Oikosulkumoottorikäyttö

Transkriptio

1 Oikosulkumoottorikäyttö 1 DEE Sähkömoottorikäyttöjen laboratoriotyöt TTY Oikosulkumoottorikäyttö T. Kantell & S. Pettersson 2 Laboratoriomittauksia suorassa verkkokäytössä 2.1 Käynnistysvirtojen tutkiminen Mitataan piirturilla verkkovirtavektorin itseisarvo i pyörimisnopeuden n funktiona suorassa verkkokäynnistyksessä (moottori kytketty kolmioon). Laita ohjauspulpetin tähti-kolmio-kytkin S4 valmiiksi asentoon kolmio, kytke jännitteet työpaikkakaapin kytkimellä A2/S3 ja kytke kone käymään suora-taajuusmuuttaja -kytkimestä S3. Tee mittaukset ilman kuormaa (T m = 0 Nm) ja nimelliskuormalla (T m = 22 Nm). Huomaa, että kolmiokytkennällä taajuudenmuuttaja on ohitettu ja verkkovirta on sama kuin moottorivirta. 2.2 Verkkovirran tutkiminen Tutkitaan skoopilla vaihejännitteen u 1 ja verkkovirran i 1 käyrämuotoa koneen nimellisnopeudella. Tee mittaus ilman kuormaa (T m = 0 Nm), nimelliskuormalla moottorikäytössä (T m = 22 Nm) sekä generaattorikäytössä (T m = 22 Nm). Kytke vaihejännite u 1 ja verkkovirta i 1 skoopin kanaviin 1 ja 2 ja tulosta käyrät samaan kuvaan. Aseta aikaskaala siten, että ruudulla näkyy pari sinijaksoa. Paljonko on verkkovirran amplitudi ja siitä laskettu tehollisarvo ilman kuormaa kolmiokytkennällä? Miksi moottorin ottama virta ilman kuormaa on niinkin suuri, vaikka moottorin nimellisvirta on vain 6,2 A? Montako astetta on virran ja jännitteen välinen vaihesiirtokulma? Miten virran tehollisarvo ja vaihesiirtokulma muuttuvat nimelliskuormalla verrattuna tyhjäkäyntiin ja miksi?

2 Oikosulkumoottorikäyttö 2 Miten verkkovirta muuttuu, kun oikosulkumoottori toimii generaattorina (T m = 22 Nm)? Paljonko on virran vaihesiirtokulma? Siirtyykö verkkoon tehoa? 2.3 Verkosta otetun tehon tutkiminen Mitataan skoopilla verkosta otetun pätötehon p 0 ja loistehon q 0 käyrämuodot ilman kuormaa (T m = 0 Nm), nimelliskuormalla moottorikäytössä (T m = 22 Nm) sekä generaattorikäytössä (T m = 22 Nm). Kytke pätöteho p 0 ja loisteho q 0 skoopin kanaviin 1 ja 2 ja tulosta käyrät samaan kuvaan. Huomaa, että tehot saadaan moottorisuureista. Miksi moottori ottaa loistehoa yhtä paljon kuormasta riippumatta suoralla kolmiokytkennällä? Vihje: Mieti oikosulkumoottorin sijaiskytkentää. 2.4 Moottorin momentin tutkiminen Mitataan piirturilla koneen kehittämää momenttia t m pyörimisnopeuden n funktiona suorassa verkkokäytössä. Kasvata kuormaa niin paljon, että oikosulkukone kippaa. 3 Laboratoriomittauksia ACS 800:lla Uuden taajuudenmuuttajan käyttöönotossa pitää mm. asettaa moottorin parametrit ja suorittaa moottorin ID-ajo. Katso moottorin arvokilvestä nimellisjännite, -taajuus, -nopeus ja -virta, syö-

3 Oikosulkumoottorikäyttö 3 tä ne taajuudenmuuttajaan ja suorita ID-ajo. Vihje: ACS 800 Ohjelmointiopas. ABB ACS 800 taajuudenmuuttaja (DTC) Laboratoriotyössä käytettävä taajuudenmuuttaja on ABB:n valmistama ACS , joka on jännitevälipiirillinen DTC-tekniikalla toteutettu taajuudenmuuttaja. ACS:n päävirtapiirin kaavio on esitetty kuvassa 1. Taajuudenmuuttajassa on takaisinkytkentä pulssianturilta suuren nopeustarkkuuden saavuttamiseksi. U1 V1 W1 U2 V2 W2 Diodisilta Välipiirin kuristimet, kondensaattori ja jarrukatkoja IGBT-silta Kuva 1. ACS 800:n päävirtapiiri. 3.1 Käynnistysvirtojen tutkiminen Mitataan piirturilla verkkovirtavektorin itseisarvo i pyörimisnopeuden n funktiona taajuudenmuuttajakäynnistyksessä. Anna pyörimisnopeudelle ohjearvoksi 1000 rpm. Tee mittaukset ilman kuormaa (T m = 0 Nm) ja nimelliskuormalla (T m = 22 Nm) samaan kuvaan suoran verkkokäytön kanssa. Taajuudenmuuttajan parametreissa kiihdytysajaksi on asetettu 2 sekuntia ja virtarajaksi 9,3 ampeeria. Mikä oleellinen ero on käynnistysvirroissa, kun verrataan suoraa verkkokäynnistystä ja taajuudenmuuttajalla tehtyä käynnistystä ja miksi? Miten kuorman kasvatus vaikuttaa käynnistysvirtoihin ja miksi?

