Tasavirtakäyttö. 1 Esiselostus. TEL-1400 Sähkömoottorikäyttöjen laboratoriotyöt

Transkriptio

1 Tasavirtakäyttö 1 Esiselostus 1.1 Mitä laitteita kuuluu Leonard-käyttöön, mikä on sen toimintaperiaate ja mihin ja miksi niitä käytetään? Luettele myös Leonard-käytön etuja ja haittoja. Kuva 1.1 Leonard-käyttö

2 1.2 Esittele erilaiset tasavirtamoottorityypit, niiden ominaisuudet ja käyttökohteet. Piirrä myös kunkin moottorin virtapiirin kytkentä. Kuva 1.2 Sarjamoottori. Kuva 1.3 Sivuvirtamoottori. Kuva 1.4 Kompaundimoottori. Kuva 1.5 Erillismagnetoitu moottori

3 1.3 Millä tavoin on mahdollista säätää tasavirtamoottorin pyörimisnopeutta? Milloin näitä eri tapoja käytetään? 1.4 Miten kuormitus vaikuttaa tasavirtamoottorin pyörimisnopeuteen eri moottorityypeillä? 1.5 Miten ankkurijännitteen suuruutta voidaan säätää? - 3 -

4 1.6 Mitä tarkoittaa tasasuuntaajalla syötetyn moottorin ankkurivirran aukottuminen? 1.7 Mitä tarkoitetaan nelikvadranttikäytöllä tasavirtakäytön yhteydessä? 1.8 Piirrä kuva (koordinaatisto), josta selviää tasavirtakoneen toiminta eri kvadranteissa. Miten jännitteen, virran, pyörimisnopeuden ja momentin suunnat riippuvat toisistaan eri kvadranteissa? Kuva 1.6 Tasavirtakoneen toiminta eri kvadranteissa

5 Työpisteeseen on kesällä 2002 hankittu uusi tasavirtakäyttö: tasasuuntaaja ABB DCS , moottori ABB DMP 112-2LA ja nopeustakaisinkytkentään Stegmann HG 650 AXSR -pulssianturi. Tutustu etukäteen itse työpisteeseen ja sieltä löytyviin manuaaleihin ja vastaa niiden perusteella seuraaviin kysymyksiin. 1.9 Tutkittavan moottorin kilpiarvot? P = n = I a = U a = U m = I m = R a = 9,52 Ω T n = 43 Nm 1.10 Miten moottorin magnetointi on toteutettu? 1.11 Voiko ko. moottorin käynnistää täydellä ankkurijännitteellä? Perustele miksi? 1.12 Tutkittavan tasasuuntaajan (DCS ) nimellisarvot? I DC = I AC = I F = P = U d = U F = - 5 -

6 1.13 Onko suuntaaja kaksi- vai nelikvadranttikäyttö? 1.14 Pulssianturin pulssiluku? Jokaisen ryhmän jäsenen tulee etukäteen tutustua sekä kirjallisesti että paikan päällä tasavirtakäyttöön, koska laboratoriotyöhön varattu aika ei siihen riitä! Erityisesti tulee osata ohjauspaneelin toiminta, käynnistykset, pysäytykset, parametrien vaihdot yms. Näistä aiheista löytyy materiaalia Tehoelektroniikan laitoksen ilmoitustaulun viereisistä kansioista. Käyttöohjeen kappale 6, sivut 1-17 ovat erityisen tärkeitä. Tutustu myös laboratoriomittauksiin ja työpisteeseen etukäteen. Lisätietoa löytyy mm. seuraavista lähteistä: Sähkömoottorit-pruju. Sähkömoottorikäytöt-pruju. Mohan, Undelan, Robbins: Power Electronics. HUOM! Laitteita ei saa kytkeä päälle ilman assistentin valvontaa!!! - 6 -

