The squirrel cage induction motor residual voltage

SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET

Sveučilišni studij

PREOSTALI (REZIDUALAN) NAPON NAMOTA ASINKRONOG KAVEZNOG MOTORA

Diplomski rad

Dragoslav Rakić

Osijek, 2011.

„Nisu veliki oni koji ponižavaju čovjeka, već oni koji ga uzdižu,

koji obogaćuju njegovo duhovno nasljedstvo i time pomažu njegovoj sreći.”

Nikola Tesla

Želim se zahvaliti svome mentoru Doc.dr.sc. Željku Hederiću, na pruženoj mogućnosti za

rad na ovako zanimljivoj temi, velikoj motivaciji, konstruktivnim kritikama, podršci i pomoći

koju je pružao tijekom izrade ovog rada. Zahvaljujem se na postupnom uvodu u materiju kroz

literaturu, te na korisnim savjetima.

Također se zahvaljujem svome sumentoru dipl.ing. Željku Špoljariću, na realizaciji

provedenih mjerenja u laboratoriju i odvojenom vremenu. Zahvaljujem se na vrlo korisnoj

literaturi i pomoći kod primjene mjernog DAQ sustava.

Veliku zahvalnost moram iskazati svojim roditeljima, a posebno mami na podršci koji je

iskazala tijekom izrade ovog rada i kroz sve godine studiranja. Hvala na velikoj žrtvi, te se

nadam da je bila opravdana.

Zahvaljujem se široj obitelji na velikoj pomoći, kao i svojim najbližim prijateljima.

Dragoslav Rakić

I

SADRŽAJ

1. UVOD ____________________________________________________________________ 1

2. TROFAZNI ASINKRONI KAVEZNI MOTOR I POJAVA PREOSTALOG NAPONA ___ 2

2.1. Općenito o trofaznom asinkronom kaveznom motoru _________________________ 2 2.1.1. Djelovanje statorskog namota ___________________________________________ 3 2.1.2. Kavezni namot rotora _________________________________________________ 4 2.1.3. Brzina rotora, relativna brzina i klizanje___________________________________ 5 2.1.4. Remanentni (zaostali) magnetizam _______________________________________ 5

2.2. Nadomjesna shema asinkronog motora _____________________________________ 8 2.2.1. Nadomjesna shema asinkronog motora sa pripadajućim parametrima____________ 8 2.2.2. Mjerenje otpora namota statora asinkronog motora U-I metodom _______________ 8 2.2.3. Ispitivanje parametara asinkronog motora u praznom hodu ____________________ 9 2.2.4. Ispitivanje parametara asinkronog motora u kratkom spoju pri nazivnoj struji ____ 10 2.2.5. Ispitivanje parametara malih asinkronih motora u praznom hodu ______________ 11

2.3. Pojava preostalog napona na asinkronom motoru ___________________________ 12 2.3.1. Preostali napon asinkronog motora ______________________________________ 12 2.3.2. Utjecaj preostalog napona asinkronih motora spojenih na istu sabirnicu _________ 13

3. MJERENJE PREOSTALOG NAPONA ________________________________________ 14

3.1. Postolje za mjerenje preostalog napona____________________________________ 14

3.2. Podaci sa natpisne pločice asinkronih motora_______________________________ 15

3.3. Postupak mjerenja preostalog napona_____________________________________ 16 3.3.1. Postupak mjerenja preostalog napona na motoru br. 1 _______________________ 16

3.3.1. 1. Mjerenje preostalog napona u praznom hodu _________________________ 17 3.3.1. 2. Mjerenje preostalog napona pod teretom _____________________________ 17 3.3.1. 3. Mjerenje preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke________________ 18

3.3.2. Postupak mjerenja preostalog napona na motoru br. 2 _______________________ 18 3.3.3. Postupak mjerenja preostalog napona na tri motora spojena u paralelu __________ 19

3.3.3. 1. Mjerenje preostalog napona u praznom hodu _________________________ 20 3.3.3. 2. Mjerenje preostalog napona pod teretom na motoru br. 1 ________________ 20 3.3.3. 3. Mjerenje preostalog napona pod teretom na motoru br. 2 ________________ 21 3.3.3. 4. Mjerenje preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke________________ 21

4. MJERENJE PREOSTALOG NAPONA DAQ KARTICOM ________________________ 22

4.1. Mjerna oprema i njeno spajanje na postolje motora _________________________ 22 4.1.1. DAQ Kartica _______________________________________________________ 22 4.1.2. Strujna mjerna kliješta________________________________________________ 23 4.1.3. Naponski mjerni članak_______________________________________________ 23 4.1.4. Spajanje mjerne opreme prema postupku mjerenja za motor br. 1______________ 24 4.1.5. Spajanje mjerne opreme prema postupku mjerenja za motor br. 2______________ 26 4.1.6. Spajanje mjerne opreme prema postupku mjerenja za paralelni spoj motora______ 26

4.2. Programski paket DASYLab ____________________________________________ 28 4.2.1. Instalacija i povezivanje programa sa DAQ karticom _______________________ 28 4.2.2. Radna površina DASYLab programa ____________________________________ 28

4.2.2. 1. Modul DAQ kartice______________________________________________ 29 4.2.2. 2. Modul za snimanje podataka_______________________________________ 30

II

4.2.2. 3. Modul za čitanje podataka_________________________________________ 32 4.2.2. 4. Modul za prikaz podataka _________________________________________ 33

4.3. Mjerenje preostalog napona na motoru br. 1 _______________________________ 35 4.3.1. Snimanje podataka dobivenih iz mjerenja ________________________________ 35

4.3.1. 1. Snimanje mjerenja preostalog napona u praznom hodu __________________ 36 4.3.1. 2. Snimanje mjerenja preostalog napona pod teretom _____________________ 36 4.3.1. 3. Snimanje mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke ________ 36

4.3.2. Čitanje i prikaz snimljenih podataka mjerenja _____________________________ 37 4.3.2. 1. Čitanje i prikaz mjerenja preostalog napona u praznom hodu _____________ 37 4.3.2. 2. Čitanje i prikaz mjerenja preostalog napona pod teretom_________________ 38 4.3.2. 3. Čitanje i prikaz mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke ___ 38

4.4. Mjerenje preostalog napona na motoru br. 2 _______________________________ 38

4.5. Mjerenje preostalog napona na tri motora spojena u paralelu _________________ 39 4.5.1. Snimanje podataka dobivenih iz mjerenja ________________________________ 39

4.5.1. 1. Snimanje mjerenja preostalog napona u praznom hodu __________________ 40 4.5.1. 2. Snimanje mjerenja preostalog napona pod teretom motora br. 1 ___________ 40 4.5.1. 3. Snimanje mjerenja preostalog napona pod teretom motora br. 2 ___________ 40 4.5.1. 4. Snimanje mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke ________ 40

4.5.2. Čitanje i prikaz snimljenih podataka mjerenja _____________________________ 41 4.5.2. 1. Čitanje i prikaz preostalog napona u praznom hodu_____________________ 41 4.5.2. 2. Čitanje i prikaz preostalog napona pod teretom motora br. 1 ______________ 42 4.5.2. 3. Čitanje i prikaz preostalog napona pod teretom motora br. 2 ______________ 42 4.5.2. 4. Čitanje i prikaz preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke ___________ 42

5. SIMULACIJA MJERENJA PREOSTALOG NAPONA PROGRAMSKIM PAKETOM MATLAB __________________________________________________________________ 43

5.1. Proračun parametara nadomjesne sheme asinkronih motora _________________ 43 5.1.1. Proračun parametara nadomjesne sheme motora br. 1 _______________________ 43 5.1.2. Proračun parametara nadomjesne sheme motora br. 2 _______________________ 45 5.1.3. Proračun parametara nadomjesne sheme motora br. 3 _______________________ 47

5.2. Programski alat SimPowerSystems _______________________________________ 49 5.2.1. Opis blokova korištenih pri simulaciji ___________________________________ 49

5.2.1. 1. Blokovi asinkronih motora ________________________________________ 49 5.2.1. 2. Blok trofaznog izvora napajanja ____________________________________ 52 5.2.1. 3. Blok idealne sklopke _____________________________________________ 52 5.2.1. 4. Blokovi mjernih instrumenata______________________________________ 53 5.2.1. 5. Blok konstantne vrijednosti________________________________________ 53 5.2.1. 6. Blok koraka ____________________________________________________ 54 5.2.1. 7. Blok vremenski promjenjivih vrijednosti _____________________________ 54 5.2.1. 8. Blok za prikaz mjerenih rezultata ___________________________________ 55

5.3. Simulacija mjerenja preostalog napona na motoru br. 1______________________ 55 5.3.1. Simulacija mjerenja preostalog napona u praznom hodu _____________________ 55 5.3.2. Simulacija mjerenja preostalog napona pod teretom ________________________ 56 5.3.3. Simulacija mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke ___________ 57

5.4. Simulacija mjerenja preostalog napona na motoru br. 2______________________ 58 5.4.1. Simulacija mjerenja preostalog napona u praznom hodu _____________________ 58 5.4.2. Simulacija mjerenja preostalog napona pod teretom ________________________ 59 5.4.3. Simulacija mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke ___________ 60

III

5.5. Simulacija mjerenja preostalog napona na tri motora spojena u paralelu _______ 61 5.5.1. Simulacija mjerenja preostalog napona u praznom hodu _____________________ 61 5.5.2. Simulacija mjerenja preostalog napona pod teretom na motoru br. 1____________ 62 5.5.3. Simulacija mjerenja preostalog napona pod teretom na motoru br. 2____________ 63 5.5.4. Simulacija mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke ___________ 64

6. ANALIZA DIJAGRAMA DOBIVENIH IZ MJERENJA PREOSTALOG NAPONA DAQ KARTICOM I MATLAB SIMULACIJOM________________________________________ 65

6.1. Analiza mjerenja preostalog napona na motoru br. 1 ________________________ 65 6.1.1. Analiza mjerenja preostalog napona motora br. 1 u praznom hodu _____________ 65 6.1.2. Analiza mjerenja preostalog napona motora br. 1 pod teretom ________________ 67 6.1.3. Analiza mjerenja preostalog napona motora br. 1 uz brzi isklop-uklop sklopke ___ 69

6.2. Analiza mjerenja preostalog napona na motoru br. 2 ________________________ 70 6.2.1. Analiza mjerenja preostalog napona motora br. 2 u praznom hodu _____________ 71 6.2.2. Analiza mjerenja preostalog napona motora br. 2 pod teretom ________________ 73 6.2.3. Analiza mjerenja preostalog napona motora br. 2 uz brzi isklop-uklop sklopke ___ 75

6.3. Analiza mjerenja preostalog napona na tri motora spojena u paralelu __________ 76 6.3.1. Analiza mjerenja preostalog napona na tri motora u praznom hodu_____________ 76 6.3.2. Analiza mjerenja preostalog napona na tri motora pod teretom motora br. 1______ 79 6.3.3. Analiza mjerenja preostalog napona na tri motora pod teretom motora br. 2______ 81 6.3.4. Analiza mjerenja preostalog napona na tri motora uz brzi isklop-uklop sklopke___ 83

6.4. Objedinjena analiza mjerenja preostalog napona i nastale činjenice ____________ 85

7. ZAKLJUČAK _____________________________________________________________ 86 LITERATURA SAŽETAK ABSTRACT ŽIVOTOPIS PRILOZI

PRILOG 1: Dimenzije motora i radnog postolja

PRILOG 2: Tablice mjerenja iz ispitivanja otpora namota, pokusa praznog hoda i pokusa kratkog spoja sprovedenih na sva tri motora

1

1. UVOD

Od Teslinog pronalaska asinkronog motora, pa sve do danas, asinkroni motor postao je

najvažniji pogonski motor koji je polako zavladao i tamo gdje su nekada dominirali istosmjerni

motori. Zbog velike primjene, začuđujuće je da se nije pridavala velika pozornost pojavi kao što

je preostali napon nastao na stezaljkama statora, prilikom prekida izvora napajanja motora.

