Elektricni pogoni LV - UM · ELEKTRIČNI POGONI - Laboratorijske vaje Marko Jesenik, Mladen Trlep (%), ELEKTRIČNI POGONI - Laboratorijske vaje Marko Jesenik, Mladen Trlep , , 1.)

ELEKTRIČNI POGONI

Laboratorijske vaje

Marko Jesenik, Mladen Trlep

Maribor, 2009

ELEKTRIČNI POGONI - Laboratorijske vaje Marko Jesenik, Mladen Trlep

1. VAJA BESEDILO NALOGE Za dani pogon določite skupni vztrajnostni moment pogona.

zaganjalnik

L1L2L3

ASM DS

zaganjalnik

L1L2L3

ASM DS

OPIS VAJE Skupni vztrajnostni moment pogona je veličina, ki je pomembna pri dimenzioniranju motorja za ustrezni pogon. Od skupnega vztrajnostnega momenta je odvisno koliko energije bomo potrebovali za spremembe vrtljajev motorja (zagon, zaviranje, reverziranje, itd.) in kolike bodo izgube v motorju. Skupni vztrajnostni moment pogona bomo določili z iztečnim preizkusom. Pogon zavrtimo do končnih vrtljajev in ga izklopimo. Posnamemo karakteristiko n=f(t) in iz nje določimo mehansko časovno konstanto Tm.

n (min-1)

t (s)

nx

Tm

n (min-1)

t (s)

nx

Tm Skupni vztrajnostni moment izračunamo z uporabo enačbe:

2260

izg ms

x

P TJ

nπ

⋅=

⋅ ⋅⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

, kjer so posamezne veličine:

Js - skupni vztrajnostni moment pogona Pizg - izgube trenja in ventilacije motorja (za uporabljen motor je Pizg=104W) Tm - časovna konstanta (enota: s) nx - končni vrtljaji pogona (enota: min-1)


REZULTATI: 1) Podatki motorja: 2) Podatki motorja, ki se je kot dodatna vztrajnost dodan pogonskemu motorju: 4) Priložite časovni potek vrtljajev n, ga po potrebi komentirajte in določite časovno

konstanto Tm. 5) Izračunajte skupni vztrajnostni moment Js uporabljenega pogona: ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Kako bi izračunali skupni vztrajnostni moment pogona, če se posamezni deli pogona

vrtijo s hitrostmi, ki niso enake hitrosti pogonskega motorja? b) Zakaj je pomembno, da poznamo skupni vztrajnostni moment pogona?


2. VAJA BESEDILO NALOGE Spreminjajte napetost kotve obremenjenega enosmernega motorja ter izmerite in izračunajte vrtljaje motorja. Prikažite še časovne poteke vzbujalnega toka Ivz, vzbujalne napetosti Uvz, toka kotve Ia in napetosti kotve Ua za zagone motorja z različnimi napetostmi.

L1L2L3

EM

U~U=

L1L2L3

EM

U~U=

OPIS NALOGE Če spreminjamo napetost kotve enosmernega motorja se posledično spreminjajo vrtljaji motorja. Vzbujanja ne spreminjamo. Ob vklopu tok vzbujalnega navitja in kotve zaradi induktivnosti in pospeševanja ne moreta v trenutku doseči končnih vrednosti, temveč postopno narasteta do končnih vrednosti. Na napajalniku bomo nastavljali različne enosmerne napetosti in po končanem prehodnem pojavu merili vzbujalno napetost Uvz, vzbujalni tok Ivz, napetost kotve Ua in tok kotve Ia. Iz merjenih podatkov bomo izračunali vrtljaje motorja nizr, ki jih bomo primerjali z izmerjenimi vrtljaji. Za določitev vrtljajev najprej izračunamo konstanto ce iz točke motorja, ko nastavimo nazivno napetost.

a ae

izm

U I Rcn− ⋅

=

Vrtljaje določimo: a a

izre

U I Rnc

− ⋅=

REZULTATI: 1) Podatki motorja in napajalnika: 2) V tabelo vpišite merjene vrednosti Uvz, Ivz, Ua, Ia in nizm ter izračunajte vrtljaje nizr za

različne vrednosti nastavljene enosmerne napetosti U. U(V) Uvz(V) Ivz(A) Ua(V) Ia(A) nizm(min-1) nizr(min-1) 50 75 100 125 150


175 200 220 3) Izračun konstante ce iz točke pri nazivni napetosti in vrtljajev nizr pri napetosti U=125V: 4) Priložite prikazane časovne poteke vzbujalnega toka Ivz, vzbujalne napetosti Uvz, toka

kotve Ia in napetosti kotve Ua za zagone motorja z napetostmi 100, 150 in 220V. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Zakaj se spreminjajo vrtljaji EM, če spreminjamo napetost (utemeljite z enačbo)? b) Zakaj tok v vzbujalnem tokokrogu in tokokrogu kotve ne dosežeta končnih vrednosti v

trenutku vklopa?


3. VAJA BESEDILO NALOGE Za napajanje enosmernega motorja uporabimo pulzni napajalnik (rezalnik napetosti - "Choper"). Priključimo ga na dva načina: a) v tokokrog kotve b) v vzbujalni tokokrog Za primer a), ko je napajalnik priključen v tokokrog kotve, za različne relativne vklopne dobe izmerite napetost kotve Ua, tok kotve Ia, vzbujalno napetost Uvz, vzbujalni tok Ivz in vrtljaje nizm ter izračunajte vrtljaje nizr. Za primer b), ko je napajalnik priključen v vzbujalni tokokrog, za različne relativne vklopne dobe izmerite napetost kotve Ua, tok kotve Ia, vzbujalno napetost Uvz, vzbujalni tok Ivz in vrtljaje nizm ter narišite odvisnost ce=f(Ivz). Prikažite časovne poteke Ua, Ia, Uvz in Ivz.

V

A

EM

A

V

+

-+

-

a)b)

a)b)

V

A

EM

A

V

+

-+

-

a)b)

a)b)

OPIS VAJE a) Tokokrog kotve napajamo s pulzno napetostjo z različnimi relativnimi vklopnimi dobami

ε. Napetost v vzbujalnem tokokrogu je konstantna - nazivna. S povečevanje relativne vklopne dobe ε, se povečuje srednja vrednost napetosti, zaradi česar se povečujejo vrtljaji motorja. Oblika pulzne napetosti:

Za določitev vrtljajev najprej izračunamo konstanto ce iz točke motorja, ko nastavimo nazivno napetost (relativna vklopna doba ε=1) .

a ae

izm

U I Rcn− ⋅

=


Vrtljaje v ostalih točkah določimo: a a

izre e

I RUnc cε

⋅= −

b) Vzbujalni tokokrog napajamo s pulzno napetostjo z različnimi relativnimi vklopnimi dobami ε. Napetost v tokokrogu kotve je konstantna - nazivna. S povečevanjem relativne vklopne dobe ε, se zmanjšuje srednja vrednost napetost v vzbujalnem tokokrogu, s tem se zmanjšuje vzbujalni tok in posledično magnetni pretok, zaradi česar se povečujejo vrtljaji - motor obratuje v področju slabljenja polja. Paziti moramo, da vrtljajev ne povečujemo čez vrednost maksimalnih vrtljajev (centrifugalne sile), ki jih določajo mehanske lastnosti motorja.

Konstanto ce določimo:

a aeizm

U I Rcn− ⋅

=

REZULTATI: 1) Podatki motorja in napajalnika: a) Primer: 2) Izračun konstante ce (pri ε=1) in vrtljajev nizr za relativno vklopno dobo ε=0.6. 3) V tabelo vpišite merjene vrednosti Ua Ia, Uvz, Ivz in nizm ter izračunajte vrtljaje nizr za

različne vrednosti relativne vklopne dobe ε. ε

(kotva) Ua(V) Ia(A) Uvz(V) Ivz(A) nizm

(min-1) nizr

(min-1) ce(Vmin)

0.02 / 0.04 / 0.08 / 0.1 /

0.125 / 0.2 / 0.3 / 0.4 / 0.5 / 0.6 / 0.7 / 0.8 / 0.9 / 1


b) Primer: 4) Izračun konstante ce za relativne vklopno dobo 0.7. 5) V tabelo vpišite merjene vrednosti Ua Ia, Uvz, Ivz in nizm ter izračunajte konstanto ce za

različne vrednosti relativne vklopne dobe ε. ε

(vzbujanje) Ua(V) Ia(A) Uvz(V) Ivz(A) nizm

(min-1) nizr

(min-1) ce(Vmin)

1 / 0.9 / 0.8 / 0.7 / 0.6 / 0.5 / 0.4 /

6) Priložite grafični prikaz odvisnosti ce=f(Ivz). 7) Priložite prikaz trenutnih vrednosti Ua, Ia, Uvz in Ivz. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Kakšna je razlika med uporabo pulznega napajanja za spreminjanje vrtljajev in uporabo

dodatne upornosti? b) Kdaj uporabimo pulzno napajanje v tokokrogu kotve? c) Kdaj uporabimo pulzno napajanje v vzbujalnem tokokrogu? d) Ali je dobljena karakteristika ce=f(Ivz) pričakovane oblike? e) Kako lahko zmanjšamo nihanje toka, posledično momenta in vrtljaje, ki je posledica

pulzne napetosti?