7 2 Laboratoriomittaukset Mittauksista saatuja tuloksia katseltaessa kannattaa huomata, että käyttöpaneelista saatavat mittaustulokset on jo valmiiksi skaalattu seuraavien kertoimien mukaan. Taulukko 2.1 Moottorinohjauspaneelin 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 2.1 Tasavirtakäytön käyttöönotto: Viritä suuntaaja käyttökuntoon, tarkat rautalankaohjeet löytyvät DCS 400 -manuaalin sivulta 6-9 alkaen. Assistentti auttaa tarvittaessa. 2.2 Ankkurijännitteen, ankkuri- ja magnetointivirran ja vääntömomentin tutkiminen: mitataan piirturin avulla moottorin ankkurijännite u a, ankkurivirta i a, magnetointivirta i m ja vääntömomentti t m pyörimisnopeuden n funktiona ilman kuormaa (T m = 0) ja nimelliskuormalla (T m = 43 Nm). Piirrä ankkurivirta ja vääntömomentti samaan paperiin. Aseta piirturin origo ennen mittausta paperilla olevan ruudukon vasempaan alakulmaan. Kytke mitattavat suureet taulukon 2.2 mukaisesti. Käytä momentin ja ankkurivirran mittauksissa suodatusta. Kasvata potentiometrillä nopeutta tasaisesti nollasta maksimiin käyttäen annettuja kuormituksia. Taulukko 2.2 Piirturin asetukset. suure kanava asettelu suodatus n x 0,1 V/cm (1 Hz) i a, i m y 0,1 V/cm 1 Hz u a y 0,5 V/cm t m y 0,5 V/cm 1 Hz Mitä havaitset tuloksista? Miten kuorma vaikuttaa kuhunkin suureeseen? - 7 -

8 2.3 Moottorin syöttöjännitteen tutkiminen: mitataan verkon pääjännitteen, moottorin syöttöjännitteen, ankkurivirran ja moottorille syötetyn tehon käyrämuodot pyörimisnopeuksilla ±1000 rpm ilman kuormaa (T m = 0) ja nimelliskuormalla (T m = 43 Nm) sekä moottorikäytössä (T m > 0) että generaattorikäytössä (T m < 0). Kytketään mitattavat suureet taulukon 2.3 mukaisesti. Huomaa, että kaikissa tilanteissa nimellismomenttia ei välttämättä saavuteta! Taulukko 2.3 Oskilloskoopin asetukset. suure kanava asettelu signaalin käsittely u ,0 V/div - u a 2 2,0 V/div - i a C (3) 100 mv/div, 0,5 V/div 2,5 bit suodatus p o D (4) 50 mv/div, 200 mv/div 2,5 bit suodatus time - 2 ms/div trigger 1 0V, nouseva reuna timebase setup - record up to 50k* math max points - 10k** Global BW Limit - 25 MHz*** *) Setup timebase, **) Math setup, ***) Coupling Mitä voit päätellä kuvien perusteella? Kiinnitä huomiota suureiden suuntaan ja suuruuteen

9 2.4 Verkkovirran tutkiminen: mitataan vaihejännitteen, verkkovirran sekä verkosta otetun pätötehon ja loistehon käyrämuodot pyörimisnopeuksilla ±500 rpm ja ±1000 rpm nimelliskuormalla (T m = 43 Nm). Kytketään mitattavat suureet taulukon 2.4 mukaisesti. Taulukko 2.4 Oskilloskoopin asetukset. suure kanava asettelu signaalin käsittely u 1 1 1,0 V/div i 1 B (2) 0,5 V/div 2,5 bit suodatus p i C (3) 200mV/div 2,5 bit suodatus q i D (4) 200mV/div 2,5 bit suodatus time - 2 ms/div trigger 1 0V, nouseva reuna Vertaa 500 rpm:lla mitattua verkkovirran käyrämuotoa nimellisnopeudella 1000 rpm mitattuun virtaan. Mitä voidaan todeta? Kumpi tilanne on verkon kannalta parempi ja miksi? - 9 -