Ovaj rad pokušat će se bolje približiti pojavi preostalog napona, kao i problemima koje on

donosi. Neki od problema s kojima će se upoznati ovaj rad: trajanje preostalog napona u

praznom hodu i pod teretom, utjecaj preostalog napona na tri motora spojena u paralelu, pojava

strujnog udara prilikom ponovnog prikapčanja motora na mrežu.

Drugo poglavlje bavi se teorijskom podlogom asinkronog motora, koja je bitna za

razumijevanje problematike. Stvorena je priprema za proračun parametara nadomjesne sheme

asinkronog motora, čije će se vrijednosti primijeniti kod gotovog modela asinkronog motora u

simulacijskom mjerenju preostalog napona.

Treće poglavlje sadrži podatke o tri asinkrona motora koji se nalaze na radnom postolju,

za koje je razvijen postupak mjerenja preostalog napona. Prikazan je detaljan opis postupka

mjerenja na sva tri motora, on predstavlja temelj za realizaciju stvarnog i simulacijskog mjerenja

preostalog napona.

Četvrto poglavlje obrađuje mjerni DAQ sustav, ulazi u detaljna objašnjenja pojedinih

dijelova tog sustava. Objašnjava se funkcija mjerne opreme, kao i programa koji ju povezuje sa

računalom (DASYLab), te se daje prikaz i način mjerenja.

U petom poglavlju vrši se proračun parametara nadomjesne sheme za tri asinkrona

motora. Pomoću parametara nadomjesne sheme i gotovog modela asinkronog motora u

programu Matlab, pristupa se simulaciji mjerenja preostalog napona uz odgovarajuće prikaze i

objašnjenja.

Šesto poglavlje daje prikaz rezultata dobivenih iz stvarnog i simulacijskog mjerenja, koji

su popraćeni odgovarajućom analizom i komentarima. Izvedeni zaključci iz stvarnog mjerenja,

potvrđeni su simulacijom i dokazali da je modeliranje asinkronog motora velika prednost pri

razumijevanju različitih prijelaznih pojava.

U prvom prilogu dan je konstrukcijski prikaz dimenzija sva tri motora, kao i radnog

postolja na kojem se oni nalaze. U drugom prilogu nalaze se kompletni rezultati dobiveni iz

ispitivanja: otpora namota statora, pokusa praznog hoda i pokusa kratkog spoja sva tri motora.

2

2. TROFAZNI ASINKRONI KAVEZNI MOTOR I POJAVA PREOSTALOG NAPONA

Trofazni asinkroni motor je davne 1882. god. izumio i patentirao Nikola Tesla, danas je među zastupljenijim motorima u industriji i kućanstvu. 2.1. Općenito o trofaznom asinkronom kaveznom motoru

Asinkroni motor (engl. induction motor) se sastoji od dva osnovna dijela: statora i rotora.

Stator uzima električnu energiju iz mreže i prenosi je elektromagnetskim putem na rotor,

pretvarajući tako električnu u mehaničku energiju [1, str.182]. Elektromehaničko pretvaranje

posljedica je otkrića prirodnih zakonitosti, kao što je pojava mehaničke sile na vodiču kojim

protječe električna struja kada se on nalazi u magnetskom polju. Sila F ovisna je o jakosti

magnetske indukcije B, jakosti struje I i o dužini vodiča l koji se nalazi u magnetskom polju:

lIBF ⋅⋅= (2-1)

Poznato je da je taj proces pretvaranja reverzibilan. U vodiču koji se pod djelovanjem

mehaničke sile giba u magnetskom polju inducirati će se napon. Inducirani napon E ovisan je o

gustoći magnetske indukcije B, brzini kretanja vodiča v i dužini vodiča u tom polju l:

vlBE ⋅⋅= (2-2)

Naziv asinkroni, dobio je zbog toga što mu se rotor vrti brzinom sporijom od sinkrone

brzine okretnog magnetskog polja statora. Povezivanje statora sa mrežom omogućava priključna

kutija u kojoj se obično nalazi 6 priključnih stezaljki, na kojoj su izvedeni počeci i krajevi

namota. U priključnoj kutiji prikazanoj na slici 2.1., vrši se odabir spoja namota statora u trokut

ili zvijezdu. Za potrebe ovog rada, razmatrat će se pojave kod motora gdje je namot u spoju

zvijezde [2, str.90].

Sl. 2.1. Presjek konstrukcije asinkronog motora

3

2.1.1. Djelovanje statorskog namota

Nepokretni dio, nazvan stator, građen je od feromagnetskog materijala (dinamo-lim) u

obliku šupljeg valjka. Stator je građen od tri bitna dijela: kućišta, jezgre i namota. Sa unutarnje

strane statora nalaze se polni nastavci na koje je ugrađen uzbudni (indukcijski) namot. Kada se

kaže broj pari polova kod trofaznog motora, tada se govori o broju polova po fazi, što znači da će

za 2 para polova biti 4 pola po fazi i 12 polova unutar statora. Bakreni namoti statora su spojeni

na trofaznu električnu mrežu koja daje tzv. Teslino okretno magnetsko polje, unutar cilindra

statora [3, str. 35]. Magnetske silnice se zatvaraju kroz rotor koji je također valjkastog oblika.

Magnetsko polje vrti se sinkronom brzinom ns koja ovisi o frekvenciji mreže f i broju pari

polova statora p:

p

fns

⋅=

60 (2-3)

Kao i naponi, struje trofazne mreže su međusobno simetrične i pomaknute za fazni kut od

120º, vremenski promjenjive struje stvarat će tri vremenski promjenjiva (pulsirajuća) magnetska

toka ΦA, ΦB i ΦC prikazana na slici 2.2.

Sl. 2.2. Dijagram vremenski promjenjivih magnetskih tokova

Suma tri gore navedenih magnetskih tokova daju jedan rezultantni magnetski tok, koji se

često prikazuje kao vektor sa svojom duljinom i smjerom [4, str. 173]. Od t = 0 do t = 4

rezultantni magnetski tok mjenja smjer kako to pokazuje slika 2.3., tj. on se zakreće u desnu

stranu i time stvara okretno magnetsko polje.

Sl. 2.3. Prikaz okretnog magnetskog polja

4

2.1.2. Kavezni namot rotora

Okretni dio asinkronog motora naziva se rotor, građen je također od feromagnetskog

materijala, valjkastog je oblika i vrlo jednostavne konstrukcije. Limovi rotora se isijecaju s

utorima i provrtom za osovinu, u svakom od utora smješten je po jedan vodič u obliku štapa.

Štapovi su sa svake strane rotora kratko spojeni prstenima i čine višefazni rotorski namot

[4, str. 189]. Kada bi se odstranila željezna jezgra rotora, namot bi izgledao poput kaveza

prikazanog na slici 2.4.

Sl. 2.4. Rotorski kavez asinkronog motora

Kod motora manjih i srednjih snaga kavez je izliven od aluminija, a kod motora većih snaga

izrađen je od neizoliranih bakrenih štapnih provodnika, koji se na bočnim stranama kratko

spajaju sa po jednim prstenom. Svaki štap predstavlja jednu fazu i pola zavoja, pa je broj faza

(štapova) rotora jednak broju rotorskih utora. Počeci svih faza su spojeni u jedno zvjezdište, a

svršeci u drugo kratkospojnim prstenom. Budući da su utori jednoliko raspoređeni po obodu i da

su štapovi međusobno jednaki, ovakav namot je simetričan.

Faradayev zakon kaže da se u vodiču inducira napon ako se vodič giba prema silnicama

magnetskog polja [2, 12]. Inducirani napon u strujnom krugu jednak je brzini kojom se mijenja

magnetski tok ulančen strujnim krugom:

dt

dE

ψ−= (2-4)

Negativni predznak u gornjoj jednadžbi pokazuje da inducirani napon djeluje u smislu opiranja

toku koji ga je proizveo, ta je tvrdnja poznata kao Lentzov zakon.

Okretno magnetsko polje statora rotira sinkronom brzinom ns i presijeca vodiče namota

rotora te prema jednadžbama (2-2) i (2-4) u njemu inducira napon, zbog toga namot rotora

nazivamo i inducirani namot. Inducirani naponi u vodičima rotora potjerat će struje kroz vodiče

rotora, simetričan namot će bez obzira na broj faza stvoriti simetrični višefazni sustav struja.

Inducirane struje simetrično su razmaknute u fazi, a njihova su protjecanja isto tako razmaknuta

u prostoru, pa se sve struje tog simetričnog višefaznog sustava u zvjezdištu poništavaju [2, 521].

5

U rotorskom namotu inducirani napon E2 potjera struju I2 određenu izrazom:

22

22

2

2

22

XR

E

Z

EI

+== (2-5)

gdje je:

- Z2 – ukupni otpor u rotorskom namotu (impedancija)

- R2 – otpor namota rotora

- X2 – induktivni otpor rotora

2.1.3. Brzina rotora, relativna brzina i klizanje

Rotor uvijek rotira nekom asinkronom brzinom n koja je manja od sinkrone brzine

okretnog magnetsko polja statora ns [4, str. 177]. Pri pokretanju motora silnice magnetskog polja

presijecaju namot rotora i induciraju napon, a pošto je namot kratko spojen poteći će i struja.