4. VAJA BESEDILO NALOGE Parametrirajte enosmerni regulator SIMOREG DC MASTER, da bo z njim možno regulirati vrtljaje enosmernega motorja, ki ga imamo v laboratoriju. Opravite naslednje naloge: - iz napisne ploščice odčitajte podatke motorja - iz napisne ploščice odčitajte podatke merilnika vrtljajev - določite referenčne vrednosti (Ia, M, n, Ua, Ivz) - z uporabo prednastavljenih korakov v "Drive monitorju" (DM) parametrirajte regulator, da

bomo z njim lahko napajali naš enosmerni motor. - z uporabo DM-a izrišite poteke toka kotve (Ia), magnetnega pretoka (Φ), momenta (Mm),

vrtljajev (n), napetosti kotve (Ua) in vzbujalnega toka (Ivz) za primer zagona in ustavljanja neobremenjenega motorja.

OPIS VAJE Opis regulatorja SIMOREG DC MASTER je poimenovana družina Siemensovih enosmernih regulatorjev. Enosmerni regulator, ki ga imamo v laboratoriju, nosi oznako 6RA7013. V nekaterih pogonih se enosmerni motorji še vedno primernejši od izmeničnih. V teh primerih običajno uporabljamo enosmerne regulatorje za napajanje le teh. SIMOREG DC MASTER (SDCM) nam omogoča, da se pogon ne glede na obremenitev vrti s konstantnimi vrtljaji, da motor pospešuje in zavira po neki vnaprej predpisani funkciji, da motor spreminja vrtljaje glede na vnaprej predpisan cikel obratovanja, da motor obratuje s konstantnim vrtilnim momentom, itd. SDCM napaja tako armaturo, kot tudi vzbujalno navitje enosmernega motorja. Enosmerni motor je običajno opremljen z merilnikom vrtljajem (v našem primeru je to dajalnik pulzov), ki je povezan z regulatorjem (zaprta regulacijska zanka).

SIMOREG DCMASTER

ENOSMERNIMOTOR

Merilnikvrtljajev BREME

L1 L2 L3

SIMOREG DCMASTER

ENOSMERNIMOTOR

Merilnikvrtljajev BREME

L1 L2 L3


Parametriranje regulatorja Če želimo regulator uporabiti za konkretni pogon, moramo regulator, preden ga lahko uporabimo za napajanje motorja, ustrezno parametrirati. Parametriranje pomeni, da definiramo parametre, ki so nujni za pravilno delovanje regulatorja. Parametriranje lahko poteka s pomočjo: a) PMU ("Parametrization unit"), ki je nameščena neposredno na SDCM-ju.

b) Z uporabo programskega orodja "Drive Monitor" (DM). Računalnik z DM je povezan preko serijskega vmesnika z SDCM-jem.

Nekaj osnovnih parametrov: P100 - nazivni tok kotve Ian, P101 - nazivna napetost kotve Un, P102 - nazivni vzbujalni tok Ivzn, P106 - nazivni vrtljaji nn, P303 - čas pospeševanja tp, P304 - čas zaviranja tz, P305 - čas začetnega zaokroževanja tzz, P306 - čas končnega zaokroževanja tkz, P171 - tokovna omejitev v pozitivni smeri vrtenja, P172 - tokovna omejitev v negativni smeri vrtenja,


P180 - omejitev vrtilnega momenta v pozitivni smeri vrtenja, P181 - omejitev vrtilnega momenta v negativni smeri vrtenja, itd. Parametre lahko vnašamo z direktnim vnosom podatkov v listo parametrov v programskem okolju DM.

Ali pa vstavimo osnovne podatke s pomočjo prednastavljenih korakov v programskem okolju DM. Ta način je enostavnejši, saj s pomočjo pogovornih oken vstavljamo potrebne podatke, pri čemer ni potrebno poznati oznak posameznih parametrov.

Več podatkov o parametrih in načinih parametriranja najdete v navodilih za uporabo SDCM-a, ki sta jih sestavila Jure Strnad in Damjan Majcen v okviru diplomske naloge. Motor Z regulatorjem napajamo enosmerni motor, ki je mehansko povezan z bremenom. Enosmerni motor je namenjen obratovanju v širokem področju vrtljajev. Motor je prisilno hlajen. Analiza časovnih potekov DM nam omogoča analizo časovnih potekov različnih veličin. Za analizo uporabimo grafični vmesnik imenovan TRACE.


1 2

3

4 5

6

[%]

200

150

100

50

0

-50

-100

-150

-200[ms]6925.84 20117.93 33310.01 46502.10 59694.18 72886.27 86078.35 99270.44 112462.52

1 IaMeanValMotor2 Currentf lux3 Actualtorque4 Actualspeed5 MeasuredEMF6 Ifcntrlact.val7 FixValue08 FixValue09 FixValue010 FixValue0

V ustreznem pogovornem oknu izberemo veličine, ki jih želimo izrisovati. Imena veličin so v angleškem jeziku in tako se tudi pojavljajo kot oznake pri grafičnih prikazih. Za nas so pomembne naslednje veličine: - IaMeanValMotor → tok kotve - Ia - Currentflux → magnetni pretok - Φ - Actualtorque → vrtilni moment motorja - Mm - Actualspeed → vrtljaji - n - Vaactvalue → napetost kotve - Ua - Ifcntrlact.val → vzbujalni tok - Ivz Vse veličine se podajajo v procentih glede na referenčne vrednosti. Referenčne vrednosti se običajno nastavijo na nazivne vrednosti, v primeru vrtljajev pa so nastavljeni maksimalni dovoljeni vrtljaji (glede na pogon), ki so v našem primeru 3000 min-1. To pomeni za motorj Siemens tip 1GG5104-OED40-6VV1, da bodo nazivni vrtljaji 1750 min-1 enaki 58% referenčne vrednosti. REZULTATI 1) Oznaka enosmernega regulatorja: 2) Podatki motorja: 3) Podatki merilnika vrtljajev: 4) Referenčne vrednosti:


5) Priložite poteke toka kotve Ia, magnetnega pretoka Φ, vrtilnega momenta M, vrtljajev n,

napetosti kotve Ua in vzbujalnega toka Ivz pri zagonu in ustavljanju neobremenjenega motorja.

ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Ali lahko s prednastavljenim parametriranjem vplivamo na vse parametre? b) Na kak način dostopamo do vseh parametrov? c) Zakaj je pomembno, da vnesemo v regulator pravilne podatke motorja? d) Ali lahko regulator deluje brez računalnika?


5. VAJA BESEDILO NALOGE Naloga je razdeljena v dva dela: 1) Uporabite SDCM za vzdrževanje konstantnih vrtljajev pogonskega motorja Siemens tip

1GG5104-OED40-6VV1 (regulacija vrtljajev) za različne obremenitve motorja, ki so podane v tabeli.

2) Uporabite SDCM, ki napaja pogonski motor Siemens tip 1GG5104-OED40-6VV1 za izvedbo podanega tehnološkega procesa. Tehnološki proces zahteva ustrezne spremembe vrtljajev, medtem, ko je moment bremena konstanten. Tehnološki proces izvedite na dva načina:

a) ročno z vnosom nove vrednosti v ukazno vrstico DM-ja med procesom. b) avtomatsko na osnovi podanega časovnega poteka - profila (uporabite "script

datoteko") OPIS VAJE 1) Ker gre za reguliran pogon glede na želene vrtljaje, bo regulator hitrosti zagotavljal

konstantne vrtljaje pri različnih obremenitvah (vendar v obsegu, ki ga omogočata motor in nastavitve SDCM). Zato se bodo morale spreminjati veličine v rotorskem in vzbujalnem tokokrogu (Ia, Ua, Ivz).