4 Oikosulkumoottorikäyttö Verkkovirran tutkiminen Tutkitaan skoopilla vaihejännitteen u 1 ja verkkovirran i 1 käyrämuotoa koneen nimellisnopeudella. Tee mittaus taajuudenmuuttajalla ilman kuormaa (T m = 0 Nm), nimelliskuormalla moottorikäytössä (T m = 22 Nm) sekä generaattorikäytössä (T m = 22 Nm). Kytke vaihejännite u 1 ja verkkovirta i 1 ja skoopin kanaviin 1 ja 2 ja tulosta käyrät samaan kuvaan. Aseta aikaskaala siten, että ruudulla näkyy pari sinijaksoa. Miltä näyttää ACS 800:n ottama verkkovirta? Mikä sen aiheuttaa? Miltä näyttää ACS:n ottama verkkovirta, kun oikosulkumoottori toimii generaattorina? Oikosulkumoottori tuottaa kuitenkin virtaa sillä jarrutettaessa? Minne virta kulkee? 3.3 Verkosta otetun tehon tutkiminen Mitataan skoopilla verkosta otetun pätötehon p i ja loistehon q i käyrämuodot ilman kuormaa (T m = 0 Nm), nimelliskuormalla moottorikäytössä (T m = 22 Nm) sekä generaattorikäytössä (T m = 22 Nm). Kytke pätöteho p i ja loisteho q i skoopin kanaviin 1 ja 2 ja tulosta käyrät allekkain. ACS 800:n verkosta ottama loisteho kasvaa pätötehon kasvaessa, miksi? 3.4 Moottorin momentin tutkiminen Mitataan piirturilla koneen kehittämää momenttia t m pyörimisnopeuden n funktiona pyörimis-

5 Oikosulkumoottorikäyttö 5 nopeuksilla 250, 500, 750 ja 1000 rpm, kun kuormaa lisätään niin paljon, että oikosulkukone kippaa. Tee mittaukset samaan kuvaan suoran verkkokäytön kanssa. Taajuudenmuuttajan parametreissa virtarajaksi on asetettu 9,3 A, momenttirajaksi 200 % ja tehorajaksi 200 % (100 % vastaa nimellistä). Miten ACS 800:n momenttikäyrät eroavat suoran verkkokäytön momenttikäyrästä? Mikä sen aiheuttaa? 3.5 Moottorikäytön reagointi kuormamomentin muutoksissa Mitataan kuinka moottorin pyörimisnopeus ja moottorin kehittämä momentti muuttuvat, kun moottorin akselille kytketään askelmaisesti kuorma nollasta nimelliseen ja takaisin nollaan koneen pyöriessä nopeudella 1000 rpm. Mittaus tehdään skoopilla: kytketään momentti t m kanavaan 1, pyörimisnopeus n kanavaan 2 ja momenttiohje kanavaan 3. Momenttiohjeeksi kytketään funktiogeneraattorilla sopiva kanttiaalto ohjauspulpetin liittimeen T m. Käytä mittauksissa piirturisuodattimia, rajataajuudet n: 300 Hz ja t m : 10 Hz. Toista mittaus ilman nopeustakaisinkytkentää eli muuta parametrin SPEED FB SEL arvoksi INTERNAL, onko tuloksissa eroja? 3.6 Moottorijännitteen tutkiminen Tutkitaan moottorijännitteen käyrämuotoa koneen toimiessa tyhjäkäynnissä nopeudella 1000 rpm. Kytke moottorin pääjännite u 12 ja vaihevirta i 1 skoopin kanaviin 1 ja 2. Säädä skaalaus siten, että ruudulla näkyy yksi sinijakso ja tutki jännitettä suodattamattomana. Totea DTC:n hystereesisäätö eli jännitteen tila vaihtuu vain, kun on tarve (kytkentätaajuus muuttuu). Tutki myös, mikä on pienin mahdollinen aikaväli (kytkentäjakso), jonka aikana jännite voi vaihtua nollasta ylös ja takaisin nollaan tai päinvastoin. Tämä onnistuu pienentämällä aika-asteikkoa reilusti. Jännitekäyrästä näet myös välipiirin jännitteen. Miten moottorin suodattamattomasta pääjännitteestä huomaa, että kyse on DTC:stä?