Prema jednadžbi (2-1) stvara se sila na vodiče i rotor se počinje zakretati prema smjeru

magnetskog polja statora. On nastoji poprimiti brzinu magnetskog polja ns, međutim dostići će

neku manju brzinu n. Kada bi dostigao sinkronu brzinu ne bi bilo presijecanja vodiča u namotu,

induciranog napona, struje u rotoru, pa time ni sile na njegove vodiče.

Relativna brzina nr predstavlja razliku između sinkronog broja okretaja magnetskog polja

statora ns i brzine rotora n, tj. broj okretaja kojim magnetski tok statora presijeca vodiče rotora:

nnn sr −= (2-6)

Klizanje s definirano je kao odnos brzine kojom magnetski tok presijeca vodiče rotora i

sinkrone brzine okretnog magnetskog polja:

s

s

s

r

n

nn

n

ns

−== (2-7)

2.1.4. Remanentni (zaostali) magnetizam

Biot-Savartov zakon je opći zakon magnetostatike. Poseban slučaj Biot-Savartova zakona

je Amperov zakon (zakon protjecanja), koji omogućuje jednostavnu primjenu u praktičnim

proračunima jakosti magnetskoga polja. Amperov zakon daje najopćenitiji kvantitativni odnos

između jakosti magnetskog polja i jakosti struje [5, str. 7].

Ako se na tijelo od feromagnetskog materijala ravnomjerno namota vodič kao na

slici 2.5. i kroz vodič pusti struja, unutar svitka pojavit će se homogeno magnetsko polje.

Sl. 2.5. Magnetsko polje svitka

6

Jakost homogenog magnetskog polja H računa se prema jednadžbi:

l

NIH

⋅= (2-8)

gdje je:

- I – jakost struje svitka

- N – broj zavoja svitka

- l – duljina svitka

Gustoća magnetskog toka ili magnetska indukcija svitka B je:

HHB r ⋅⋅=⋅= µµµ 0 (2-9)

gdje je:

- µ – ukupna permeabilnost nekog materijala

- µ0 – permeabilnost slobodnog prostora i iznosi µ0 = 4π ⋅ 10-7 Vs/Am

- µr – relativna permeabilnost materijala koji se nalazi unutar svitka

Permeabilnost je sposobnost materijala da ima veliku gustoću magnetskog toka B, uz što manju

jakost magnetskog polja H.

Proporcionalnost B i H vrijedi samo u slobodnom prostoru (vakuumu) gdje je µr = 1, ne

vrijedi za feromagnetske materijale jer oni unose nelinearnost [5, str. 41]. Feromagnetski

materijali su uvijek nelinearni i magnetični, a relativna permeabilnost im iznosi µr >> 1.

Najpoznatiji feromagnetik, po kojemu su ovi materijali i dobili ime je željezo. Drugi su

predstavnici kobalt, nikal i njihove legure. Zbog iznimne važnosti u praktičnoj uporabi ovih

materijala, nabrojit će se njihova temeljna svojstva:

mogu se vrlo snažno magnetizirati uz pomoć magnetskog polja

zadržavaju magnetiziranost i kada se odstrane iz polja

gube feromagnetska svojstva i postaju linearni paramagnetici, jer kada se željezo zagrije

iznad Curieve temperature (770 ºC) ono prestaje biti magnetično

iskazuju nelinearnost, permeabilnost µr

ovisi o B i ne može se odrediti jednom

vrijednošću

za neke legure relativna permeabilnost može dostići vrijednost do µr = 10000, u

tablicama se daju samo tipične vrijednosti koje se ovisno o uvjetima mogu bitno mijenjati

Kod feromagnetskih materijala odnos između B i H prema jednadžbi (2-9) ne ovisi samo

o relativnoj permeabilnosti materijala nego i o prethodnom magnetiziranju. Ova se pojava

svojstvena samo feromagneticima naziva magnetska histereza.

Gustoća magnetskog toka raste sa porastom jakosti magnetskog polja, ali ne linearno već

prema krivulji magnetiziranja materijala. Razmagnetiziranje ne teče prema istoj krivulji

već prema krivulji naziva petlja histereze [5, str. 42].

7

Ako se na svitak (Sl. 2.5.) sa feromagnetikom koji je nemagnetiziran dovede izmjenična

struja, dobit će se dijagram petlje histereze prikazan na slici 2.6.

Sl. 2.6. Dijagram petlje histereze

Polje H počinje rasti (zbog povećanja struje kroz svitak) od nule, a time i indukcija B. Porast se

postupno usporava i kod vrijednosti H = Hmax krivulja dostiže maksimalnu vrijednost Bmax. To je

pojava zasićenja, koja je posljedica sređivanja elementarnih magnetskih momenata atoma

(molekula) u smjeru polja. Daljnje povećanje polja nema smisla, jer ne doprinosi povećanju

magnetiziranja. Krivulja a-b zove se krivulja prvog magnetiziranja. Ako se nakon ulaska u

područje zasićenja H smanjuje (smanjivanje struje), indukcija B ne slijedi inicijalnu krivulju,

nego se smanjuje sporije tj. zaostaje (krivulja b-c). Za H = 0 indukcija B ne iščezava, već

zadržava vrijednost Br, koja se naziva remanentnom indukcijom (zaostali magnetizam). O jakosti

polja Hmax, ovisi kolika će biti zaostala magnetizacija. Fizikalno gledano to tumačimo činjenicom

da se magnetski momenti ne vraćaju u početni kaotični raspored, već dio njih ostaje usmjeren.

Promjenom smjera struje u svitku mijenja se i smjer jakosti polja H. Da se indukcija

dovede na nulu (krivulja c-d) potrebna je neka jakost polja –Hc (točka d), koja se naziva

koercitivno polje. Materijali s malim koercitivnim poljem su meki magnetski materijali.

Vrijednost Hc također ovisi o Hmax. Povećava li se dalje uzbudna struja, jezgra se magnetizira u

suprotnom smjeru. Vrijednost H raste u suprotnom smjeru (krivulja d-e) do -Hmax. Indukcija

dostiže maksimalnu vrijednost –Bmax (zasićenje u suprotnom smjeru), koja je po apsolutnoj

vrijednosti jednaka Bmax. Istim postupkom, smanjivanjem jakosti polja do nule (krivulja e-f)

dobije se remanentna indukcija - Br, a promjenom smjera struje (krivulja f-g) poništava se

remanentni magnetizam pri H = Hc. Daljnjim povećanjem uzbudne struje (krivulja g-b) dolazi

se ponovo u stanje zasićenja (Hmax, Bmax). Time je opisana zatvorena simetrična krivulja koja

se zove petlja histereze.

8

Zaključak je da su feromagnetski materijali sastavni dio statora i rotora asinkronog motora. Kada

se feromagnetski materijal koji se nalazi u magnetskom polju ukloni iz tog polja, unutar njega

ostaje određena remanentna magnetska indukcija. Ova pojava se naziva remanentni magnetizam,

a polje potrebno da se on ukloni naziva se koercitivno polje.

2.2. Nadomjesna shema asinkronog motora 2.2.1. Nadomjesna shema asinkronog motora sa pripadajućim parametrima

Polazna točka za analizu rada asinkronog kaveznog motora u stacionarnom stanju je

njegova nadomjesna shema koja je prikazana na slici 2.7., a crta se za jednu fazu asinkronog

motora.

Sl. 2.7. Nadomjesna shema asinkronog motora

gdje je:

- Rs – nadomjesni otpor namota statora

- R΄r – nadomjesni otpor namota rotora

- R0 – nadomjesni otpor gubitaka u željezu

- Xσs – rasipna reaktancija statora

- X΄σr – raspina reaktancija rotora

- X0 – glavna reaktancija

Parametri sa ΄ su preračunati sa rotora na stator.

U predviđenim simulacijama neće se koristiti nadomjesna shema sa slike 2.7., već

programsko pripremljeni modeli koji se temelje na matematičkom modelu asinkronog motora

[6, str. 7]. Parametri asinkronog motora unose se u programske modele, a određuju se

proračunima dobivenim iz:

mjerenja otpora namota statora

pokusa praznog hoda

pokusa kratkog spoja

2.2.2. Mjerenje otpora namota statora asinkronog motora U-I metodom

U-I metoda mjerenja otpora namota statora asinkronog motora vrši se naponskim spojem

za male otpore, gdje se zanemaruje unutarnji otpor voltmetra [6, str. 11]. Neposredno poslije

mjerenja zapisuje se temperatura okoline ϑ 0.

9

Mjerenje otpora između stezaljki u spoju zvijezda vrši se prema Ohmovom zakonu, čime se

dobivaju tri vrijednosti otpora:

UV

UV

UVI

UR = ,

UW

UW

UWI

UR = ,

VW

VW

VWI

UR = (2-10)

Prema tome, nadomjesni otpor jedne faze namota statora Rs iznosi:

6

VWUWUV

s

RRRR

++= (2-11)

Ovime se dobiva vrijednost otpora u tzv. hladnom stanju, preračunavanje na toplo stanje (75 ºC)

obavlja se jednadžbom:

( )( )0750039,01 ϑϑ −⋅+⋅= ss RR (2-12)

Napomena: U daljnjim ispitivanjima i u računalnoj simulaciji, zbog bolje točnosti bolje je

koristiti kao podatak nadomjesni otpor statora u toplom stanju!

2.2.3. Ispitivanje parametara asinkronog motora u praznom hodu

Prazni hod je takvo pogonsko stanje u kojem je stroj priključen na nazivni napon, a

osovina rotora je neopterećena. Iz pokusa praznog hoda određuju se vrijednosti parametara

nadomjesne sheme R0 i X0, prikazane na slici 2.8. Brzina rotora je vrlo bliska sinkronoj brzini, pa

se uzima da je klizanje s = 0. Kod velikih motora struja praznog hoda I0 je mala u odnosu na

nazivnu struju, zbog toga se gubici u bakru statora i rotora, te rasipna reaktancija statora i rotora

zanemaruju. Struja praznog hoda I0 sastoji se od dvije komponente, struje magnetiziranja

(induktivna komponenta) i djelatne komponente. Većina gubitaka u praznom hodu odlazi na

gubitke u željezu jer ti gubici ovise o kvadratu napona, pa se iz pokusa praznog hoda koriste

podaci izmjereni pri nazivnom naponu asinkronog motora [6, str. 27].