2) Gre za reguliran pogon. Glede na želene vrtljaje bo regulator hitrosti zagotavljal nastavljene konstantne vrtljaje v obsegu, ki ga omogočata motor in nastavitve SDCM. Motor bo obremenjen s konstantnim vrtilnim momentom, ki bo nekoliko manjši od nazivnega vrtilnega momenta. Prav tako bodo zahtevani vrtljaji manjši ali enaki nazivnim vrtljajem (58%) motorja. Vaja je sestavljena iz dveh delov: a) v DM programskem orodju "ročno" nastavljajte želeno vrednost vrtljajev glede na

podan tehnološki proces (Mb=10Nm): n (%)

t (s)20s 20s 20s

30%40%

58%n (%)

t (s)20s 20s 20s

30%40%

58%

b) Uporabite "script datoteko" za podan tehnološki proces, s čimer zagotovite

natančnejše preklope, kot v primeru ročnega preklapljanja (Mb=10Nm):


n (%)

t (s)5s 6s 7s

30%40%

58%

10%20%

58%

5s5s4s

n (%)

t (s)5s 6s 7s

30%40%

58%

10%20%

58%

5s5s4s

"Script datoteka" ima naslednjo obliko:

Za ukazom WRITE sledi: - številka parametra, ki ga spreminjamo - številka indeksa (regulator lahko vsebuje več list parametrov) - vrednost parametra

REZULTATI 1.1) V tabelo vpišite Ia, Ua in Ivz pri različnih obremenitvah, ko se vrtljaji motorja ustalijo.

Želena vrednost vrtljajev naj bo nastavljena tako, da se bo motor vrtel z nazivnimi vrtljaji.

Mb(Nm) Ia (A) Ua(V) Ivz(A) 1. 16 2. 14 3. 12 4. 10 5. 8 6. 6 1.2) Priložite časovne poteke odzivov in jih po potrebi komentirajte.


2.a1) V tabelo vpišite Ia, Ua in Ivz pri različnih vrtljajih, ko se vrtljaji motorja ustalijo. Želeno vrednost vrtljajev nastavljajte ročno glede na podan tehnološki proces v točki 2a).

Mb(Nm) Ia (A) Ua(V) Ivz(A) 1. 10 2. 10 3. 10 2.a2) Priložite časovne poteke odzivov iz točke 2a) in jih po potrebi komentirajte. 2.b1) V tabelo vpišite Ia, Ua in Ivz pri različnih vrtljajih, ko se vrtljaji motorja ustalijo. Želena

vrednost vrtljajev se bo nastavljala na osnovi script datoteke, kot to zahteva tehnološki proces v točki 2b).

Mb(Nm) Ia (A) Ua(V) Ivz(A) 1. 10 2. 10 3. 10 4. 10 5. 10 6. 10 2.b2) Priložite časovne poteke odzivov iz točke 2b) in jih po potrebi komentirajte. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: 1.) a) Katera veličina se ob spremembi bremenskega momenta (pri konstantnih vrtljajih) najbolj

spremeni? b) Kakšen je vzbujalni tok ob spremembi momenta? c) Katero enačbo bi uporabili za izračun vrtljajev, če bi poznali ostale veličine v tabeli? d) Kako sta povezana tok in moment motorja? 2.) a) Katera veličina se najbolj spreminja, ko spreminjamo vrednost želenih vrtljajev? b) Kaj se dogaja s tokom ob spremembi vrtljajev in zakaj? c) Je vzbujalni tok konstanten ali se spreminja - zakaj? d) Kakšno mora biti hlajenje motorja, da lahko trajno obratuje z nizkimi vrtljaji in je

obremenjen z nazivnim vrtilnim momentom.


6. VAJA BESEDILO NALOGE Uporabite SDCM, ki napaja pogonski motor Siemens tip 1GG5104-OED40-6VV1 za izvedbo podanega tehnološkega procesa. Tehnološki proces zahteva konstanten vrtilni moment v posameznih časovnih intervalih, tako da bomo nastavljali konstanten tok (in s tem vrtilni moment). Kot breme bomo uporabili dva različna momenta bremena: 1.) Mb=k·n 2.) Mb=k·n2. OPIS VAJE V tej vaji gre za pogon, kjer motor razvija konstanten nastavljen moment. Nastavljamo konstanten tok, ker pa je moment povezan preko konstante s tokom, je s tem zagotovljen konstanten moment. Moment in tok sta povezana s konstanto v področju do nazivnih vrtljajev, dokler ne slabimo polja. V našem primeru zahteva tehnološki proces različne konstantne momente v različno dolgih časovnih intervalih. Zahteva tehnološkega procesa je naslednja:

I (%)

t (s)20s

50%65%

35%

20%

20s20s20s

I (%)

t (s)20s

50%65%

35%

20%

20s20s20s Konstanto k, ki definira naklon vrtilnega momenta bremena določimo tako, da bo razvijalo breme pri nazivnih vrtljajih motorja vrtilni moment po vrednosti enak nazivnemu vrtilnemu momentu motorja za primer 1. in 2. primer bremena.

M (Nm)

n (min-1)

Mb

Mn

nn

M (Nm)

n (min-1)

Mb

Mn

nn 1.) Mb=k·n


M (Nm)

n (min-1)

Mb

Mn

nn

M (Nm)

n (min-1)

Mb

Mn

nn 2.) Mb=k·n2

Vrednost želenega toka nastavljajte ročno. V primeru avtomatizacije procesa, bi uporabili "skript datoteko", kot je opisano v 5. vaji. REZULTATI 1.1) V tabelo vpišite Mb, Ua, Ivz in vrtljaje n pri različnih nastavljenih tokih, ko se vrtljaji

motorja ustalijo. Mb(Nm) Ua(V) Ivz(A) n (min-1) 1. 2. 3. 4. 1.2) Priložite časovne poteke odzivov in jih po potrebi komentirajte. 1.3) Na osnovi podatkov iz tabele narišite odvisnost M=f(n) in jo priložite. 2.1) V tabelo vpišite Mb, Ua, Ivz in vrtljaje n pri različnih nastavljenih tokih, ko se vrtljaji

motorja ustalijo. Mb(Nm) Ua(V) Ivz(A) n (min-1) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 2.2) Priložite časovne poteke odzivov in jih po potrebi komentirajte. 2.3) Na osnovi podatkov iz tabele narišite odvisnost M=f(n) in jo priložite.


ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: 1.) a) Zakaj motorja nismo obremenjevali s konstantnim momentom, temveč z linearnim

momentom Mb=k·n? b) Kaj se dogaja z napetostjo ob spremembah toka? c) Kaj se dogaja z momentom motorja ob spremembah toka? d) Kaj se dogaja z vzbujalnim tokom ob spremembah toka? e) Kje se v praksi pojavlja bremenski moment oblike Mb=k·n? 2.) a) Kakšna je razlika v potekih, če primerjamo 1. in 2. primer? b) Kje se v praksi pojavlja bremenski moment oblike Mb=k·n2?


7. VAJA BESEDILO NALOGE Uporabite SDCM, ki napaja pogonski motor Siemens tip 1GG5104-OED40-6VV1 za izvedbo podanega tehnološkega procesa. Tehnološki proces zahteva obratovanje z vrtljaji, ki so na začetku enaki nazivnim (n%=58%), nato pa večji od nazivnih vrtljajev motorja. Vajo izvedite za dva različna momenta bremena: a) moment bremena je enak 2 Nm in je konstanten b) moment bremena je 6 Nm in je konstanten OPIS VAJE Gre za reguliran pogon. Glede na želene vrtljaje bo regulator hitrosti zagotavljal nastavljene konstantne vrtljaje v obsegu, ki ga omogočata motor in nastavitve SDCM in pri tem se bo spreminjala napetost kotve Ua in vzbujalna napetost Uvz. Ko napetosti kotve Ua ne moremo več povečevati, ker smo dosegli nazivno napetost, lahko vrtljaje še povečujemo z zmanjšanjem vzbujanja in s tem magnetnega pretoka skozi motor. Takrat motor obratuje v področju slabljenja polja. S tem, ko zmanjšamo magnetni pretok pa ne dosežemo samo povečanja vrtljajev, temveč se bo ob nespremenjenem vrtilnem momentu bremena povečal tok kotve Ia, kar povzroča povečano segrevanje. Zaradi tega morajo biti trajne obremenitve motorja manjše od trajnih obremenitev motorja, ki obratuje z nazivnim vzbujanjem. V področju slabljenja polja lahko obratujemo do meje - P2 maksimalna je konstantna. Prav tako moramo paziti, da vrtljajev ne povečujemo čez vrednost maksimalnih vrtljajev (centrifugalne sile), ki jih določajo mehanske lastnosti motorja. V obeh primerih bo vrtilni moment bremena konstanten. Podan tehnološki proces je naslednji:

n (%)

t (s)20s

70%65%

58%

90%80%

100%

20s20s20s20s20s

n (%)

t (s)20s

70%65%

58%

90%80%

100%

20s20s20s20s20s Vrednost želenih vrtljajev definirajte ročno ali s "skript datoteko". REZULTATI a) vrtilni moment bremena je Mb=2Nm 1.1) V tabelo vpišite Ia, Ua, in Ivz pri različnih vrtljajih, ko se vrtljaji motorja ustalijo. Želeno

vrednost vrtljajev nastavljajte glede na podan tehnološki proces. Mb(Nm) Ia (A) Ua(V) Ivz(A) 1. 2 2. 2 3. 2 4. 2 5. 2


