Oikosulkumoottorikäyttö

Transkriptio

1 Oikosulkumoottorikäyttö 1 DEE Sähkömoottorikäytöt TTY Oikosulkumoottorikäyttö 1 Johdanto Mittauksista saatuja tuloksia katseltaessa kannattaa huomata, että käyttöpaneelista saatavat mittaustulokset on jo valmiiksi skaalattu seuraavien kertoimien mukaan. Tämä tulee huomioida mittatuloksia tarkastellessa. Taulukko 1: Moottoriohjauspaneelin muuntokertoimet Suure Output taso Todellinen signaali Jännite 1 V 100 V Virta 1 V 10 A Teho 1 V 10 kw/kvar Nopeus 1 V 1000 rpm Momentti 1 V 10 Nm Mittaukset suoritetaan National Instrumentsin DAQ-mittakortilla. Käytä MATLAB sovellusta sovelluksen antamien ohjeiden mukaisesti. Sovellus suorittaa tarvittavat alustukset ja mittatulosten suodatuksen antamienne arvojen mukaisesti. Tee tarvittavat kytkennät mittauksia varten oheisen taulukon mukaisesti. Huomioi, että näitä pystyy tarvittaessa muuttamaan. Taulukko 2: Mittauskortin liitännät AI0 AI1 AI2 AI3 AI4 AI5 AI6 Speed Voltage Current Torque Active power Reactive power External signal 2 Laboratoriomittauksia suorassa verkkokäytössä 2.1 Käynnistysvirtojen tutkiminen Mitataan DAQ-mittalaitteen avulla verkkovirtavektorin itseisarvo i pyörimisnopeuden n funktiona suorassa verkkokäynnistyksessä (moottori kytketty kolmioon). Laita ohjauspulpetin tähti-kolmio-kytkin S4 valmiiksi asentoon kolmio ja kytke kone käymään suorataajuusmuuttaja -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. Käytä mittauksessa 5000 Hz näytteistystaajuutta ja 3 sekunnin pituista mittausta. Käytä mittauksissa piirturisuodattimia, rajataajuudet n: 3 Hz ja i : 10 Hz. Ei digitaalista suodatusta.

2 Oikosulkumoottorikäyttö Verkkovirran tutkiminen Tutkitaan vaihejännitteen u 1 ja verkkovirran i 1 käyrämuotoa ajan suhteen koneen nimellisnopeudella. Tee mittaus ilman kuormaa (T m = 0 Nm), nimelliskuormalla moottorikäytössä (T m = 22 Nm) sekä generaattorikäytössä (T m = 22 Nm). Käytä mittauksessa 5000 Hz näytteistystaajuutta ja 0.1 sekunnin pituista mittausta. Mittauksia ei tarvitse suodattaa. Huom! Voit tehdä tehtävän 2.3 samaan aikaan. 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? 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 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). Käytä mittauksessa 5000 Hz näytteistystaajuutta ja 0.1 sekunnin pituista mittausta. Suodata tulokset esim. 300 Hz alipäästösuotimella. Huomaa, että tehot saadaan moottorisuureista.

3 Oikosulkumoottorikäyttö 3 Miksi moottori ottaa loistehoa yhtä paljon kuormasta riippumatta suoralla kolmiokytkennällä? Vihje: Mieti oikosulkumoottorin sijaiskytkentää Moottorin momentin tutkiminen Mitataan koneen kehittämää momenttia t m pyörimisnopeuden n funktiona suorassa verkkokäytössä. Kasvata kuormaa niin paljon, että oikosulkukone kippaa. Käytä mittauksessa 5000 Hz näytteistystaajuutta ja noin 12 sekunnin pituista mittausta. Käytä mittauksissa piirturisuodattimia, rajataajuudet n: 3 Hz ja t m : 10 Hz. 3. Oikosulkumoottorin skalaariohjaus Uuden taajuudenmuuttajan käyttöönotossa pitää mm. asettaa moottorin parametrit ja suorittaa tarvittaessa moottorin ID-ajo. Katso moottorin arvokilvestä nimellisjännite, -taajuus, -nopeus ja -virta, syötä ne taajuudenmuuttajaan ja suorita ID-ajo. Vihje: ACS 800 Ohjelmointiopas. ABB ACS 800 taajuudenmuuttaja Laboratoriotyössä käytettävä taajuudenmuuttaja on ABB:n valmistama ACS , joka on jännitevälipiirillinen DTC-tekniikalla ja skalaariohjauksella 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. Tutkitaan moottorin ominaisuuksia, kun käytetään skalaariohjausta. Muuta parametrin MOOTTORIOHJAUS arvoksi SKALAARI, ULK. OHJ1 MAKSIMI arvoksi 75 Hz ja ENKOODERIVIKA VAROITUS ja IR-KOMPENSOINTI arvoksi (26.03) 0 %.

4 Oikosulkumoottorikäyttö Käynnistysvirtojen tutkiminen Mitataan verkkovirtavektorin itseisarvo i pyörimisnopeuden n funktiona taajuudenmuuttajakäynnistyksessä. Anna pyörimisnopeudelle ohjearvoksi 50 Hz. Taajuudenmuuttajan parametreissa kiihdytysajaksi on asetettu 2 sekuntia ja virtarajaksi 9,3 ampeeria. Tee mittaukset ilman kuormaa (T m = 0 Nm) ja nimelliskuormalla (T m = 22 Nm). Käytä mittauksessa 5000 Hz näytteistystaajuutta ja 6 sekunnin pituista mittausta. Käytä mittauksissa piirturisuodattimia, rajataajuudet n: 3 Hz ja i : 10 Hz. Ei digitaalista suodatusta. Mikä oleellinen ero on käynnistysvirroissa, kun verrataan suoraa verkkokäynnistystä ja taajuudenmuuttajalla tehtyä käynnistystä ja miksi? Miten kuorman kasvatus vaikuttaa käynnistysvirtoihin ja miksi? Verkkovirran tutkiminen Mitataan 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). Käytä mittauksessa 5000 Hz näytteistystaajuutta ja 0.1 sekunnin pituista mittausta. Mittauksia ei tarvitse suodattaa. Huom! Voit tehdä tehtävän 3.3 samaan aikaan. 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?

5 Oikosulkumoottorikäyttö Verkosta otetun tehon tutkiminen Mitataan 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). Käytä mittauksessa 5000 Hz näytteistystaajuutta ja 0.1 sekunnin pituista mittausta. Suodata tulokset 500 Hz alipäästösuotimella. Tulosta pätö- ja loisteho samaan kuvaan. ACS 800:n verkosta ottama loisteho kasvaa pätötehon kasvaessa, miksi? 3.4 Moottorin momentin tutkiminen Mitataan koneen kehittämää momenttia t m pyörimisnopeuden n funktiona syöttötaajuuksilla 50, 37,5 25 ja 12,5 Hz, kun kuormaa lisätään hitaasti niin paljon, että oikosulkukone kippaa. Käytä mittauksessa 5000 Hz näytteistystaajuutta ja 15 sekunnin pituista mittausta. Käytä mittauksissa piirturisuodattimia, rajataajuudet n: 3 Hz ja t m : 10 Hz. Ei digitaalista suodatusta. Miten skalaariohjauksen momenttikäyrät eroavat suoran verkkokäytön momenttikäyristä? Mikä sen aiheuttaa? Muuta parametrin IR-KOMPENSOINTI arvoksi 10 % ja toista mittaukset taajuuksilla 12,5 ja 25 Hz. Onko tuloksissa eroja? Miksi? U/f-suhteen tutkiminen Mitataan moottorijännitevektorin itseisarvo u syöttötaajuuden (pyörimisnopeuden n) funktiona ilman kuormaa (ilman kuormaa pyörimisnopeus vastaa riittävällä tarkkuudella syöttötaajuutta). Kasvata taajuusohjetta hitaasti nollasta maksimiin. Suodata pyörimisnopeus ja jännite piirturisuotimien kautta rajataajuuksilla 3 Hz ja 10 Hz. Käytä mittauksessa 500 Hz näytteistystaajuutta ja 25 sekunnin pituista mittausta. Mittauksia ei tarvitse suodattaa enää digitaalisesti.

6 Oikosulkumoottorikäyttö 6 Miksi kutsutaan aluetta, jolloin moottorin jännitettä nostetaan suoraan verrannollisesti syöttötaajuuteen? Entä aluetta, jolloin moottorin jännite pidetään nimellisenä? Millä taajuudella on kentänheikennyspiste? Moottorikäytön reagointi kuormamomentin muutoksissa Mitataan, kuinka moottorin pyörimisnopeus n ja moottorin kehittämä momentti t m muuttuvat, kun moottorin akselille kytketään askelmaisesti kuorma nollasta nimelliseen ja takaisin nollaan koneen pyöriessä nopeudella 1000 rpm. Mittaus tehdään DAQ-mittalaittella. Momenttiohjeeksi kytketään funktiogeneraattorilla sopiva kanttiaalto (0,2 Hz, +2,7 V ampl., V offset, STD square) ohjauspulpetin liittimeen T m. Käytä mittauksissa piirturisuodattimia, rajataajuudet n: 3 Hz ja t m : 10 Hz. Näytteistystaajuus 5000 Hz ja 10 sekunnin pituinen mittausjakso. Ei digitaalista suodatusta

7 Oikosulkumoottorikäyttö 7 4 Oikosulkumoottorin säätö DTC-tekniikalla Tutkitaan moottorin ominaisuuksia, kun käytetään DTC-tekniikkaa. Muuta parametrin MOOTTORIOHJAUS arvoksi DTC ja SPEED FB SEL arvoksi ENCODER. 4.1 Käynnistysvirtojen tutkiminen Mitataan 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). Käytä mittauksessa 5000 Hz näytteistystaajuutta ja 6 sekunnin pituista mittausta. Käytä mittauksissa piirturisuodattimia, rajataajuudet n: 3 Hz ja i : 10 Hz. Ei digitaalista suodatusta. Taajuudenmuuttajan parametreissa kiihdytysajaksi on asetettu 2 sekuntia ja virtarajaksi 9,3 ampeeria. Kommentoi virtoja eri käynnistystavoilla (suora käynnistys, skalaariohjaus ja DTC). 4.2 Moottorin momentin tutkiminen Mitataan koneen kehittämää momenttia t m pyörimisnopeuden n funktiona pyörimisnopeuksilla 250, 500, 750 ja 1000 rpm, kun kuormaa lisätään niin paljon, että oikosulkukone kippaa. Taajuudenmuuttajan parametreissa virtarajaksi on asetettu 9,3 A, momenttirajaksi 200 % ja tehorajaksi 200 % (100 % vastaa nimellistä). Käytä mittauksessa 5000 Hz näytteistystaajuutta ja 15 sekunnin pituista mittausta. Käytä mittauksissa piirturisuodattimia, rajataajuudet n: 3 Hz ja t m : 10 Hz. Ei digitaalista suodatusta. Miten DTC:n momenttikäyrät eroavat muista momenttikäyrästä? 4.3 Moottorikäytön reagointi kuormamomentin muutoksissa Mitataan kuinka moottorin pyörimisnopeus n ja moottorin kehittämä momentti t m muuttuvat, kun moottorin akselille kytketään askelmaisesti kuorma nollasta nimelliseen ja takaisin nollaan koneen pyöriessä nopeudella 1000 rpm. Momenttiohjeeksi kytketään funtiogeneraattorilla sopiva kanttiaalto (0,2 Hz, +2,7 V ampl., V offset, STD square) ohjauspulpetin liittimeen T m. Käytä mittauksissa piirturisuodattimia, rajataajuudet n: 3 Hz ja t m : 10 Hz. Näytteistystaajuus 5000 Hz ja mittausaika 10 s. Piirrä momentti, momenttiohje ja pyörimisnopeus samaan kuvaan. Eroaako tulos kohdan 3.6 mittauksista, jolloin käytössä oli skalaariohjaus?

8 Oikosulkumoottorikäyttö 8 Toista mittaus ilman nopeustakaisinkytkentää eli muuta parametrin SPEED FB SEL arvoksi INTERNAL, onko tuloksissa eroja? Mitä etua pulssianturista voisi olla? Moottorijännitteen tutkiminen Tutkitaan moottorijännitteen käyrämuotoa koneen toimiessa tyhjäkäynnissä nopeudella 1000 rpm. Kytke moottorin pääjännite u 12 ja vaihevirta i 1 ilman suodatusta DAQmittalaitteeseen. Aseta näytteistystaajuudeksi Hz ja mittausajaksi 0.03 s. 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? Kuinka pitkä on lyhin mahdollinen kytkentäjakso? Paljonko on välipiirin jännite? Moottorijännitteen ja -virran sekä verkkovirran spektrin tutkiminen Kuormita moottoria nimelliskuormalla (T m = 22 Nm) ja kytke moottorin pääjännite u 12 ja vaihevirta i 1 suodattamattomana DAQ-mittalaitteeseen. Laske moottorijännitteen ja virran taajuusspektri. Käytä mittauksessa Hz näytteistystaajuutta ja 0.1 sekunnin pituista mittausta. Mille alueelle jännitteen yliaallot ovat jakautuneet ja mitä se kertoo kytkentätaajuudesta?

9 Oikosulkumoottorikäyttö 9 Kiinnitä huomiota kaikkein matalataajuisimpiin yliaaltoihin. Mikä on moottorijännitteen kokonaissäröprosentti (Total Harmonic Distortion) ja onko se riittävän pieni? Mikä on moottorivirran THD ja onko se mielestäsi tarpeeksi pieni? -- Katsotaan lopuksi verkkovirran i 1 harmonia komponentteja. Piirrä verkkovirran taajuusspektri käyttämällä edellä mainittuja asetuksia. 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?