6 Oikosulkumoottorikäyttö 6 Kuinka pitkä on lyhin mahdollinen kytkentäjakso? Paljonko on välipiirin jännite? 3.7 Moottorijännitteen ja -virran sekä verkkovirran spektrin tutkiminen Kuormita moottoria nimelliskuormalla (T m = 22 Nm) ja kytke moottorin pääjännite u 12 ja vaihevirta i 1 Ono Sokki spektrianalysaattoriin. Valitaan valikosta I ja U spektri 100 khz, jolla voidaan mitata jännitteen ja virran amplitudispektri. Mille alueelle jännitteen yliaallot ovat jakautuneet ja mitä se kertoo kytkentätaajuudesta? Valitaan seuraavaksi valikosta Moottorijännitteen harmoniset ja särö 20 khz ja lasketaan 10 näytteen keskiarvo. Kiinnitä huomiota kaikkein matalataajuisimpiin yliaaltoihin. Mikä on moottorijännitteen kokonaissäröprosentti (Total Harmonic Distortion) ja onko se riittävän pieni? Katsotaan seuraavaksi Moottorivirran harmoniset ja särö 20 khz ja lasketaan 10 näytteen keskiarvo. Mikä on moottorivirran THD ja onko se mielestäsi tarpeeksi pieni?

7 Oikosulkumoottorikäyttö 7 Katsotaan lopuksi Verkkovirran harmoniset ja särö 2 khz ja lasketaan 10 näytteen keskiarvo. Kiinnitä huomiota matalataajuisiin yliaaltoihin. Mitkä kaksi yliaaltoa ovat suurimmat ACS 800:n ottamassa verkkovirrassa? Kuinka suurilta ne vaikuttavat verkkovirran perusaaltoon verrattuna? Miltä verkkovirran THD vaikuttaa? 4. Oikosulkumoottorin skalaariohjaus Tutkitaan moottorin ominaisuuksia, kun käytetään skalaariohjausta. Muuta parametrin MOOTTORIOHJAUS arvoksi SKALAARI, ULK. OHJ1 MAKSIMI arvoksi 75 Hz ja ENKOODERIVIKA VAROITUS. 4.1 Käynnistysvirtojen tutkiminen Mitataan piirturilla verkkovirtavektorin itseisarvo i pyörimisnopeuden n funktiona taajuudenmuuttajakäynnistyksessä. Anna pyörimisnopeudelle ohjearvoksi 50 Hz. Tee mittaukset ilman kuormaa (T m = 0 Nm) ja nimelliskuormalla (T m = 22 Nm) samaan kuvaan muiden käynnistysvirtojen kanssa. Kommentoi virtoja eri käynnistystavoilla.

8 Oikosulkumoottorikäyttö Moottorin momentin tutkiminen Mitataan piirturilla koneen kehittämää momenttia t m pyörimisnopeuden n funktiona syöttötaajuuksilla 12,5, 25, 37,5 ja 50 Hz, kun kuormaa lisätään niin paljon, että oikosulkukone kippaa. Miten skalaariohjauksen momenttikäyrät eroavat muista momenttikäyristä? Muuta parametrin IR-KOMPENSOINTI arvoksi 10 % ja toista mittaukset taajuuksilla 12,5 ja 25 Hz. Onko tuloksissa eroja? Miksi? 4.3 U/f-suhteen tutkiminen Mitataan piirturilla moottorijännitevektorin itseisarvo u syöttötaajuuden (pyörimisnopeuden n) funktiona ilman kuormaa (ilman kuormaa pyörimisnopeus vastaa riittävällä tarkkuudella syöttötaajuutta). Kasvata taajuusohjetta hitaasti nollasta maksimiin. Miksi kutsutaan aluetta, jolloin moottorin jännitettä nostetaan suoraan verrannollisesti syöttötaajuuteen? Entä aluetta, jolloin moottorin jännite pidetään nimellisenä? Millä taajuudella on kentänheikennyspiste?

9 Oikosulkumoottorikäyttö Moottorikäytön reagointi kuormamomentin muutoksissa Mitataan, kuinka moottorin pyörimisnopeus ja moottorin kehittämä momentti muuttuvat, kun moottorin akselille kytketään askelmaisesti kuorma nollasta nimelliseen ja takaisin nollaan koneen pyöriessä nopeudella 1000 rpm. Mittaus tehdään skoopilla: kytketään mekaaninen momentti t m kanavaan 1, pyörimisnopeus n kanavaan 2 ja momenttiohje kanavaan 3. Momenttiohjeeksi kytketään funktiogeneraattorilla sopiva kanttiaalto ohjauspulpetin liittimeen T m. Käytä mittauksissa piirturisuodattimia, rajataajuudet n: 300 Hz ja t m : 10 Hz. Eroaako tulos kohdan 3.5 mittauksista, jolloin käytössä oli DTC?