6. 2 1.2) Priložite časovne poteke odzivov za primer a) in jih po potrebi komentirajte. b) moment bremena je Mb=6Nm 2.1) V tabelo vpišite Ia, Ua, in Ivz pri različnih vrtljajih, ko se vrtljaji motorja ustalijo. Želeno

vrednost vrtljajev nastavljajte glede na podan tehnološki proces. Mb(Nm) Ia (A) Ua(V) Ivz(A) 1. 6 2. 6 3. 6 4. 6 5. 6 6. 6 2.2) Priložite časovne poteke odzivov za primer b) in jih po potrebi komentirajte. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Zakaj nastavitev želene vrednosti vrtljajev na 58% predstavlja nazivne vrtljaje motorja? b) Kakšne vrtljaje pričakujemo ob nastavitvi želenih vrtljajev na 100%? c) Kaj se dogaja z vzbujalnim tokom pri povečevanju vrtljajev in zakaj? d) Kakšna je povezava med vzbujalnim tokom Ivz in magnetnim pretokom Φ - skicirajte jo! e) S katero enačbo bi računali vrtljaje, če bi poznali ostale veličine v tabeli? f) Zakaj smo v primeru b) izbrali moment 6 Nm in ne večjega? g) Kaj se dogaja s tokom motorja, če slabimo polje in želimo zagotoviti enak moment na

gredi motorja? h) Kje v tabeli se vidi največja razlika med primerom a) in b)?


8. VAJA BESEDILO NALOGE SDCM, ki napaja pogonski motor Siemens tip 1GG5104-OED40-6VV1, želimo uporabiti za zagon in ustavljanje transportnega traku. OPIS VAJE Želimo, da se tekoči trak "mehko" zavrti do končnih vrtljajev in "mehko" ustavlja do vrtljajev 0, tako, da ne pride do sunkov momentov, ki lahko povzročijo, da padajo predmeti s tekočega traku ali pa celo povzročijo poškodbe mehanskih sklopov. SDCM omogoča nastavitev časa pospeševanja (P303), časa zaviranja (P304) ter začetne (P305) in končne zaokrožitve (P306) poteka vrtljajev, kot je prikazano.

n n

tttp tz tzz tkz

n n

tttp tz tzz tkz

Pomen oznak na sliki je naslednji: - tp: čas pospeševanja motorja - tz: čas zaviranja motorja - tzz: čas začetne zaokrožitve - tkz: čas končne zaokrožitve Transportni trak razvija konstanten moment bremena Mb, ki je enak 80% nazivnega momenta motorja. Tokovno omejitev v pozitivni smeri vrtenja (P171) nastavite na 110%, tokovno omejitev v negativni smeri (P172) prav tako in na 110% in omejitev vrtilnega momenta v pozitivni smeri vrtanja (P180) kakor tudi v negativni smeri vrtenja (P181) nastavite na 110%. V praksi velike vztrajnostne mase velikokrat zaganjajo s konstantnim momentom motorja. Poizkusite zagone in zaviranja tekočega traku za različne nastavitve časa pospeševanja in časa zaviranja ter različne zaokrožitve potekov. Poizkus: Pospeševanje (s)

tp Zaviranje (s)

tz Začetna zaokrož. (s)

tzz Končna zaokrož. (s)

tkz 1. 0 0 0 0 2. 2 2 0 0 3. 5 5 0 0 4. 5 5 2 2 REZULTATI: 1.) Priložite časovne poteke odzivov 1. poizkusa in jih po potrebi komentirajte. 2.) Priložite časovne poteke odzivov 2. poizkusa in jih po potrebi komentirajte.


3.) Priložite časovne poteke odzivov 3. poizkusa in jih po potrebi komentirajte. 4.) Priložite časovne poteke odzivov 4. poizkusa in jih po potrebi komentirajte. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Ali lahko motor pri nastavitvi časa pospeševanja tp=0 pospeši do končnih vrtljajev v

okviru nastavljenega časa in pri nastavitvi časa zaviranja tz=0 zavre do vrtljajev 0 v okviru nastavljenega časa?

b) Zakaj nastavljamo tokovne omejitve? c) Zakaj so omejitve toka Ia enake omejitvam vrtilnega momenta M? d) V katerem primeru bi bilo smiselno nastaviti različne omejitve toka Ia in omejitve

vrtilnega momenta M? e) Zakaj nastavljamo čas pospeševanja tp in čas zaviranja tz? f) Zakaj nastavljamo zaokrožitev karakteristike pospeševanja in zaviranja (tzz in tkz)? g) Kdaj bomo nastavili daljše čase pospeševanja tp in zaviranja tz in kdaj krajše čase

pospeševanja tp in zaviranja tz? h) Kateri parameter še lahko spremenimo, če motor ne pospeši in ne zavre v želenem času

pospeševanja tp in zaviranja tz?


9. VAJA BESEDILO NALOGE Parametrirajte Siemensov SIMOVERT frekvenčni pretvornik, da bo z njim možno napajati asinhronski motor, ki ga imamo v laboratoriju. Opravite naslednje naloge: - iz napisne ploščice odčitajte podatke motorja - določite referenčne vrednosti (napetost U, tok I in frekvenca f) - z uporabo prednastavljenih korakov v "Drive monitorju" (DM) parametrirajte pretvornik, da

bomo z njim lahko napajali naš asinhronski motor - z uporabo DM-a izrišite poteke napetosti U, toka I, frekvence f in z uporabo programa za

vodenje aktivnega bremena izrišite potek vrtljajev n za primer zagona in ustavljanja neobremenjenega motorja.

OPIS VAJE Opis pretvornika SIMOVERT VC 6SE7021-0EA61-Z spada v družino Siemensovih frekvenčnih pretvornikov SIMOVERT. Frekvenčni pretvornik SIMOVERT nam omogoča, da s spremembo frekvence f in napetosti U - krmiljenje, motorju spreminjamo vrtljaje. Spreminjanje frekvence f in napetosti U poteka po funkciji U/f=konstanta. Pretvornik lahko obratuje v odprti zanki, kjer je možna nastavitev frekvence f, ali v zaprti zanki, kjer je možna regulacija navora in regulacija hitrosti z ali brez merilnika vrtljajev.

SIMOVERT VC ASINHRONSKIMOTOR BREME

L1 L2 L3

SIMOVERT VC ASINHRONSKIMOTOR BREME

L1 L2 L3

Parametriranje pretvornika Če želimo pretvornik uporabiti za konkreten pogon, moramo pretvornik, preden ga lahko uporabimo za napajanje motorja, ustrezno parametrirati. Parametriranje pomeni, da definiramo parametre, ki so nujni za pravilno delovanje pretvornika. Parametriranje lahko poteka s pomočjo: a) PMU ("Parametrization unit"), ki je nameščena neposredno na pretvorniku.

b) Z uporabo programskega orodja "Drive Monitor" (DM). Računalnik z DM je povezan preko serijskega vmesnika s pretvornikom.


Nekaj osnovnih parametrov: P101 - nazivna napetost motorja Un P102 - nazivni tok motorja In P104 - faktor delavnosti motorja P105 - nazivna moč motorja Pn P106 - izkoristek motorja P107 - nazivna frekvenca motorja fn P108 - nazivni vrtljaji motorja nn P109 - število polovih parov P113 - nazivni moment motorja Mn P330 - način spremembe U in f P350 - referenčna vrednost toka Iref P351 - referenčna vrednost napetosti Uref P352 - referenčna vrednost frekvence fref P353 - referenčna vrednost vrtljajev nref P354 - referenčna vrednost momenta Mref P462 - čas pospeševanja tp P464 - čas zaviranja tz P469 - čas začetne zaokrožitve tzz P470 - čas končne zaokrožitve tkz Parametre lahko vnašamo z direktnim vnosom podatkov v listo parametrov v programskem okolju DM.


Ali pa vstavimo osnovne podatke s pomočjo prednastavljenih korakov v programskem okolju DM. Ta način je enostavnejši, saj s pomočjo pogovornih oken vstavljamo potrebne podatke, pri čemer ni potrebno poznati oznak posameznih parametrov.

Motor S pretvornikom napajamo asinhronski motor, ki je mehansko povezan z bremenom. Motor je prisilno hlajen, kar zagotavlja hlajenje neodvisno od vrtljajev motorja. Analiza časovnih potekov Za analizo časovnih potekov uporabimo grafični vmesnik TRACE, ki je ena od funkcij DM-ja.


