.

Hence we get the values of R

1

= 19.52 ohm, R

2

=9.76 ohm ,R

3

= 4.88 ohm, R

4

=2.44 ohm,

R

5

= 1.22 ohm.

Hence initial current comes out to be

I

a

= 230/19.52 =11.78 A

After  2.8  seconds,  the  res

istance  ‘a’  gets  shorted  by  the circuit  breaker  placed  in

parall

el  with  the  resistance  ‘a’.  The current  then falls  down  to  a  certain  value  .The

value of the next current will now depend not only on

the  starter  resistance  R

2

but  also  speed  and  back  emf developed  in  the  armature

resistance.  Finally  after  10.8  seconds  the  role  of  the  starter  gets  over  and  the  motor
begins to operate at its rated current, I=11.78A.

Fig.(5) Starting motor with starter


background image

PROCEDURES:

1- Open File ---> New---> Model.
2- Open Simulink Library and browse the components.
3- Select DC Machine ratings 5hp ,240v, 16.2A, 1220 rpm.
4- Connect the components as shown in fig. (3).
5- Plot the armature current, armature voltage, speed and the torque.
6- Connect the components as shown in fig. (5).
7- Plot the armature current, armature voltage, speed and the torque.

Report:

1. Compare between the results of step No. (5) and No.(7) in procedures.
2. What is the benefits of starter.
3. If k=1.5 find the step resistance .




رفعت المحاضرة من قبل: power pdf
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 107 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل