Tehtävä 1. TEL-1360 Sähkömoottorikäytöt Laskuharjoitus 4/2011

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Tehtävä 1. TEL-1360 Sähkömoottorikäytöt Laskuharjoitus 4/2011"

Niilo Mäkinen
6 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 TE-1360 Sähkömoottorikäytöt askuharjoitus 4/2011 Tehtävä 1. n = 750 V ; I n = 200 A ; a = 8 mh ; R a = 0,16 Ohm ; I max = 500 A ; i max0 = 60 A ; f s = 100 Hz astart = 30 V ; = V ; cos φ = 1 Kyseessä on 4-kvaranttikäyttö: kone voi toimia moottorina tai generaattorina molempiin pyörimissuuntiin. Moottorikäyttö: 1-kytkimet johtavat, virtatie Hyötyjarrutus: 2-kytkimet johtavat, virtatie Oletetaan virta jatkuvaksi eli i(0) = i(t). Kyseessä on laskeva hakkuri (Buck), jossa kytkimen T ollessa kiinni ulostulojännite on o = -, jossa on sisäänmenojännite ja kelan yli oleva jännite. Kun kytkin on auki, on jännite o = -. Koska kyseessä on laskeva hakkuri, on ulostulojännite o = D, jossa D = t on /T s. Tilanteessa, jossa vaimennuskuristinta ei ole, toimii kelana koneen ankkuri-inuktanssi a. Hakkurin ulostulojännite o on siis jännite, joka muoostuu koneen ankkuriresistanssin R a ja smv:n E a yli. asketaan kelan virran muutos aikavälillä t. valitaan aikaväliksi t on, jolloin kelan jänniteyhtälöstä saaaan u i t i t 2 o D Ts Ts D D Ts i ton DTs 1 DD Maksimiarvo ko. lausekkeelle löytyy erivaatan nollakohasta, kun se erivoiaan D:n suhteen. i D T s D 2 s T 0 D 1 2 Tulokseksi saaaan D = ½. = i/t, i suurin, kun suurin = 750 V. Tarkastellaan aikaväliä t on. t = t on = DT s = D/f s = 0.5/100Hz = 5 ms i max 234,4 A >60 A a o t on (1 D) t a on 750 V(1 0,5) 0,005 s H

2 TE-1360 Sähkömoottorikäytöt askuharjoitus 4/2011 lisävaimennusta tarvitaan, lisä =?: tot (1 D) t i max lisä = tot a = (31-8) mh = 23 mh on 750 V(1 0,5) 0,005 s 31mH 60 A

3 TE-1360 Sähkömoottorikäytöt askuharjoitus 4/2011 Tehtävä 2. n rate = 3700 rpm, T rate = 10 Nm, V T-rate =? ; k T = 0,5 Nm/A ; k E = 53 V / 1000 rpm ; R a = 0,37 Ohm τ e = 4,05 ms ; τ m = 11,7 ms Kestomagnetointi vastaa erillismagnetointia (sivuvirtakone s. 7-6), jossa vuo e on vakio Inusoitunut smv e a = c 1 * e * = k E * n m (7-3) Sähköinen vääntömomentti T em = c 2 * e * I a = k T I a (7-5) iitinjännite, kun I a vakio V T = e a + R a I a (7-2) V T-rate = k E n rate + usi toimintapiste: T em = 5 Nm & n m = 1850 rpm: V T = k E n m + T em R a = kt T rate R a = kt 53 V 3700 rpm 1000 rpm 53 V 1850 rpm 1000 rpm 0,37 0,37 5 Nm 0,5 Nm/A 10 Nm 0,5 Nm/A = 203,5 V =98,05V+3,7V = 101,75 V

4 TE-1360 Sähkömoottorikäytöt askuharjoitus 4/2011 Tehtävä 3. a) I verkko V A V välip I A M I magn V magn Vektorimouloitu PWM-verkkosilta: pitää V välip vakiona ja mahollistaa verkon tehokertoimen sääön. Sääön takaisinkytkennät: V välip ja verkon vaihevirrat. 4-kvaranttihakkuri: muoostaa halutun V A :n. Takaisinkytkentöinä I A ja pyörimisnopeus n. ähe: Krishnan R. Electric Motor Drives. Moeling, Analysis an Control. I magn = I magn-n, kun n n n. Jos n > n n, toimitaan kentänheikennyksellä ja sääetään I magn pienemmäksi. Takaisinkytkentänä I magn. Verkkosillan ja c-hakkurien f s esim. 5 khz.