1

2

3

[%]

200

150

100

50

0

-50

-100

-150

-200[ms]0 9828 19656 29484 39312 49140 58968 68796 78624 88452

1 OutputVolts2 OutputAmps3 f(set,stator)4 FixConn0%5 FixConn0%6 FixConn0%7 FixConn0%8 FixConn0%

V ustreznem pogovornem oknu izberemo veličine, ki jih želimo izrisovati. Imena veličin se pojavljajo pri grafičnih prikazih v angleškem jeziku. Za nas so pomembne naslednje veličine:

a) OutputVolts → napetost - U b) OutputAmps → tok - I c) f(set,stator) → frekvenca- f

Vse veličine se pojavljajo v procentih glede na referenčno vrednost. Referenčne vrednosti so nastavljene vrednosti. REZULTATI 1) Oznaka frekvenčnega pretvornika: 2) Podatki motorja: 3) Referenčne vrednosti: 4) Priložite poteke I, U in f za primer zagona in ustavljanja neobremenjenega motorja. 5) Priložite potek vrtljajev n za primer zagona in ustavljanja neobremenjenega motorja. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Po kakšni funkciji lahko pretvornik spreminja frekvenco in napetost - P330? b) Za kakšne moči motorjev je ustrezen napajalnik SIMOVERT VC 6SE7021-0EA61-Z? c) Kakšne tipe motorjev lahko napajamo z napajalnikom SIMOVERT VC 6SE7021-0EA61-

Z? d) Zakaj je uporabljeni motor prisilno hlajen?


10. VAJA BESEDILO NALOGE S pretvornikom SIMOVERT VC želimo nastavljati vrtljaje. Določite frekvenco, ki jo moramo nastaviti na pretvorniku, da se bo motor Siemens tip 1LA7113-4AA60-Z vrtel z zahtevanimi vrtljaji nž za naslednja primera: a) neobremenjen motor b) obremenjen motor OPIS VAJE a) Na pretvorniku SIMOVERT VC - frekvenčnem pretvorniku lahko nastavljamo frekvenco

f napajalne napetosti motorja. Napajalnik glede na ustrezno frekvenco f spreminja napetost U, pri čemer je razmerje U/f konstantno. Frekvenčni pretvornik deluje v režimu krmiljenja motorja. Glede na zahtevane vrtljaje, določite frekvenco, ki jo moramo nastavljati na pretvorniku, da se bo neobremenjen motor vrtel z zahtevanimi vrtljaji. Vrednosti frekvenc vnašajte v programskem orodju DM glede na zahtevane spremembe vrtljajev n motorja. Spremembe vrtljajev naj ustrezajo podanemu tehnološkemu procesu.

n (min-1)

t (s)20s

900600

300

15001200

20s20s20s20s

n (min-1)

t (s)20s

900600

300

15001200

20s20s20s20s

b) Glede na zahtevane vrtljaje, določite frekvenco, ki jo moramo nastavljati na pretvorniku, da se bo obremenjen motor vrtel z zahtevanimi vrtljaji. Frekvenco določite na osnovi momentnih karakteristik motorja. Vrednosti frekvence vnašajte v programskem orodju DM glede na zahtevane spremembe vrtljajev n motorja. Spremembe vrtljajev naj ustrezajo podanemu tehnološkemu procesu (enak je kot v primeru a).

Pri določanju frekvence si pomagate z znanimi nazivnimi podatki motorja in predpostavko, da so momentne karakteristike motorja za različne frekvence vzporedne, kot je prikazano na spodnji sliki.


f1=50Hzf2f3f4f5f6f7f8f9

n(min-1)

M(Nm)Mn

nn

ns

Mb

nž fž

f1=50Hzf2f3f4f5f6f7f8f9

n(min-1)

M(Nm)Mn

nn

ns

Mb

nž fž

Frekvenca fž je frekvenca, ki jo moramo nastaviti, da dobimo za podan moment bremena Mb zahtevane vrtljaje nž.

REZULTATI ZA a) PRIMER: 1.) Glede na želene vrtljaje nž določite frekvenco f in sinhronske vrtljaje ns ter U, I in n, ko se

vrtljaji motorja ustalijo. Mb(Nm) nž(min-1) f(Hz) U(V) I(A) n(min-1) ns(min-1) 1. 0 300 2. 0 600 3. 0 900 4. 0 1200 5. 0 1500 2) Priložite časovne poteke I, U in f in jih po potrebi komentirajte. 3) Priložite časovni potek n in ga po potrebi komentirajte. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Kakšni so dejanski vrtljaji motorja n v primerjavi z želenimi nž - zakaj? b) Zakaj pretvornik ne povečuje frekvence f, da bi dosegal želene vrtljaje nž v primeru, ko so

vrtljaji motorja n manjši od želenih nž?


REZULTATI ZA b) PRIMER: 1.) Glede na želene vrtljaje nž določite frekvenco f in sinhronske vrtljaje ns ter U, I in n, ko se

vrtljaji motorja ustalijo. Mb(Nm) nž(min-1) f(Hz) U(V) I(A) n(min-1) ns(min-1) 1. 10 900 2. 10 1200 3. 10 1500 2) Prikažite časovne poteke I, U in f in jih po potrebi komentirajte. 3) Prikažite časovni potek vrtljajev n in ga po potrebi komentirajte. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Kakšni so dejanski vrtljaji motorja n v primerjavi z želenimi nž - zakaj? b) V katerem primeru (neobremenjen ali obremenjen motor) so dejanski vrtljaji n bližje

želenim vrtljajem - zakaj?


11. VAJA BESEDILO NALOGE Tehnološki proces zahteva vrtljaje med 1100 in 1200 min-1. Ugotovite, če bodo vrtljaji motorja ob različnih obremenitvah tekom tehnološkega procesa ostali v dovoljenih mejah, če nastavimo frekvenco pretvornika 40Hz. OPIS VAJE Frekvenčni pretvornik SIMOVERT VC deluje v režimu krmiljenja motorja. Ker tehnološki proces zahteva vrtljaje med 1100 in 1200 min-1, bomo nastavili frekvenco pretvornika na 40Hz. Pri frekvenci 40Hz so sinhronski vrtljaji motorja ns=1200 min-1, kar je zgornja meja dovoljenih vrtljajev. Ko bomo motor obremenjevali, se bodo vrtljaji v odvisnosti od obremenitve zmanjševali in zanima nas, če bodo ostali v dovoljenih mejah - torej ne bodo nižji od 1100 min-1. Tehnološki proces je naslednji:

M (Nm)

t (s)10s

1510

5

2018

10s10s10s10s

M (Nm)

t (s)10s

1510

5

2018

10s10s10s10s REZULTATI 1.) V tabelo vpišite sinhronske vrtljaje ns, U, I in n, ko se vrtljaji motorja ustalijo. Mb(Nm) f(Hz) U(V) I(A) n(min-1) ns(min-1) 1. 5 40 2. 10 40 3. 15 40 4. 18 40 5. 20 40 2) Priložite časovne poteke I, U in f in jih po potrebi komentirajte. 3) Priložite časovni potek vrtljajev n in ga po potrebi komentirajte. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Ali se s spremembo bremena pri konstantni frekvenci spreminjajo vrtljaji n? b) Kaj se dogaja z razliko med vrtljaji n in sinhronskimi vrtljaji ns pri povečevanju bremena -

zakaj? c) Kaj se dogaja s tokom pri povečanju bremena?


12. VAJA BESEDILO NALOGE S pretvornikom SIMOVERT VC želimo nastavljati vrtljaje. Določite frekvenco, ki jo moramo nastaviti na pretvorniku, da se bo motor Siemens tip 1LA7113-4AA60-Z vrtel z zahtevanimi vrtljaji nž. OPIS VAJE Na pretvorniku SIMOVERT VC - frekvenčnem pretvorniku lahko nastavljamo frekvenco f napajalne napetosti motorja. Napajalnik glede na ustrezno frekvenco f spreminja napetost U, pri čemer je razmerje U/f konstantno. Frekvenčni pretvornik deluje v režimu krmiljenja motorja. V našem primeru želimo nastavljati vrtljaje motorja, ki so večji od sinhronskih vrtljajev motorja pri nazivni frekvenci. Frekvenčni pretvornik omogoča povečevanje frekvence na vrednosti večje od nazivne frekvence motorja, vendar pri nespremenjeni doseženi napetosti. Glede na zahtevane vrtljaje, določite frekvenco, ki jo moramo nastavljati na pretvorniku, da se bo neobremenjen motor vrtel z zahtevanimi vrtljaji. Vrednosti frekvenc vnašajte v programskem orodju DM glede na zahtevane spremembe vrtljajev n motorja. Spremembe vrtljajev naj ustrezajo podanemu tehnološkemu procesu.

n (min-1)

t (s)20s

21001800

1500

30002550

20s20s20s20s

n (min-1)

t (s)20s

21001800

1500

30002550

20s20s20s20s

REZULTATI 1.) Glede na želene vrtljaje nž določite frekvenco f in sinhronske vrtljaje ns ter U, I in n, ko se

vrtljaji motorja ustalijo. Mb(Nm) nž(min-1) f(Hz) U(V) I(A) n(min-1) ns(min-1) 1. 0 1500 2. 0 1800 3. 0 2100 4. 0 2550 5. 0 3000 2) Priložite časovne poteke I, U in f in jih po potrebi komentirajte. 3) Priložite časovni potek n in ga po potrebi komentirajte. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Ali se pojavlja razlika med vrtljaji n in sinhronskimi vrtljaji ns, kljub temu, da je moment

bremena enak 0 in kdaj je ta razlika večja?


b) Kaj se dogaja s tokom, ko vrtljaje povečujemo čez nazivne vrtljaje? c) Kako lahko obremenjujemo motor, ki obratuje pri frekvenci večji od naziven frekvence?


13. VAJA BESEDILO NALOGE Uporabite SIMOVERT VC frekvenčni pretvornik za vzdrževanje konstantnih vrtljajev pogonskega motorja Siemens tip 1LA7113-4AA60-Z (regulacija vrtljajev) za različne obremenitve motorja, ki so podane v tabeli. Uporabite naslednja načina regulacije: a) z merilnikom vrtljajev b) brez merilnika vrtljajev OPIS VAJE Ker gre za reguliran pogon glede na želene vrtljaje, bo regulator poskušal zagotavljati konstantne vrtljaje pri različnih obremenitvah (vendar v obsegu, ki ga omogočata motor in regulator). Zato bo pretvornik spreminjali frekvenco f in napetost U. Tehnološki proces je naslednji:

M (Nm)

t (s)20s

10

5

15 15

0

20s20s20s20s

M (Nm)

t (s)20s

10

5

15 15

0

20s20s20s20s REZULTATI za primer a) 1.) V tabelo vpišite f, ns, U, I in n, ko se vrtljaji motorja ustalijo. Mb(Nm) f(Hz) U(V) I(A) n(min-1) ns(min-1) 1. 15 2. 5 3. 10 4. 0 5. 15 2) Priložite časovne poteke I, U in f in jih po potrebi komentirajte. 3) Priložite časovni potek vrtljajev n in ga po potrebi komentirajte. REZULTATI za primer b) 1.) V tabelo vpišite f, ns, U, I in n, ko se vrtljaji motorja ustalijo. Mb(Nm) f(Hz) U(V) I(A) n(min-1) ns(min-1) 1. 15 2. 5 3. 10 4. 0 5. 15 2) Priložite časovne poteke I, U in f in jih po potrebi komentirajte.


3) Priložite časovni potek vrtljajev n in ga po potrebi komentirajte. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Ali je regulacija v primeru brez merilnika vrtljajev optimalna? b) Na kak način se izvaja regulacija brez merilnika vrtljajev?


14. VAJA BESEDILO NALOGE Primerjajte električno energijo pri naslednjih zagonih asinhronskega motorja s tremi hitrostmi:

a) direktni zagon s tretjo hitrostjo motorja b) stopenjski zagon (hitrosti motorja spreminjamo s preklapljanjem števila polov) c) zagon motorja s frekvenčnim pretvornikom

zaganjalnik

L1L2L3

ASM

zaganjalnik

L1L2L3

ASM

OPIS VAJE V vaji bomo naredili primerjavo električne energije, ki priteka iz mreže med stopenskim zagonom, direktnim zagonom in zagonom s frekvenčnim pretvornikom. Motor bomo stopensko zagnali, kar pomeni zagon s prvo hitrostjo do končnih vrtljajev prve hitrosti, preklop v drugo hitrost in pospeševanje do končnih vrtljajev druge hitrosti in preklop v tretjo hitrost ter pospeševanje do končnih vrtljajev tretje hitrosti. Stopenskemu zagonu bo sledilo stopensko zaviranje. Preklop iz tretje v drugo hitrost, zaradi česar bo motor generatorsko zavrl do končnih vrtljajev druge hitrosti, preklop iz druge v prvo hitrost, zaradi česar bo motor generatorsko zavrl do končnih vrtljajev prve hitrosti in preklop smeri vrtenja, da bo motor protitočno zavrl s prvo hitrostjo. Sledil bo zagon motorja s tretjo hitrostjo do končnih vrtljajev. Ko se bo motor vrtel s končnimi vrtljaji bomo preklopili smer vrtenja in motor bo protitočno zavrl s tretjo hitrostjo. Pri zagonu s frekvenčnim pretvornikom bomo zvezno spreminjali frekvenco od 0 do končne frekvence. Motor bo neobremenjen, le na gredi bo dodana dodatna vztrajnostna masa J. Prihranek energije neobremenjenega motorja v primeru stopenskega zagona ali zagona s frekvenčnim pretvornikom v primerjavi z direktnim zagonom lahko prikažemo s spodnjo sliko:


Jω

ω

Jωs3

ωs3

Kinetičnaenergija

Izgube

Direktni zagon Jω

ω

Jωs3

ωs3

Kinetičnaenergija

Izgube

Stopenski zagon

ωs2ωs1

PrihranekJωs2

Jωs1

Jω

ω

Jωs3

ωs3

Kinetičnaenergija

Zagon s frekv. pret.

ωs2ωs1

Prihranek

Jω

ω

Jωs3

ωs3

Kinetičnaenergija

Izgube

Direktni zagon Jω

ω

Jωs3

ωs3

Kinetičnaenergija

Izgube

Stopenski zagon

ωs2ωs1

PrihranekJωs2

Jωs1

Jω

ω

Jωs3

ωs3

Kinetičnaenergija

Zagon s frekv. pret.

ωs2ωs1

Prihranek

REZULTATI: 1) Podatki motorja: 2) Priložite časovni potek vrtljajev n in ga po potrebi komentirajte. 3) Priložite časovni potek toka I in ga po potrebi komentirajte. 4) Priložite časovni potek moči P in energije W in ga po potrebi komentirajte. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Iz časovnega poteka ocenite, koliko energije smo porabili v primeru stopenskega zagona. b) Iz časovnega poteka ocenite, koliko energije smo porabili v primeru direktnega zagona. c) Iz časovnega poteka ocenite, koliko energije smo porabili v primeru zagona s frekvenčnim

pretvornikom. c) Na sliki sem napisal izgube - pojasnite katere izgube so to! d) Na sliki sem napisal kinetična energija - pojasnite katera kinetična energija je to! e) Kako je izvedeno statorsko navitje motorja, ki smo ga uporabili za zagon? f) Na sliki sem označil prihranek - pojasnite, kaj pomeni ta prihranek!


15. VAJA BESEDILO NALOGE Zagon asinhronskega motorja s kratkostično kletko izvršite z Y-∆ stikalom. Izmerite karakteristike toka i, vrtljajev n, moči P in energije W v odvisnosti od časa t. Iz dobljenih karakteristik določite zagonske toke iz in čase trajanja zagona tz. Izvedite naslednje zagone: a) direktni zagon b) Y/∆ zagon c) Y/∆ zagon z daljšim časom preklopa

L1L2L3

ASM

Y

L1L2L3

ASM

Y

OPIS VAJE Y-∆ zagon se uporablja za zmanjšanje zagonskega toka (zagonski tok se zmanjša za 3 krat) in zagonskega momenta (tudi ta se zmanjša za 3 krat) asinhronskega motorja s kratkostično kletko. Zaradi zmanjšanega zagonskega momenta se posledično podaljša čas zagona. Preklop se lahko izvede ročno, s pod tokovnim relejem, s časovnim relejem, itd. Tak zagon lahko uporabimo za zaganjanje motorjev, katerih navitje je grajeno za medfazno napetost (v našem omrežju - ∆380V). REZULTATI: 1) Podatki motorja: 2) Priložite časovni potek vrtljajev n za primer a) in ga po potrebi komentirajte. 3) Priložite časovni potek toka i za primer a) in ga po potrebi komentirajte. 4) Priložite časovni potek moči P in energije W za primer a) in ga po potrebi komentirajte. 5) Iz potekov za primer a) določite čas zagona tz in zagonski tok iz: 6) Priložite časovni potek vrtljajev n za primer b) in ga po potrebi komentirajte.