10 2.5 Koneen toiminta eri kvadranteissa: tutkitaan koneen toimintaa generaattorina ja moottorina sekä positiivisella että negatiivisella pyörimissuunnalla Asetetaan vakiokuorma T m = 30 Nm. Tasasuuntaajan toimintapistettä ja siten tyristorien ohjauskulmaa muutetaan syöttämällä funktiogeneraattorilla hitaasti muuttuva pyörimisnopeusohje ohjauspulpetin analogiasisäänmenoon n. Funktiogeneraattori asetellaan syöttämään kolmioaaltoa pienellä taajuudella ja samalla piirretään käytön ottaman pätötehon p i ja loistehon q i suuruus piirturilla pyörimisnopeuden n funktiona. Pätö- ja loistehosignaalit kytketään suodattimen kautta. Piirturin asetukset on annettu taulukossa 2.5. Aseta piirturin origo ennen mittauksia paperilla olevan ruudukon keskelle. Sopiva pyörimisohje on bipolaarinen kolmioaalto, amplitudi 9 V ja taajuus 0,02 Hz. Säädä tasavirtamoottorin pyörimisnopeus 0:aan. Taulukko 2.5 Piirturin asetukset. suure kanava asettelu suodatus n x 0,2 V/cm 10 Hz p i, q i y 0,1 V/cm 10 Hz Vastaako mitattu PQ-käyrä teoreettista? Kuormitus pidetään edelleen T m = 30 Nm:ssä ja hitausmassa säädetään suureksi. Funktiogeneraattori asetellaan syöttämään kanttiaaltoa sopivalla taajuudella ja samalla piirretään pyörimisnopeus n ankkurivirran I a funktiona piirturilla. Piirturin asetukset on annettu taulukossa 2.6. Sopiva pyörimisohje on kanttiaalto, amplitudi 9 V ja taajuus 0,05 Hz. Säädä tasavirtamoottorin pyörimisnopeus 0:aan. Taulukko 2.6 Piirturin asetukset. suure kanava asettelu suodatus i a x 0,2 V/cm 3 Hz n y 0,2 V/cm 3 Hz Kommentoi mittauskuvan perusteella käytön toimintaa eri kvadranteissa

11 2.6 Koneen askelvasteiden tutkiminen Tehdään moottorille momentin askelvastekoe ja mitataan momentin vaste. 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 oskilloskoopilla: asetukset on annettu taulukossa 2.7. Momentin ohjearvo annetaan funktiogeneraattorilla analogiasisäänmenoon T m. Käännä kytkin S3 päälle ja kytkin JA/MO keskiasentoon. Sopiva momenttiohje on negatiivinen kanttiaalto, amplitudi 6 V ja taajuus 0,5 Hz. Taulukko 2.7 Oskilloskoopin asetukset. suure kanava asettelu signaalin käsittely T m (ohje) A (1) 1,5 V/div, offset +3 V negaatio t m B (2) 1,0 V/div, offset -2 V 3 bit suodatus n C (3) 100 mv/div, offset -1 V 1.5 bit suodatus time 0,2 s/div trigger 1-2V, nouseva reuna timebase setup record up to 10k Kommentoi käyrämuotoja

12 2.6.2 Tehdään moottorille pyörimisnopeuden askelvastekoe ja mitataan pyörimisnopeuden vaste. Mitataan kuinka moottorin pyörimisnopeus ja moottorin kehittämä momentti muuttuvat, kun moottorille annetaan askelmainen pyörimisnopeusohje nollasta nimellispyörimisnopeudelle ja takaisin nollaan eri hitausmassoilla. Ohjearvo annetaan funktiogeneraattorilla analogiasisäänmenoon n (ohjauspulpetin etulevyssä). Oskilloskoopin asetukset on annettu taulukossa 2.8. Kytkimet S3 ja JA/MO pidetään samassa asennossa kuin edellisessä tehtävässä. Sopiva pyörimisohje on positiivinen kanttiaalto, amplitudi 8 V ja taajuus 0,2 Hz. Säädä tasavirtamoottorin pyörimisnopeus 0:aan. Taulukko 2.8 Oskilloskoopin asetukset. suure kanava asettelu signaalin käsittely n ohje 1 2,0 V/div, offset -3 V t m B (2) 1,0 V/div 3 bit suodatus n C (3) 250 mv/div, offset -400 mv 1.5 bit suodatus time 0,5 s/div trigger 1 2V, nouseva reuna Kommentoi käyrämuotoja