5 b) TE-1360 Sähkömoottorikäytöt askuharjoitus 4/2011 P n = 49,5 kw, v-s = c-h = 0,97, magn = 0,985, m =?, T m-n =?, I verkko =? ; V An = 420 V ; n n = 1060 rpm ; I An = 138 A ; I magn_n = 6 A ; P n = m I An V An m = P n / (I A-n V A-n ) = 49,5 kw / (138 A 420 V) = 49,5 / 57,96 0,854 T n = P n / n = 49,5 kw / ( / 60 s) 446 Nm c) n = 700 rpm: Akseliteho: P aks = 446 Nm / 60 32,69 kw Moottorin ankkuriteho: P A = P aks / m 38,46 kw Magnetointiin kuluva teho: P magn = I magn-n V magn-n = 1,41 kw Välipiirissä kulkeva teho: P valip = P magn / magn + P A / c-h 1,431 kw + 39,647 kw 40,09 kw Verkosta otettu teho: P verkko = P valip / v-s 42,16 kw P vaihe = P verkko / 3 14,05 kw cos = 1 I verkko-rms = P vaihe / V vaihe-rms 14,05 kw / 230 V 61,1 A. n = n n ja T aks = T n P A = I A-n V A-n = 57,96 kw (tai P A = P n / m =57,96 kw) P vaihe = [P magn / ( magn v-s ) + P A / ( c-h v-s )] / 3 (1,475 kw + 61,600) / 3 21,03 kw I verkko 21,03 kw / 230 V 91,4 A

6 TE-1360 Sähkömoottorikäytöt askuharjoitus 4/2011 Tehtävä 4. R v = 4 Ω ; v = 8 mh ; k Epeak = 25V / 1000 rpm ; p = 2 ; n n = rpm ; I = 10 A Sähköinen pyörimisnopeus n sn : n sn = pn = rpm = rpm Taajuus f: f [Hz] = n sn / 60 = [rpm] / 60 [s/min] 333 Hz Inusoituva vastajännite E vasta_n : E vasta_n n k * Epeak n rpm * 25V 176,8V 2 *1000rpm Jos ei olla kentänheikennysalueella, virran -komponentti on nolla Kestomagneettikoneen vastajännite E vasta-n ja virta I samassa vaiheessa: V syöttö = E vasta-n + j v I + R v I V syöttö 176,8 V + j(2 333,3 Hz) 8,0 mh 10 A + 4,0 10 A V syöttö (216,8 + j167,6) V 27437,7 V [tan -1 (167,6/216,8)] Syötön vaihejännite: 274 V Moottorin tehokerroin (cos): cos(37,7) 0,79

7 TE-1360 Sähkömoottorikäytöt askuharjoitus 4/2011 Tehtävä 5. Kitka- ja tuuletushäviöt huomiotta akselimomentti = sähköinen momentti T em. Pn 7,5 kw T rate = 41 Nm n π /(60 s) f n 60 s p [rpm], napapariluku p = 2 n s = 30 f = 30*60 = 1800rpm Ilmavälivuo vakio absoluuttinen jättämänopeus n j vakio riippumatta n:stä T em vakio. n j = n s n = 1800 rpm 1746 rpm = 54 rpm Absoluuttinen jättämä: f sl = f s - pn Momentti-pyörimisnopeuskäyrä: T em / Nm n / rpm

8 TE-1360 Sähkömoottorikäytöt askuharjoitus 4/2011 Moottorin momentti-jättämäkäyrä syöttötaajuuksilla 60 Hz ja 45 Hz: T em f = 45 Hz f = 60 Hz 41 n / n s Syöttötaajuuella 45 Hz: n = ( )rpm = 1296 rpm ja momentti 41 Nm. Eellä kuvattu saaaan tehtyä taajuuenmuuttajalla. Jos moottorin jännitteessä ei saa esiintyä ees korkeataajuista säröä (ts. PWM-jännite ei kelpaa), täytyy PWM-taajuuenmuuttajan ja moottorin väliin laittaa C-suoin.

Samankaltaiset tiedostot

1 2 3 4 5 A B 6 7 8 9 [Nm] 370 350 330 310 290 270 [kw] [PS] 110 150 100 136 90 122 80 109 250 230 210 190 70 60 50 95 82 68 170 150 40 54 130 110 90 140 PS 125 PS 100 PS 30 20 41 27 70 1000 1500 2000