7) Priložite časovni potek toka i za primer b) in ga po potrebi komentirajte. 8) Priložite časovni potek moči P in energije W za primer b) in ga po potrebi komentirajte. 9) Iz potekov za primer b) določite čas zagona tz in zagonski tok iz: 10) Priložite časovni potek vrtljajev n za primer c) in ga po potrebi komentirajte. 11) Priložite časovni potek toka i za primer c) in ga po potrebi komentirajte. 12) Priložite časovni potek moči P in energije W za primer c) in ga po potrebi komentirajte. 13) Iz potekov za primer c) določite čas zagona tz in zagonski tok iz: ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Kdaj je pomembno, da zmanjšamo zagonski tok? b) Kdaj v praksi je pomembno, da zmanjšamo zagonski moment? c) Na kaj moramo paziti pri Y-∆ zagonu obremenjenega motorja? d) Kakšne so dinamične izgube pri direktnem zagonu v primerjavi z dinamičnimi izgubami

pri Y-∆ zagonu?


16. VAJA BESEDILO NALOGE Izvedite mehki zagon asinhronskega motorja z napravo ALTISTAR 3 in prikažite poteke vrtljajev n, toka i, moči P in energije W v odvisnosti od časa t za naslednja primera: a) zagonski tok naj bo maksimalno 2,5 krat večji od nazivnega toka In b) zagonski tok naj bo maksimalno 3 krat večji od nazivnega toka In

L1L2L3

ASM

UnU1

L1L2L3

ASM

UnU1

OPIS VAJE Mehki zagon se uporablja za zagon asinhronskih motorjev s kratkostično kletko. To je zagon z znižano napetostjo. Zaganjalnik je sestavljen iz tiristorjev, katerih kot proženja prilagaja elektronika glede na zahteve med zagonom.

α

α

ωt

u (V)

αα

ωt

u (V)

S spreminjanjem kota proženja (kot α na sliki) se spreminja napetost na sponkah motorja. Naprava ALTISTAR 3 nam omogoča, da nastavimo tok, ki ga dopuščamo med zagonom motorja. V našem primeru bomo nastavili tok med zagonom na 2,5 in 3 kratnik nazivnega toka In motorja. Zaganjalnik najprej omejuje zagonski tok, potem pa postopno povečuje napetost (manjša kot proženja α) v času, ki smo ga predhodno nastavili Zaradi nesinusne oblike napetosti se pojavljajo v motorju višji harmoniki, zaradi česar motor "spremenja zvok". Višji harmoniki pa povzročajo tudi dodatne izgube v motorju. Mehki zagon ni primeren za težke zagone. REZULTATI: 1) Podatki motorja in zaganjalnika:


2) Priložite časovni potek vrtljajev n za primer a) in ga po potrebi komentirajte. 3) Priložite časovni potek toka i za primer a) in ga po potrebi komentirajte. 4) Priložite časovni potek moči P in energije W za primer a) in ga po potrebi komentirajte. 5) Priložite časovni potek vrtljajev n za primer b) in ga po potrebi komentirajte. 6) Priložite časovni potek toka i za primer b) in ga po potrebi komentirajte. 7) Priložite časovni potek moči P in energije W za primer b) in ga po potrebi komentirajte. 8) Priložite trenutne vrednosti toka I in napetosti U med zagonom. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Kdaj v praksi uporabljamo mehki zagon? b) Kakšne so dinamične izgube v primeru mehkega zagona, če ga primerjamo z direktnim

zagonom? c) Kakšen je zvok motorja - zakaj?


17. VAJA BESEDILO NALOGE Trifaznemu asinhronskemu motorju s kratkostično kletko želimo ob zagonu zmanjšati zagonski moment na vrednost Mz'=1.2Mn. Preizkusite naslednje načine zagona: a) z avtotransformatorjem - določite ustrezno napetost b) z dodatnimi upori v vseh treh fazah statorskega navitja - določite upornosti c) z dodatnim uporom v eni fazi statorskega navitja - določite upornost

L1L2L3

ASM

L1L2L3

ASM

Rd

L1L2L3

ASM

Rd

L1L2L3

ASM

L1L2L3

ASM

Rd

L1L2L3

ASM

Rd

OPIS VAJE a) Z avtotransformatorjem znižamo napetost na sponkah motorja. Zaradi tega se zmanjša

moment motorja sorazmerno kvadratu napetosti. Vrednost napetosti, ki jo moramo nastaviti, določimo z naslednjo enačbo:

1'z

nz

MU UM

= ⋅

b) Z dodatnimi upori v vseh treh fazah statorskega navitja prav tako zmanjšamo napetost na sponkah motorja, kar dosežemo zaradi padcev napetosti na dodatnih uporih. Upori morajo biti pravilno določeni. Ko se motor zaganja, se manjša zagonski tok in s tem padec napetosti na dodatnih uporih. Statorsko navitje je vezano v trikot vezavo. Najprej določimo kratkostično impedanco:

3

nk

z

UZI

=⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Ker bomo dodali upornosti v posameznih fazah, moramo transformirati kratkostično impedanco iz vezave ∆ v vezavo Y:

' k kkk k k

Z ZZZ Z Z

⋅=

+ +

Dodatno upornost določimo z enačbo:

( )2 2'd k k kR n Z x R= ⋅ − − Pri čemer so:

; ' cos ; ' sin'

zk k k k k k

z

Mn R Z x ZM

ϕ ϕ⎛ ⎞

= = ⋅ = ⋅⎜ ⎟⎝ ⎠

;

c) Z dodatnim uporom v eni fazi vplivamo na simetrijo vrtilnega polja. Zaradi nesimetričnosti vrtilnega polja se moment motorja zmanjša. Ta način je primeren, kadar


želimo zmanjšati samo zagonski moment in ne zagonskega toka. Dodatni upor lahko določimo le na osnovi empirične enačbe. Za uporabljen motor lahko uporabimo naslednjo enačbo:

21 2 1 2 11 52 2

'. ' cos cos ; zd k k kz

MR ZM

µ µ µϕ ϕ µµ µ µ

⎛ ⎞− ⋅ − ⋅ −= ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ + =⎜ ⎟⎜ ⎟⋅ ⋅⎝ ⎠

V vseh treh primerih gre za zmanjšanje napetosti na motorju. Posledično se zmanjša zagonski moment, zaradi česa se podaljšajo časi zagona. REZULTATI: 1) Podatki motorja: 2) Izračun napetosti, ki jo moramo nastaviti na avtotransformatorju v primeru a): 3) Priložite časovni potek vrtljajev n za primer a) in ga po potrebi komentirajte. 4) Priložite časovni potek toka i za primer a) in ga po potrebi komentirajte. 5) Priložite časovni potek moči P in energije W za primer a) in ga po potrebi komentirajte. 6) Izračun vrednosti dodatnih upornosti za primer b): 7) Priložite časovni potek vrtljajev n za primer b) in ga po potrebi komentirajte. 8) Priložite časovni potek toka i za primer b) in ga po potrebi komentirajte. 9) Priložite časovni potek moči P in energije W za primer b) in ga po potrebi komentirajte. 10) Izračunajte vrednost dodatne upornosti za primer c): 11) Priložite časovni potek vrtljajev n za primer c) in ga po potrebi komentirajte. 12) Priložite časovni potek toka i za primer c) in ga po potrebi komentirajte. 13) Priložite časovni potek moči P in energije W za primer c) in ga po potrebi komentirajte. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Kakšne so dinamične izgube v primeru zagona z avto transformatorjem v primerjavi z

direktnim zagonom? b) Kakšne so dinamične izgube v primeru zagona z dodatnimi upori v vseh treh fazah v

primerjavi z direktnim zagonom? c) Kdaj bi v praksi uporabili zagon z avto transformatorjem in kdaj zagon z dodatnimi upori?


18. VAJA BESEDILO NALOGE Uporabite za pogon, katerega karakteristika je podana na sliki, trifazni asinhronski motor konstruiran za trajno obratovanje. Izračunajte ekvivalentni moment in maksimalni moment zadnjega intervala. Izrišite časovni potek spreminjanja temperature motorja.