Sl. 2.8. Nadomjesna shema asinkronog motora u praznom hodu

Impedancija Z0 iznosi:

0

00

3 I

UZ

⋅= (2-13)

10

Nadomjesni otpor gubitaka u željezu R0:

0

00 cosϕ

ZR = (2-14)

Glavna reaktancija X0:

0

00 sinϕ

ZX = (2-15)

Glavni induktivitet L0:

f

XL

⋅⋅=

π20

0 (2-16)

2.2.4. Ispitivanje parametara asinkronog motora u kratkom spoju pri nazivnoj struji

Kratki spoj asinkronog motora je stanje pri kojem je statorski namot priključen na napon,

a rotor je zakočen (s = 1). Ispitivanje parametara vrši se pri sniženom naponu Uk, gdje se želi

dobiti vrijednost struje Ik koja je približno jednaka nazivnoj struji asinkronog motora [6, str. 33].

Kako gubici u željezu ovise o kvadratu napona, a napon je niže amplitude, oni su zanemarivo

mali. Zbog sniženog napona mala je i struja magnetiziranja, pa se paralelna grana sa slike 2.7.

može zanemariti. Ostaju samo gubici u bakru statora i rotora te njihovi rasipni tokovi, pa

nadomjesna shema poprima novi oblik prikazan na slici 2.9.

Sl. 2.9. Nadomjesna shema asinkronog motora u kratkom spoju

Impedancija Zk iznosi:

k

k

kI

UZ

⋅=

3 (2-17)

Ukupni gubici u bakru Rk:

kkk ZR ϕcos⋅= (2-18)

Nadomjesni otpor namota rotora R΄r:

ϑskr RRR −=´ (2-19)

11

Ukupna rasipna reaktancija statora i rotora Xk:

22sin kkkkk RZZX −=⋅= ϕ (2-20)

Zbog nemogućnosti točnog razdvajanja statorske Xσs i rotorske reaktancije X΄σr uzima se:

2

´ k

rs

XXX == σσ (2-21)

Ukupni rasipni induktivitet statora i rotora Lσ:

f

XL k

⋅⋅=

πσ 2

(2-22)

Također, zbog nemogućnosti razdvajanja statorskog Lσs i rotorskog L΄σr rasipnog induktiviteta

proizlazi da je:

2

´ σσσ

LLL rs == (2-23)

2.2.5. Ispitivanje parametara malih asinkronih motora u praznom hodu

Kod malih asinkronih motora struja praznog hoda može dostići i do 100% nazivne struje,

tu se već ne mogu zanemariti gubici u namotu statora i rasipna reaktancija statora. U praznom

hodu kod malih motora brzina rotora bliska je sinkronoj brzini, pa se uzima da je klizanje s = 0.

Također se zbog velike brzine rotora pretpostavlja da je njegova struja unutar namota mala, pa se

gubici u bakru i rasipna reaktancija rotora mogu zanemariti. Kako bi se dobili što točniji

parametri nadomjesnog otpora R0 i glavne reaktancije X0, uzimaju se podaci za nadomjesni otpor

statora Rs i rasipne reaktancije statora Xσs iz ispitivanja motora u kratkom spoju. Nadomjesna

shema poprima oblik prikazan na slici 2.10.

Sl. 2.10. Nadomjesna shema malog asinkronog motora u praznom hodu

Kako bi se bolje razumjele prilike uslijed pokusa praznog hoda malog asinkronog motora,

potrebno je proučiti vektorski dijagram praznog hoda asinkronog motora [1, str. 196]. Otpor Rs

prolaskom struje I0 stvara djelatni pad napona (gubici bakra), a induktivni otpor Xσs stvara pad

napona uzrokovan rasipnim tokom. Ukupan pad napona na ovom serijskom spoju iznosi:

( ) ( )20

20

´sss XIRIU σϑ ⋅+⋅= (2-24)

12

Naponi U΄s i U΄0 (napon na paralelnom spoju R0 i X0) drže ravnotežu sa naponom mreže U0.

Između napona U0 i U΄0 postoji fazni pomak, taj pomak određen je nekim kutom γ. Kut γ nije

velikog iznosa pa se aproksimativno može iskazati da je:

´0

´0 UUU s += (2-25)

Iz ovoga slijedi:

´0

´0 sUUU −= (2-26)

Za daljnji proračun parametara koristite se jednadžbe od (2-13) do (2-16), uz napomenu da

se umjesto napona U0 koristi napon U΄0. Zbog malog faznog kuta γ, također se može koristiti

vrijednost i za cosφ0 bez dodatnih preinaka. Ovim postupkom dobivaju se aproksimativni,

približno točni rezultati.

2.3. Pojava preostalog napona na asinkronom motoru

Posve je zapanjujuće da se preostali napon nije detaljno proučavao ranije, a ova pojava je

već duže vrijeme poznata. Preostali napon je pojava koja se događa u svakom asinkronom

motoru, a postaje problem jer je njegova prisutnost neočekivana. Kada se kaže preostali napon,

misli se na napon nastao na stezaljkama statorskog namota pri isključenju napajanja.

2.3.1. Preostali napon asinkronog motora

Prilikom prekida napajanja asinkronog kaveznog motora, zbog prisutnosti zaostalog

magnetskog polja unutar feromagnetskog materijala, na krajevima namota statora dolazi do

pojave preostalog napona [7, str. 1]. Feromagnetski materijali sastavni su dijelovi statora i rotora,

te će se na oba pojaviti zaostali magnetizam. Zaostali magnetizam na rotoru prilikom prekida

napajanja predstavlja uzbudu na rotoru, pa se njegovim okretanjem zadovoljavaju jednadžbe

(2-2) i (2-4), tj. motor počinje raditi kao asinkroni generator. U trenutku isključenja, struja rotora

naglo se povećava kako bi održala struju uzbude i savladala naglu promjenu u glavnom toku.

Napon nastao na stezaljkama statora je izmjeničan, njegova kružna frekvencija odgovara

mehaničkoj kružnoj frekvenciji vratila rotora. U kratkom vremenskom intervalu može se

smatrati da je moment koji djeluje na vratilo rotora konstantan, pa vratilo rotora usporava

konstantnim ubrzanjem, a samim time i amplituda preostalog napona opada približno po

eksponencijalnom zakonu.

Kratkotrajni isklop i ponovni uklop na mrežu motora koji se nalazi u pogonu, a brzina

vratila rotora se u tom trenutku nije znatno smanjila, dovodi do teške prijelazne pojave [8].

U ovoj prijelaznoj pojavi dolazi do strujnog udara gdje je struja veća nekoliko puta od nazivne,

veća je čak i od struje pokretanja. Ukoliko je na sabirnicu motora spojen još neki uređaj ili

element, ova pojava se ne smije zanemariti. Primjerice, kod isklapanja motora sa paralelno

spojenim kondenzatorom za kompenzaciju, kako bi se zaštitio kondenzator do ponovnog

ukapčanja motora na mrežu dolazi tek kada se brzina rotora svede ispod 20-30% od nazivne [9].

13

2.3.2. Utjecaj preostalog napona asinkronih motora spojenih na istu sabirnicu U industriji pa i šire, znatnu primjenu imaju asinkroni motori velikih snaga iznosa od

nekoliko kW, do čak nekoliko MW. Analogno sa rastom snage i veličine motora, raste i pojava

preostalog napona. U praksi se susreće više motora spojenih na zajedničku sabirnicu, različitih

snaga i brzina.

Ukoliko su dva motora sličnih snaga i različitih brzina spojena na zajedničku sabirnicu,

poslije prekida napajanja ostat će električno povezani preko sabirnice. Motor sa većom brzinom

napajat će motor manje brzine kao asinkroni generator [7, str. 3]. Napon na sabirnici je napon

motora veće brzine, struja motora sporije brzine imat će suprotan fazni kut od motora veće

brzine.

Postoje sabirnice iznosa od nekoliko kV koje napajaju sve glavne elektromotorne pogone

u nekom industrijskom postrojenju, a potrebno im je osigurati besprekidno napajanje.

Besprekidno napajanje se obično osigurava dovođenjem dodatnog voda koji se koristi kao

rezervni. Kod gubitka napona na glavnom vodu, potrebno je prebaciti napajanje na rezervni vod.

Prilikom isključenja na sabirnici je neko vrijeme prisutan izmjeničan napon, taj napon ima svoju

frekvenciju koja postupno opada. Za to vrijeme rezervni vod je neopterećen i ima svoju nazivnu

frekvenciju. Pri direktnom uključenju sabirnice na rezervni vod, može doći do fazne razlike

između mrežnog napona i napona sabirnice. Tada dolazi do strujnog udara nastalog zbog fazne

razlike i pik struje može biti 18 do 20 puta veći od nominalne struje motora.

Rješenje ovog problema proizlazi iz realizacije uređaja koji sadrže algoritme za sigurno

prebacivanje sabirnica na rezervno napajanje [10, str. 1]. Algoritam vrši uključenje kada su

napon na sabirnici motora i mrežni napon rezervnog voda sinkronizirani, odnosno pri maloj

faznoj razlici napona u trenutku priključenja (manjoj od desetak stupnjeva).

Slučajevi kada je na sabirnici paralelno spojeno više asinkronih motora, kondenzatori,

transformatori, moraju se posebno proučavati. Danas je to omogućeno raznim računalnim

simulacijama, gdje se uz programsko modeliranje različitih uređaja mogu precizno dobiti željeni

rezultati, samim time i precizne analize. Uz poznati napon, frekvenciju, te parametre nadomjesne

sheme možemo uz pomoć računalne simulacije dobiti ponašanje svakog asinkronog motora.

U proteklih 50 godina dogodile su se velike promjene u karakteristikama motora. Tako su

novi magnetski materijali uvjetovali da se karakteristike magnetiziranja standardnih asinkronih

motora približe „U” ili čak „T” obliku. Ovime se bitno smanjuje opasnost od pojave preostalog

napona.

14

3. MJERENJE PREOSTALOG NAPONA Mjerenje preostalog napona u ovom diplomskom radu vršit će se na posebno

napravljenom postolju na kojem su smještena tri motora. Detalji i dimenzije motora i postolja

nalaze se u privitku, a kratak opis postolja slijedi. Pored stvarnog mjerenja, obavit će se i

računalna simulacija mjerenja u Matlabu. Stvarno i simulirano mjerenje bit će opisano detaljno

uz odgovarajući grafički opis u slijedećim poglavljima.

3.1. Postolje za mjerenje preostalog napona

Postolje motora napravljeno je od iverice na kojoj se nalaze tri cijevi za prihvat motora,

tri kutije od koje svaka ima četiri izlaza L1, L2, L3 i PE (tri faze i uzemljenje) i grebenaste

sklopke. Sve tri kutije, tj. sve tri faze i uzemljenje su paralelno spojeni zajedno sa izlazom

grebenaste sklopke, a ulaz grebenaste sklopke spojen je na mrežu. Svaka kutija je namijenjena

kao izvor napajanja jednog motora i zato se nalazi neposredno ispod njega. Ona predstavlja

pravokutno povišenje iznad kojeg se nalaze vodiči sve tri faze jednog motora koji su razmaknuti

jedni od drugih. Cilj je imati mogućnost priključka strujnih mjernih kliješta na bilo kojem

motoru i na bilo kojoj fazi. Na kutiji se nalaze banana utičnice, pa se na vodičima koji dolaze s

motora moraju nalaziti banana utikači, čime se omogućava priključak dodatnih mjernih

instrumenata (naponski mjerni članak). Kao što je rečeno, sklopka povezuje mrežu i sve

priključke na kutiji, a na korisniku je da odluči koje će priključke koristiti. Detaljna konstrukcija

postolja nalazi se u privitku.

Sl. 3.1. Postolje sa motorima i pripadajućim oznakama

Na slici 3.1. prikazano je postolje na kojem se nalaze tri motora pričvršćena vijcima na

pomoćno postolje (prihvatne cijevi), ožičena i pripremljena za mjerenje napona i struje. Motori

su označeni zadanim brojevima, a brojevima će se zbog lakšeg raspoznavanja i oslovljavati.

Postolje je gledano sa zadnje strane, jer se na prednjoj strani nalaze priključne kutije i pristup

mjernim instrumentima, a sklopka nam je tada sa desne strane.

15

Sl. 3.2. Postolje sa motorima i mjernim instrumentima

Na slici 3.2. prikazano je postolje sa prednje strane tijekom probnog ispitivanja mjerenja

preostalog napona. Na slici se jasno vidi funkcija priključnih kutija na kojoj su priključeni vodiči

koji dolaze sa motora. Oko vodiča mjeri se struja mjernim klještima, a priključcima (vodičima)

spojenima na priključnu kutiju pomoću banana stezaljki, mjeri se napon naponskim mjernim

člankom. Strujna mjerna kliješta i naponski mjerni članak obradit će se u slijedećem poglavlju.

3.2. Podaci sa natpisne pločice asinkronih motora Natpisna pločica daje osnovne podatke o gradnji stroja, te o njegovim mogućnostima.

Ti podaci pokazuju koliki su struja, faktor snage i brzina vrtnje motora kada je on priključen na

nazivni napon, frekvenciju i opterećen nazivnim opterećenjem [4, str. 178].

U nastavku, na slici 3.3. nalazi se natpisna pločica velikog asinkronog motora koji je

obilježen pod rednim brojem 1.

KONČAR Made in Croatia Code 276659 N° 008788 3 ~ Type 5AZ 100LA-4 P8 ∆ / Y 220 / 380 V 9,2 / 5,3 A 2,2 kW 0,8 cosφ 50 Hz HP 1400 min-1 t0 °C Isol. F IP 54 S1 IEC34-1,VDE0530

Sl. 3.3. Natpisna pločica velikog asinkronog motora br. 1

16

Za male motore pod rednim brojem 2 i 3 natpisna pločica je jednaka, jer su ta dva motora

identična i nema nikakve razlike između njih, pločica je prikazana na slici 3.4.

KONČAR Made in Croatia Code A14330 N° 117048 3 ~ Type 5AZ 80B-8 B3 ∆ / Y 220 / 380 V 1,9 / 1,1 A 0,22 kW 0,6 cosφ 50 Hz HP 660 min-1 t0 °C Isol. F IP 54 S1 IEC34-1,VDE0530

Sl. 3.4. Natpisna pločica malih asinkronih motora br. 2 i br. 3

3.3. Postupak mjerenja preostalog napona Postupak mjerenja sprovodi se jednako pri stvarnom mjerenju na postolju motora, kao i

pri simulacijskom mjerenju u Matlabu. Na postolju, napon se mjeri naponskim mjernim

člankom, u shemi se prikazuje kao voltmetar. Struja se mjeri strujnim mjernim kliještima, u

shemi se prikazuje kao svitak.

Provode se tri glavna mjerenja:

mjerenje preostalog napona na motoru br. 1

mjerenje preostalog napona na motoru br. 2

mjerenje preostalog napona na tri motora spojena u paralelu

Kod svakog mjerenja prilikom ukapčanja motora u pogon, mrežni napon iznosi 380 V (linijski

napon), frekvencija je 50 Hz i sva tri motora su u spoju zvijezde.

3.3.1. Postupak mjerenja preostalog napona na motoru br. 1 Motor br. 1 se spaja na mrežu prema shemi na slici 3.5., motorom se upravlja pomoću

grebenaste sklopke.

Sl. 3.5. Shema spoja motora br. 1 na mrežu zajedno sa mjernim instrumentima

Mjere se:

- struja A – struja faze U (između sklopke i motora)

- struja B – struja faze L1(između sklopke i mreže)

- napon A – linijski napon između faza U-V (između sklopke i motora)

- napon B – linijski napon između faza L1-L2 (između sklopke i mreže)

17

Mora se primijetiti da struje A i B mjere istu struju motora na jednoj fazi, a naponi A i B mjere

isti napon na dvjema fazama motora samo kad je sklopka uključena. Razlog mjerenja istih struja

i napona prije i poslije sklopke jest bolji prikaz mjerenih veličina, te usporedbe napona motora i

mreže prilikom isklopa. Činjenica je da poslije isklopa struje padaju na nulu, a naponi se dijele

na: napon motora (napon A), napon mreže (napon B). Sve tri faze motora su simetrične, pa nema

potrebe za mjerenjem struja svih faza ili napona između svih faza.

Zbog bolje analize, zasebno se rade tri mjerenja preostalog napona pod različitim

uvjetima: mjerenje u praznom hodu, mjerenje pod teretom, mjerenje uz brzi isklop-uklop

sklopke. Od početka mjerenja tj. puštanja motora u pogon, pa do isklapanja vrši se zadano

mjerenje napona i struja, tek naknadnom analizom odabiru se željeni rezultati.

3.3.1. 1. Mjerenje preostalog napona u praznom hodu

Tab. 3.6. Tijek mjerenja preostalog napona u praznom hodu

Tijek mjerenja:

1. puštanje u pogon 2. prazni hod motora 3. isklapanje iz pogona

mjerenje: - struje A - struje B - napona A - napona B

U tablici 3.6. prikazan je redoslijed mjerenja preostalog napona. Motor se preko

grebenaste sklopke pušta u pogon (1.), na vratilu rotora ne nalazi se nikakvo opterećenje. Motor

za kratko vrijeme dolazi u stacionarno stanje nazvan prazni hod (2.). Tada se vrši isklop motora

(3.), pri čemu nastaju prijelazne pojave (pojava preostalog napona). Od početka uklapanja, pa do

isklapanja mjere se struje i naponi zadani na shemi (Sl. 3.5.), tj. u tablici gore.

3.3.1. 2. Mjerenje preostalog napona pod teretom

Tab. 3.7. Tijek mjerenja preostalog napona pod teretom

Tijek mjerenja:

1. puštanje u pogon 2. prazni hod motora 3. terećenje motora 4. isklapanje iz pogona

mjerenje: - struje A - struje B - napona A - napona B

Slično kao i u prethodnom mjerenju obavlja se redoslijed prikazan u tablici 3.7. Puštanje

u pogon (1.), prazni hod motora (2.), zatim se počinje teretiti vratilo rotora (3.). Terećenje se vrši

mehaničkim putem, a kao posljedica struja motora (struja A, struja B) počinje rasti.

Pri odabranoj struji vrši se isklapanje motora (4.) uz teret, poslije isklopa javlja se prijelazna

pojava (pojava preostalog napona) koja je različita od prethodnog mjerenja.

18

3.3.1. 3. Mjerenje preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke

Tab. 3.8. Tijek mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke

Tijek mjerenja:

1. puštanje u pogon 2. prazni hod motora 3. isklapanje iz pogona (traje kratko) 4. puštanje motora opet u pogon 5. isklapanje iz pogona

mjerenje:

- struje A - struje B - napona A - napona B

Prema tablici 3.8. vrši se puštanje motora u pogon (1.), on dolazi u stanje praznog hoda

(2.), zatim se preko sklopke motor isklapa iz pogona (3.) i za što kraće vrijeme uklapa nazad. Cilj

mjerenja je uklopiti motor u mrežu kada se rotor još okreće, a na stezaljkama namota statora

javlja se pojava preostalog napona. Prilikom drugog uklopa (4.) dolazi do prijelazne pojave koja

se bilježi mjerenjem, poslije završetka pojave motor se vraća u stacionarno stanje i isklapa iz

pogona (5.).

3.3.2. Postupak mjerenja preostalog napona na motoru br. 2 Shema na slici 3.9. ista je kao i prikazana shema u prethodnom odjeljku, razlika je što se

u ovom postupku vrši ispitivanje malog motora br. 2.

Sl. 3.9. Shema spoja motora br. 2 na mrežu zajedno sa mjernim instrumentima

Cilj ispitivanja motora br. 1 i br. 2 svakog zasebno je prikaz dobivenih mjerenja kod

velikog i malog motora. Bitna je razlika dobivenog preostalog napona na stezaljkama statora

ovih motora i zato se rade mjerenja na svakom pojedinačno. Kao što je ista shema tako su i

postupci mjerenja na ovom motoru isti, jedina je razlika što se radi o drugom, manjem motoru.

Ovdje se također primjenjuju tri mjerenja: mjerenje u praznom hodu, mjerenje uz terećenje,

mjerenje uz brzi isklop-uklop. Stoga, uzima se i isti tijek za sva tri mjerenja opisana u

prethodnom odjeljku.

Pošto su mali motori br. 2 i br. 3 identični, nije potrebno vršiti mjerenje na motoru br. 3.

19

3.3.3. Postupak mjerenja preostalog napona na tri motora spojena u paralelu Prema shemi na slici 3.10. sva tri motora (br.1, br. 2, br. 3) spojeni su u paralelu zajedno

sa izlazom grebenaste sklopke koja upravlja motorima, a ulaz sklopke je spojen na mrežu.

Sl. 3.10. Shema spoja tri motora na mrežu zajedno sa mjernim instrumentima

Iz sheme je vidljivo da nakon isklopa grebenaste sklopke motori ostaju međusobno povezani,

kaže se da su motori ostali povezani preko sabirnice.

Mjere se:

- struja 1 – struja faze U na motoru br. 1



- struja M – struja faze L1 (između sklopke i mreže)

- napon S – linijski napon sabirnice između faza U-V (između sklopke i sabirnice)

- napon M – linijski napon između faza L1-L2 (između sklopke i mreže)

Mjeri se jedna fazna struja na svakom motoru pojedinačno, pa imamo tri mjerene struje: struja 1,

struja 2, struja 3. Mjeri se linijski napon sabirnice između sklopke i motora (zajednički napon

svih motora između faza U-V), a između mreže i sklopke mjeri se struja mreže (struja M) i

linijski napon (napon M). Razlog mjerenja prije i poslije sklopke je bolji prikaz mjerenih

veličina, te usporedbe napona na sabirnici tri motora i mreže prilikom isklopa.

U ovom postupku radi bolje analize radit će se četiri mjerenja pod različitim uvjetima:

mjerenje u praznom hodu, mjerenje uz terećenje motora br. 1, mjerenje uz terećenje motora br. 2,

mjerenje uz brzi isklop-uklop sklopke. Kao i u prethodna dva postupka, od početka mjerenja tj.

puštanja motora u pogon, pa do isklapanja vrši se zadano mjerenje napona i struja, tek

naknadnom analizom odabiru se željeni rezultati.

20

3.3.3. 1. Mjerenje preostalog napona u praznom hodu

Tab. 3.11. Tijek mjerenja preostalog napona u praznom hodu

Tijek mjerenja:

1. puštanje u pogon 2. prazni hod motora 3. isklapanje iz pogona

mjerenje: - struje 1 - struje 2 - struje 3 - struje M - napona S - napona M

Motori se redoslijedom prikazanim na tablici 3.11. puštaju u pogon grebenastom

sklopkom (1.), vratila rotora na sva tri motora su neopterećena. Za kratko vrijeme sva tri motora

dolaze u stacionarno stanje, tj. dolaze u stanje praznog hoda (2.), u tom stanju isklapa se

grebenasta sklopka (3.). Poslije isklopa motori nisu spojeni na mrežu, ali su spojeni međusobno

preko sabirnice i između njih dolazi do razmjene energije, a na sabirnici do pojave preostalog

napona. Od početka puštanja motora u pogon pa do njihovih isklapanja sa mreže, mjere se

zadane struje i naponi prikazani u tablici.

3.3.3. 2. Mjerenje preostalog napona pod teretom na motoru br. 1

Tab. 3.12. Tijek mjerenja preostalog napona pod teretom na motoru br. 1

Tijek mjerenja:

1. puštanje u pogon 2. prazni hod motora 3. terećenje motora br. 1 4. isklapanje iz pogona


Prema tablici 3.12. vrši se uklapanje svih motora (1.), poslije stanja praznog hoda (2.)

tereti se samo motor br. 1 (3.). Terećenje se obavlja mehaničkim putem na vratilu rotora, a kao

posljedica struja motora br. 1 (struja 1) počinje rasti. Analogno tome i struja mreže (struja M)

počinje rasti jer je ona zbroj svih struja motora. Pri odabranoj struji vrši se isklapanje iz pogona

(4.). Poslije isklapanja dolazi do razmjene energije preko sabirnice i pojave preostalog napona na

sabirnici koji se razlikuje od prethodnog mjerenja.

21

3.3.3. 3. Mjerenje preostalog napona pod teretom na motoru br. 2

Tab. 3.13. Tijek mjerenja preostalog napona pod teretom na motoru br. 2

Tijek mjerenja:

1. puštanje u pogon 2. prazni hod motora 3. terećenje motora br. 2 4. isklapanje iz pogona


U tablici 3.13. prikazan je isti tijek mjerenja kao i u prethodnom mjerenju. Grebenastom

sklopkom uklapaju se sva tri motora u pogon (1.), poslije stanja praznog hoda (2.) vrši se

terećenje motora br. 2 (3.). U prethodnom mjerenju teretio se veliki motor br. 1, u ovom

mjerenju teretit će se manji motor br. 2. Na malom motoru struja (struja 2) se zbog tereta

povećava, te se nakon željene vrijednosti struje motori isklapaju iz pogona (4.). Poslije isklopa

također dolazi do razmjene energije između motora i pojave preostalog napona na sabirnici.

Cilj je uočiti razliku preostalog napona pri terećenju velikog motora i malog motora.

3.3.3. 4. Mjerenje preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke

Tab. 3.14. Tijek mjerenja preostalog napona metodom brzi isklop-uklop

Tijek mjerenja:

1. puštanje u pogon 2. prazni hod motora 3. isklapanje iz pogona (traje kratko) 4. puštanje motora opet u pogon 5. isklapanje iz pogona


Prema tablici 3.14. vrši se puštanje motora u pogon (1.), kada nastupi prazni hod sva tri

motora (2.) oni se isklapaju iz pogona (3.). Trajanje isklopa traje jako kratko i motori se opet

puštaju u pogon (4.). Cilj je napraviti ponovni uklop dok se vratila svih tri motora još okreću, a

na sabirnici je prisutna pojava preostalog napona. Poslije drugog uklopa dolazi do prijelazne

pojave koja se bilježi mjerenjem. Motori zatim dolaze u stacionarno stanje (prazni hod), gdje se

isklapaju iz pogona (5.) i mjerenje je završeno.

22

4. MJERENJE PREOSTALOG NAPONA DAQ KARTICOM

Mjerni sustavi upravljani računalom zadnjih se godina sve više koriste u raznim

laboratorijskim i industrijskim primjenama. Jedan od njih je i DAQ sustav koji omogućava

objedinjeno mjerenje više veličina i komparaciju istih. DAQ sustav se sastoji od:

DAQ hardvera (mjerna oprema)

DAQ softvera (program koji povezuje mjernu opremu i računalo)

Mjerna oprema koja će se koristi: DAQ kartica, naponski mjerni članak, strujna mjerna

kliješta. Program koji se koristi za povezivanje mjerne opreme sa računalom je DASYLab.

DAQ kartica ima više primjena, no spomenuti će se samo one vezane za ovaj diplomski rad.

4.1. Mjerna oprema i njeno spajanje na postolje motora 4.1.1. DAQ Kartica

DAQ kartica (Data Acquisition Card) je uređaj koji mjeri električne ili fizikalne pojave

kao što su: napon, struja, temperatura i dr. Uzorkuje ih, pretvara u digitalni oblik i prenosi na

računalo. Razlog prijenosa na računalo je lakša manipulacija rezultatima, mogućnost boljeg

prikaza, lakša usporedba rezultata itd. Različiti su proizvođači ovakve mjerne opreme, ovdje će

se koristiti DAQ kartica WaveBook/512 (IOtech).

Sl. 4.1. Prikaz DAQ kartice

DAQ kartica prikazana na slici 4.1. sastoji se od 8 analognih ulaznih kanala na koje se

priključuju mjerni instrumenti, za potrebe ovog diplomskog rada naponski mjerni članak i strujna

mjerna kliješta. Mjerni instrumenti dobivene rezultate šalju na analogni ulaz DAQ kartice u

obliku napona, napon se pretvara u digitalni oblik pogodan za obradu i pohranu na računalo.

Brzina uzorkovanja je 1 MHz, a razlučivost 12 bita. Povezivanje DAQ kartice i računala obavlja

program DASYLab pomoću kojeg se analiziraju podaci.

23

4.1.2. Strujna mjerna kliješta Omogućavaju mjerenje struje a da se prethodno ne prekida strujni krug, potrebno je samo

vodič u kojem mjerimo struju obuhvatiti sa njenim izoliranim prstenom unutar kojeg se nalazi

željezna jezgra. Strujna kliješta su izrađena tako da se željezna jezgra može rasklopiti i njome

obuhvatiti vodič. Mjerenje je omogućeno pomoću magnetskog polja koje stvara vodič

protjecanjem struje, rade po načelu strujnog transformatora ili Hallovog efekta. Na krajevima

priključka mjernih kliješta pojavljuje se analogni naponski signal koji se dovodi na ulaz DAQ

kartice.

Sl. 4.2. Strujna mjerna kliješta sa pripadajućim oznakama

Prije svakog mjerenja potrebno je instalirati i podesiti mjerna kliješta (provjeriti baterije,

spojiti ih na DAQ karticu, odabrati mjerni opseg, priključiti na mjereni vodič). Od 8 ulaza DAQ

kartice odabire se jedan odgovarajući i na njega se spajaju jedna mjerna kliješta. Pomoću

prekidača prikazanog na slici 4.2 uključuju se kliješta i mijenja mjerni opseg, mjere se struje do

40 A ili 400A. Pošto se u ovom diplomskom radu neće mjeriti velike struje, podešavaju se na

40 A. Zadnji korak je spajanje mjernih kliješta na odabrani vodič iznad priključne kutije na

postolju motora.

Prilikom mjerenja valni oblik struje pretvara se u naponski oblik, mjerilo pretvaranja

jednog oblika u drugi iskazuje se određenom vrijednosti koja se nalazi na mjernim kliještima.

Primjerice za opseg struje do 40 A, mjerilo iznosi 10 mV/A, što znači kada vrijednost struje u

vodiču bude bila 1 A, na ulazu DAQ kartice napon će iznositi 10 mV. Mjerilo je jako bitno jer se

unosi u program za obradu signala DASYLab.

4.1.3. Naponski mjerni članak

Naponski mjerni članak predstavlja jedno-kanalni, visoko-naponski adapter koji se

priključuje direktno na ulaz DAQ kartice. Na svakom adapteru se nalaze dva ulaza (crveni i crni)

na koje dovodimo mjereni napon, pored visokog napona adapter ima mogućnost mjerenja i

niskih napona. Svaki adapter posjeduje banana utikač za spajanje na uzemljenje.

24

Sl. 4.3. Naponski mjerni članak sa pripadajućim oznakama

Prvi korak pri instaliranju naponskog mjernog članka jest priključenje na jedan od 8

odabranih ulaza na DAQ karticu i povezivanje priključka za uzemljenje sa DAQ karticom. Na

slici 4.3. prikazan je naponski mjerni članak pripremljen za spajanje na DAQ karticu, a na

njegovim ulazima su spojene banana stezaljke. Početak dva para stezaljki priključuju se na

mjerno mjesto, tj. u utore priključne kutije na postolju motora, a kraj para stezaljki na ulaze za

mjereni napon na naponskom mjernom članku.

Slično kao i kod strujnih kliješta dolazi do pretvorbe valnih oblika, ovdje samo po iznosu.

Na ulaz dolazi naponski oblik koji se mjeri, a kako bi DAQ kartica mogla mjeriti tako veliki

napon, naponski mjerni članak snižava ga u određenom mjerilu. Mjerilo iznosi 5 mV/V, tj. kad

između vodiča napon bude iznosio 1 V, na ulaz DAQ kartice mjerni članak će davati iznos od

5 mV. Također se podatak o mjerilu unosi u program DASYLab.

4.1.4. Spajanje mjerne opreme prema postupku mjerenja za motor br. 1

Prema shemi spoja motora br. 1 (Sl. 3.5) iz postupka mjerenja preostalog napona, na

slici 4.4. prikazan je spoj mjernih instrumenata, strujnih kliješta i naponskog mjernog članka na

DAQ karticu.

Sl. 4.4. Prikaz spoja mjernih instrumenata na DAQ kartici

25

Mjere se dvije struje i dva napona, što znači da se na ulaze DAQ kartice priključuju dva

strujna mjerna kliješta i dva naponska mjerna članka. Na prvi ulaz (CH1) spajaju se mjerna

kliješta koja mjere struju A, na drugi ulaz (CH2) spajaju se mjerna kliješta koja mjere struju B,

na treći ulaz (CH3) spaja se naponski mjerni članak koji mjeri napon A, a na četvrti ulaz (CH4)

spaja se naponski mjerni članak koji mjeri napon B.

Sl. 4.5. Prikaz spoja mjernih instrumenata na postolju motora

Na slici 4.5. prikazan je način spajanja mjernih instrumenata na postolje motora, početak

banana stezaljki je spojen između dvije faze (faze U-V) koje mjere napon A, a kraj na ulaz

naponskog mjernog članka. Strujna mjerna kliješta koja su spojena na DAQ karticu, priključena

su na jednu od tri faze motora (faza U) i mjere struju A.

Sl. 4.6. Prikaz spoja mjernih instrumenata na izvoru napajanja

26

Mjerni instrumenti prikazani na slici 4.6. spojeni su na kabel postolja koji dolazi sa

sklopke na mrežu. Početak banana stezaljki je spojen između dviju faza (faze L1-L2) koje mjere

napon B, a kraj na ulaz naponskog mjernog članka. Strujna mjerna kliješta spojena su na jednu

od tri faze mreže (faza L1) i mjere struju B.

4.1.5. Spajanje mjerne opreme prema postupku mjerenja za motor br. 2 Sheme spoja motora br. 2 (Sl. 3.9.) i br. 1 (Sl. 3.5) iz postupka mjerenja preostalog

napona su iste, razlika je samo u motorima. Zbog toga spoj mjernih instrumenata na ulaze DAQ

kartice ostaje isti, kao i spoj mjernih instrumenata na izvoru napajanja. Jedino se zbog promjene

motora početak stezaljki naponskog mjernog članka prebacuje na priključnu kutiju motora br. 2,

tj. na iste faze samo drugog motora (faze U-V). Strujna kliješta, spajaju se na jednu od tri faze

motora br. 2 (faza U).

4.1.6. Spajanje mjerne opreme prema postupku mjerenja za paralelni spoj motora

Prema shemi spoja za sva tri motora u paralelu (Sl. 3.10.) iz postupka mjerenja

preostalog napona, vidljivo je da se mjere četiri struje i dva napona.

Sl. 4.7. Prikaz spoja mjernih instrumenata na DAQ karticu

Na slici 4.7. prikazan je spoj mjernih instrumenata na DAQ karticu, priključuju se četiri

strujna mjerna kliješta i dva naponska mjerna članka. Na prvi ulaz (CH1) spajaju se mjerna

kliješta koja mjere struju 1, na drugi ulaz (CH2) spajaju se mjerna kliješta koja mjere struju 2, na

treći ulaz (CH3) spajaju se mjerna kliješta koja mjere struju 3, a na četvrti ulaz (CH4) spajaju se

mjerna kliješta koja mjere struju M. Na peti ulaz (CH5) spaja se naponski mjerni članak koji

mjeri napon S i na šesti ulaz (CH6) spaja se naponski mjerni članak koji mjeri napon M.

27

Sl. 4.8. Prikaz spoja mjernih instrumenata na postolju motora Na slici 4.8. prikazan je način spajanja mjernih instrumenata na postolje motora, početak

banana stezaljki je spojen između dvije faze (faze U-V) koje mjere napon S (napon sabirnice), a

kraj na ulaz naponskog mjernog članka. Pošto je napon S napon sabirnice, nije važno na koju

priključnu kutiju se spajaju banana stezaljke. Prva mjerna kliješta su spojena na priključnu kutiju

motora br. 1 i mjere struju 1, druga kliješta su spojena na priključnu kutiju motora br. 2 i mjere

struju 2, a treća strujna kliješta su spojena na priključnu kutiju motora br. 3 i mjere struju 3.

Sl. 4.9. Prikaz spoja mjernih instrumenata na izvoru napajanja

Mjerni instrumenti na slici 4.9. spojeni su na kabel postolja koji dolazi sa sklopke na

mrežu. Početak banana stezaljki je spojen između dviju faza (faze L1-L2) koje mjere napon M, a

kraj na ulaz naponskog mjernog članka. Strujna mjerna kliješta mjere struju M (faza U).

28

4.2. Programski paket DASYLab

Program DASYLab (Data Acquisition System Laboratory) namijenjen je za prikupljanje

podataka, kontrolu procesa i analizu sustava [11]. Zasnovan je na sučeljima s alatnim trakama i

prečacima, dobro poznatim korisnicima Windowsa. Čak i složeni sustavi mogu se dosta

jednostavno prikazati modulima na radnoj površini programa.

4.2.1. Instalacija i povezivanje programa sa DAQ karticom Prije instalacije DASYLab programa, potrebno je sa CD-a koji se nalazi u kutiji DAQ

kartice pokrenuti i instalirati upravljačke programe. Upravljački program povezuje DAQ karticu

sa računalom. Nakon toga slijedi instalacija DASYLab programa, prepoznaje se kartica

(WaveBook/512) i povezuje sa programom, te joj se dodjeljuje jedan modul sa njezinim

imenom. Programska inačica DASYLab programa koja će se koristiti je 11.0.

4.2.2. Radna površina DASYLab programa

Radna površina prikazana na slici 4.10. se koristi za stvaranje virtualnog eksperimenta,

sastoji se od modulnih simbola i informacijskih kanala koji ih međusobno povezuju. Pojedini

modul umeće se na radnu površinu odabiranjem s modulnog izbornika ili modulne trake. Module

je potrebno povezivati informacijskim kanalima, izlaz jednog modula povezuje se s ulazom u

drugi modul. Radna površina može primiti do 256 modula, no ovdje će se koristiti samo njih 4.

Sl. 4.10. Radna površina u DASYLab programu

29

4.2.2. 1. Modul DAQ kartice

Modul prikazan na slici 4.11. predstavlja instaliranu DAQ karticu (WaveBook/512) sa 4

generirana kanala. Odabire se lijevim klikom miša na modulnoj traci i smješta na radnu

površinu, a može se izabrati iz trake izbornika:

Modules > Inputs/Outputs > Driver > WaveBook

Sl. 4.11. Modul DAQ kartice

Dvostrukim lijevim klikom na modul otvara se konfiguracijski prozor prikazan na

slici 4.12. koji sadržava sve postavke za kontrolu rada DAQ kartice.

Sl. 4.12. Konfiguracijski prozor modula

Postavke:

- Naziv modula (Module name) – ime modula, obično nosi naziv DAQ kartice

- Broj kanala (Channel bar) – u konfiguracijskom prozoru pritiskom na tipku + dodaje

se novi kanal, a tipkom - oduzima se jedan kanal. Modul može generirati 16 kanala,

radi se o ulaznim kanalima na DAQ kartici. DAQ kartica ih ima 8 pa veći broj

generiranih kanala ne bi imao smisla, na slici 4.12. generirano je 4 kanala.

Pritiskom lijeve tipke miša na određeni kanal dobiva se mogućnost mijenjanja

postavki za svaki kanal kao što su: naziv kanala, mjerna jedinica itd.

- Naziv kanala (Channel name) – svakom ulaznom kanalu dodjeljujemo ime,

primjerice ako je na ulaz prvog kanala (CH1) spojen naponski mjerni članak naziv

kanala radi lakšeg prepoznavanja dobiva ime „napon 1”

30

- Mjerna jedinica (Unit) – jedinica mjerne veličine

- Domet mjerenja (Measurement range) – odabir raspona ulaznog signala koji se mjeri

- Kanalno skaliranje (Channel Scaling) - u slučaju da mjerimo velike napone ili struje,

koriste se mjerni uređaji čiji je izlazni napon/struja puno manja, ali proporcionalna

izmjerenoj veličini. Kako bi DASYLab učitavao prave mjerene vrijednosti, potrebno

je postaviti odnos veličina na ulazu i izlazu mjernog instrumenta, tj. mjerilo

pretvaranja.

Opcija kanalnog skaliranja koristit će se na svakom kanalu, pri svakom mjerenju. Unutar

izbornika kanalnog skaliranja prikazanog na slici 4.13. unosi se mjerilo pretvaranja.

Sl. 4.13. Izbornik kanalnog skaliranja

Postavke:

- Mjerna jedinica instrumenta (Sensor unit) – ukoliko se radi o naponskom mjernom

članku postavlja se [V], ukoliko o strujnim mjernim kliještima postavlja se [A]

- Dvostruko dodjeljivanje (Two-point assigment) – ovdje se unosi mjerilo pretvaranja

ovisno o instrumentu priključenom na DAQ karticu opisano u odjeljku 4.1.2 i 4.1.3..

Ukoliko se radi o naponskom mjernom članku mjerilo pretvaranja je 5 mV/V, što

znači da kada na ulazu DAQ kartice (Measurement board) naponski mjerni članak

bude davao signal od 1 V, napon koji mjeri mjerni članak na postolju motora (Sensor)

iznosit će 200 V.

4.2.2. 2. Modul za snimanje podataka

Modul za snimanje podataka prikazan je na slici 4.14., modul ima 4 generirana kanala za

snimanje. On se pomoću informacijskog kanala spaja sa modulom DAQ kartice i snima sve

podatke koja ona predaje. Početak snimanja započinje pritiskom zelene tipke play koja se nalazi

na početku funkcijske trake. Pored tipke play, nalazi se tipka za pauziranje pause i tipka za

prekid snimanja stop. Modul se odabire lijevim klikom miša na modulnoj traci, a može se

izabrati iz trake izbornika:

Modules > Files > Write Data

31

Sl. 4.14. Modul za snimanje podataka

Dvostrukim klikom miša na modul otvara se konfiguracijski prozor prikazan na

slici 4.15. Obradit će se samo postavke koje su korištene pri mjerenju, ostale su nepromijenjene.