M (Nm)

t (min)t1=3min

M1=10Nm

t2=2min t3=2min

M2=15Nm

M3=7Nm

M (Nm)

t (min)t1=3min

M1=10Nm

t2=2min t3=2min

M2=15Nm

M3=7Nm

OPIS VAJE Nekateri tehnološki procesi zahtevajo ponavljajočo se spremenljivo obremenitev motorja. V tem primeru ni potrebno, da je motor dimenzioniran na maksimalno obremenite, saj je ta kratkotrajna, temveč ga dimenzioniramo na ekvivalentno obremenitev. Tega določimo:

2 2 21 1 2 2 3 3

1 2 3e

M t M t M tMt t t

⋅ + ⋅ + ⋅=

+ +

Običajno izberemo motor, katerega nazivni moment je nekoliko večji od ekvivalentnega. Če nam tehnološki proces to dopušča, lahko obremenitev katerega od intervalov povečamo - na primer tretjega intervala:

( )2 2 21 2 3 1 1 2 23

3max

nM t t t M t M tMt

⋅ + + − ⋅ − ⋅=

V glavo navitja motorja je vstavljen termočlen, tako, da lahko merimo temperaturo motorja. REZULTATI: 1) Podatki motorja: 2) Izračun ekvivalentnega momenta Me in maksimalnega momenta tretjega intervala M3max:


3) Tabela merjenih vrednosti temperature: t T Mb t T Mb t T Mb t T Mb 0 10 3'15'' 15 5'15'' 7 7'15'' izkl. 0'15'' 10 3'30'' 15 5'30'' 7 7'30'' izkl. 0'30'' 10 3'45'' 15 5'45'' 7 7'45'' izkl. 0'45'' 10 4'00'' 15 6'00'' 7 8'00'' izkl. 1'00'' 10 4'15'' 15 6'15'' 7 8'15'' izkl. 1'15'' 10 4'30'' 15 6'30'' 7 8'30'' izkl. 1'30' 10 4'45'' 15 6'45'' 7 8'45'' izkl. 1'45'' 10 5'00'' 15 7'00'' 7 9'00'' izkl. 2'00'' 10 2'15'' 10 2'30'' 10 2'45'' 10 3'00'' 10 4) Priložite grafični prikaz poteka temperature motorja v odvisnosti od časa t. ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Ali je lahko dolžina intervala, ki se ponavlja, poljubno dolga? b) Na kaj moramo paziti pri kratkotrajnih preobremenitvah motorja? c) Ali smo med izvajanjem vaje motor termično preobremenili? d) Do kakšne temperature se sme motor segreti?


19. VAJA BESEDILO NALOGE Naloga je razdeljena v dva dela: 1.) Električni pogon s trifaznim asinhronskim motorjem z navitim rotorjem želimo zaganjati s 6-stopenjskim zaganjalnikom. Maksimalni moment motorja naj ne bo večji od dvakratne vrednosti nazivnega momenta motorja Mn. Naredite:

- izračun dodatnih upornosti za posamezno stopnjo zaganjalnika - izračun preklopnih hitrosti zaganjalnika - narišite karakteristiko M=f(n) - izmerite karakteristiko i=f(t)

L1L2L3

ASM

Rd1Rd2Rd2Rd4Rd5Rd6

BREME

L1L2L3

ASM

Rd1Rd2Rd2Rd4Rd5Rd6

BREME

2.) Pogon za asinhronskim motorjem z navitim rotorjem želimo zavreti, tako, da maksimalni moment zaviranja Mmax ne bo prekoračil dvakratne vrednosti nazivnega momenta. Da dosežemo zahtevane pogoje, bomo v rotorski tokokrog dodali dodatne upore. Naredite: - izračun dodatne upornosti - narišite karakteristiko M=f(n) - izmerite karakteristiko i=f(t)

L1L2L3

ASM

Rd

BREME

L1L2L3

ASM

Rd

BREME


OPIS VAJE 1.) V rotorski tokokrog lahko dodajamo upore samo v primeru uporabe motorja z navitim rotorjem - drsnimi obroči. Z dodajanjem upora v rotorski tokokrog vplivamo na karakteristiko motorja. Ker se dinamične izgube, ki nastajajo pri spremembah vrtljajev motorja, sproščajo tudi na uporih in ne samo na rotorju, je tak zagon primeren za težke zagone. V našem primeru preklopi med posameznimi stopnjami potekajo z uporabo ustreznega zaganjalnik, kjer se preklopi izvajajo s kontaktorji in podtokovnim relejem. Razmerje λ se izračuna:

1( )max maxmax min max

min

; ;i šr šr r n rr n

M MM M s MM M

λ += = = ⋅ ; (š - število stopenj zaganjalnika)

Skupna upornost rotorskega tokokroga se izračuna: 20 1 6; , ..,

iiR R iλ= ⋅ = (R20 je upornost rotorja)

Posamezne dodatne upornosti se določijo: 1 1 6; , ...,di i iR R R i−= − =

Preklopne hitrosti določimo na osnovi enačb:

0 max ; s nr n ns

n ns M s sn−

= ⋅ =

0 1 6; , ...,i

is s iλ= ⋅ =

( )1 0 6; , ...,i s in n s i= ⋅ − = 2.) V rotorski tokokrog bomo dodali dodatne upore Rd, tako, da bomo zadovoljili zahteve glede zaviranja. Toplota, ki nastane zaradi dinamičnih izgub, se bo tako sproščala razen na rotorju tudi na dodatnih uporih v razmerju upornosti rotorja in upornosti dodatnih uporov. Upornost dodatnih uporov določimo:

20 20 .'

dR R R M konsts s

+= 〉 =

REZULTATI: 1.1) Podatki motorja: 1.2) Izračun dodatnih upornosti zaganjalnika:


1.3) Izračun preklopnih hitrosti zaganjalnika: 1.4) Priložite grafični prikaz odvisnosti M=f(n). 1.5) Priložite grafični prikaz poteka I=f(t). 2.1) Izračun dodatnih uporov: 2.2) Priložite grafični prikaz odvisnost M=f(n). 2.3) Priložite grafični prikaz poteka i=f(t). ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: 1.) a) Zakaj je takšen način zagona primeren za težke zagone? b) Kaj se zgodi z momentno karakteristiko motorja, če dodamo upornosti v rotorski

tokokrog? c) Kakšne so dinamične izgube v primeru opisanega zagona v primerjavi z dinamičnimi

izgubami v primeru direktnega zagona? d) Zakaj na časovnem poteku I=f(t) maksimalni in minimalni toki pri posameznih preklopih

niso poravnani? 2.) a) Zakaj je tak način zaviranja primeren za večkratna zaviranja?


20. VAJA BESEDILO NALOGE Asinhronski motor s kratkostično kletko napajamo s frekvenčnim pretvornikom. Naredite naslednje poizkuse: a) izmerite karakteristiko i=f(t) za končni frekvenci f1=30Hz in f2=50Hz b) izmerite omahne momente pri U/f=konstanta za frekvence 50, 40, 30 in 15Hz c) izmerite omahne momente in napetost ter izračunajte napetost pri Φ=konstanta

L1L2L3

EM

Un, fnU1, f1

L1L2L3

EM

Un, fnU1, f1

OPIS VAJE Frekvenčni pretvornik spreminja frekvenco in napetost na motorju. Velikokrat frekvenčni pretvorniki spreminjajo napetost hkrati s frekvenco, tako da je U/f=konstanta. V tem primeru omahni moment z manjšanjem frekvence pada. Če želimo ohraniti konstanten omahni moment ob zmanjšanju frekvence, mora veljati, da je Φ=konstanta. To dosežemo s povečanjem napetosti. V a) primeru frekvenčni pretvornik postopno dviguje in spušča nastavljeno frekvenco, pri čemer velja U/f=konstanta. V b) primeru merimo omahne momente (velja, da je U/f=konstanta) V c) primeru dvignemo napetost, tako, da dosežejo vsi omahni momenti vrednost omahnega momenta pri 50Hz. Napetost, ki jo potrebujemo za konstantne omahne momente izračunamo po enačbi:

( ) ( ) ( )( )' om nx x

om x

M fU f U f

M f= ⋅ , kjer so:

U'(fx) - napetost, ki jo moramo nastaviti na frekvenčnem pretvorniku, da bo omahni moment enak omahnemu momentu pri 50Hz.

U(fx) - napetost, ki smo jo izmerili pri frekvenci fx, ko smo merili omahne momenti pri U/f=konstanta

Mom(fn) - omahni moment pri nazivni frekvenci fn Mom(fx) - omahni moment, ki smo ga izmerili pri frekvenci fx, ko smo merili omahne

momente pri U/f=konstanta REZULTATI: 1) Podatki motorja in frekvenčnega pretvornika:


2) Priložite poteke i=f(t) za končni frekvenci f1=30Hz in f2=50Hz - primer a): 3) V tabelo vpišite merjene vrednosti U, I, Mom in nom za primer, ko je U/f=konstanta- primer

b): f(Hz) U(V) I(A) Mom(Nm) nom(min-1)

50 40 30 15

4) V tabelo vpišite izmerjeno in izračunano vrednost napetosti za primer, ko je Φ=konstanta

- primer c): f(Hz) Uizm(V) Uizr(A)

40 30 15

ODGOVORITE NA NASLEDNJA VPRAŠANJA: a) Kakšne so dinamične izgube pri zagonu s frekvenčnim pretvornikom? b) Zakaj je frekvenčni pretvornik primeren za težke zagone? c) Kakšni motorji se uporabljajo v kombinaciji s frekvenčnim pretvornikom?

Documents

Elektricni pogoni LV - UM · ELEKTRIČNI POGONI - Laboratorijske vaje Marko Jesenik, Mladen Trlep (%), ELEKTRIČNI POGONI - Laboratorijske vaje Marko Jesenik, Mladen Trlep , , 1.)