Postavke:

- Naziv modula (Module name) – ime modula, može biti motor sa pripadajućim brojem

na kojemu vršimo mjerenje

- Broj kanala (Channel bar) – u konfiguracijskom prozoru pritiskom na tipku + dodaje

se novi kanal, a tipkom - oduzima se jedan kanal. Broj kanala na modulu za snimanje

podataka mora odgovarati broju kanala na modulu DAQ kartice.

- Naziv kanala (Channel name) – ukoliko je opcija uključena moguće je dodijeliti ime

svakom od kanala. Korisna opcija za raspoznavanje mjernih veličina.

- Mjerna jedinica (Unit) – jedinica mjerne veličine

- Datoteka (File…) – otvara prozor u kojem odabiremo naziv datoteke u kojoj se

spremaju svi snimljeni podaci. Na slici 4.15. odabran je naziv „1.mjerenje.DDF” u

pripadajućem direktoriju.

Od trenutka pritiskanja tipke play svi mjereni podaci sa DAQ kartice zapisuju se u

odabranu datoteku, pritiskom tipke stop zaustavlja se snimanje.

32

4.2.2. 3. Modul za čitanje podataka

Modul prikazan na slici 4.16. čita snimljene podatke sa datoteke koja je spremljena s

modulom za snimanje podataka. Odabire se lijevim klikom miša na modulnoj traci, a može se

izabrati iz trake izbornika:

Modules > Files > Write Data

Sl. 4.16. Modul za čitanje podataka

Dvostrukim klikom na modul otvara se konfiguracijski prozor prikazan na slici 4.17.,

postavke unutar prozora se ne mijenjaju osim tipke Datoteka (File…) u kojoj se odabire datoteka

u kojoj su snimljena mjerenja (npr. „1.mjerenje.DDF”). Nakon otvaranja datoteke unutar

konfiguracijskog prozora učitavaju se postavke odabrane u modulu za snimanje podataka

(broj kanala, nazivi kanala, mjerna jedinica itd.). Modul je podešen, potrebno je na njega spojiti

module mjernih instrumenata ili modul za prikaz podataka. Pritiskom na zelenu tipku play modul

na svojim izlazima daje snimljene podatke koji se mogu naknadno analizirati.


33

4.2.2. 4. Modul za prikaz podataka

Na slici 4.18. prikazan je modul za prikaz podataka koji se spaja pomoću informacijskih

kanala na modul za čitanje podataka. Ovaj modul na radnoj površini daje poseban prozor s

mjernim rezultatima koje prikazuje u obliku dijagrama, prikazuje mjerene struje i napone.

Odabire se lijevim klikom miša na modulnoj traci, a može se izabrati iz trake izbornika:

Modules > Display > Chart Recorder

Sl. 4.18. Modul za prikaz podataka

Dvostruki klik na modul otvara konfiguracijski prozor prikazan na slici 4.19. u kojem se

odabire broj kanala, koji mora odgovarati broju kanala kao i na modulu za čitanje podataka.

Ostale postavke nije potrebno mijenjati, ostaju netaknute kao što je prikazano na slici. Jedino što

treba promijeniti jest skaliranje po Y osi (Y-Scaling…). Na prozoru za prikaz mjernih rezultata

dobivaju se dijagrami mjerenih veličina, broj dijagrama ovisi o broju mjerenih veličina, tj. broju

kanala.


34

Lijevim klikom miša na opciju skaliranja (Y-Scaling…) otvara se prozor prikazan na

slici 4.20., unutar njega bira se jedan od prikazanih 16 kanala (na slici se nalazi samo njih 4).

Cilj skaliranja jest odabir maksimalne i minimalne vrijednosti na Y osi u kojem se želi prikazati

pojedini dijagram. Za svaki kanal, tj. za svaki dijagram odabire se minimalna vrijednost (Begin) i

maksimalna vrijednost (End) na Y osi.

Sl. 4.20. Prozor skaliranja po Y osi

Na slici 4.21. dan je primjer kako bi trebao izgledati prozor za prikaz mjernih rezultata

nakon odabira postavki i početka mjerenja. Na slici se nalaze 4 dijagrama sa pripadajućim

oznakama.

Sl. 4.21. Prozor za prikaz mjernih rezultata (dijagrama)

35

4.3. Mjerenje preostalog napona na motoru br. 1

Prema postupku mjerenja preostalog napona na motoru br. 1 i uz uvjet da je mjerna

oprema spojena prema shemi mjerenja (Sl. 3.5.), može se pristupiti snimanju i analizi dobivenih

podataka.

4.3.1. Snimanje podataka dobivenih iz mjerenja

U postupku opisana su tri različita mjerenja na istom motoru pod različitim uvjetima,

radi jednostavnosti mjerenja i detaljne obrade podataka, svako mjerenje se snima u određenu

datoteku koju je moguće naknadno obrađivati i analizirati. Za ovu operaciju potrebno je na radnu

površinu umetnuti samo dva modula:

modul DAQ kartice (WaveBook), te podesiti postavke unutar konfiguracijskog prozora:

- tipkom + odabrati 4 kanala

- kanalu broj 0 dodijeliti naziv „struja A” i mjernu jedinicu [A], te u opciji kanalnog

skaliranja postaviti „2. value (Measurement board): 1V” i „2. value (Sensor): 100 A”

- kanalu broj 1 dodijeliti naziv „struja B” i mjernu jedinicu [A], te u opciji kanalnog

skaliranja postaviti „2. value (Measurement board): 1V” i „2. value (Sensor): 100 A”

- kanalu broj 2 dodijeliti naziv „napon A” i mjernu jedinicu [V], te u opciji kanalnog

skaliranja postaviti „2. value (Measurement board): 1V” i „2. value (Sensor): 200 V”

- kanalu broj 3 dodijeliti naziv „napon B” i mjernu jedinicu [V], te u opciji kanalnog

skaliranja postaviti „2. value (Measurement board): 1V” i „2. value (Sensor): 200 V”

- domet mjerenja podesiti na „+/- 5 V”

modul za snimanje podataka (Write00), unutar konfiguracijskog prozora modula tipkom +

treba odabrati 4 kanala

Moduli se nakon podešavanja povezuju informacijskim kanalima, izgled je prikazan na

slici 4.22. Spoj omogućava snimanje tri različita mjerenja, a svako mjerenje se sprema u posebnu

datoteku.

Sl. 4.22. Spoj dva modula za snimanje podataka

36

4.3.1. 1. Snimanje mjerenja preostalog napona u praznom hodu

Postupak snimanja:

- unutar konfiguracijskog prozora modula za snimanje podataka odabire se naziv

datoteke „1motor-1mjerenje.DDF” u pripadajućem direktoriju

- snimanje započinje pritiskom zelene tipke play koja se nalazi na početku funkcijske

trake

- prema tablici 3.6. provodi se tijek mjerenja preostalog napona u praznom hodu

- nakon završetka mjerenja, pritiskom tipke stop zaustavlja se snimanje i podaci su

spremljeni u odabranoj datoteci

4.3.1. 2. Snimanje mjerenja preostalog napona pod teretom

Postupak snimanja:




trake

- prema tablici 3.7. provodi se tijek mjerenja preostalog napona pod teretom



4.3.1. 3. Snimanje mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke

Postupak snimanja:




trake

- prema tablici 3.8. provodi se tijek mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop

sklopke



37

4.3.2. Čitanje i prikaz snimljenih podataka mjerenja

Mogućnost analize mjerenja daje spoj prikazan na slici 4.23., sastoji se od dva modula

međusobno povezanim informacijskim kanalima:

modul za čitanje podataka (Read00)

modul za prikaz podataka (Recorder00), u konfiguracijskom prozoru podešava se:

- tipkom + treba odabrati 4 kanala

- kanalu broj 0 u opciji skaliranja dodijeliti minimalnu vrijednost „Begin: -5” i

maksimalnu vrijednost „End: 5” na Y osi







Sl. 4.23. Spoj dva modula za čitanje i prikaz podataka

4.3.2. 1. Čitanje i prikaz mjerenja preostalog napona u praznom hodu

Postupak:

- unutar konfiguracijskog prozora modula za čitanje podataka odabire se naziv datoteke

„1motor-1mjerenje.DDF” u pripadajućem direktoriju, modul učitava postavke i

dodjeljuje si 4 kanala koji se povezuju na modul za prikaz

- pritiskom zelene tipke play koja se nalazi na početku funkcijske trake, modul za

čitanje šalje podatke iz datoteke na ulaz modula za prikaz, a na prozoru za prikaz

mjernih rezultata pojavljuje se 4 dijagrama

- tijek prikaza mjernih signala odvija se u realnom vremenu kao i kod snimanja

mjerenja, a zaustavlja se pritiskom tipke stop ili kada modul za čitanje dođe do kraja

datoteke

- unutar prozora za prikaz bira se željeni signal, te analiza može započeti

38

4.3.2. 2. Čitanje i prikaz mjerenja preostalog napona pod teretom

Postupak:









datoteke


4.3.2. 3. Čitanje i prikaz mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke

Postupak:









datoteke


4.4. Mjerenje preostalog napona na motoru br. 2

Postupak mjerenja na motoru br. 2 je identičan kao i onaj na motoru br. 1, jedina je

razlika što se radi o drugom motoru. Stoga, može se koristiti shema na slici 4.22. kao i sve

postavke na oba modula. Koriste se isti postupci snimanja, učitavanja i prikaza podataka, jedino

se mijenja naziv datoteka radi lakšeg raspoznavanja (npr. „2motor-1mjerenje.DDF”).

39

4.5. Mjerenje preostalog napona na tri motora spojena u paralelu

Prema postupku mjerenja preostalog napona na tri motora spojena u paralelu i uz uvjet da

je mjerna oprema spojena prema shemi mjerenja (Sl. 3.10.), može se pristupiti snimanju i analizi

dobivenih podataka.

4.5.1. Snimanje podataka dobivenih iz mjerenja

U postupku mjerenja na tri motora spojena u paralelu obavljat će se četiri mjerenja pod

različitim uvjetima, kao i ranije svako od tih četiri mjerenja snima se u određenu datoteku koju je

moguće naknadno obrađivati i analizirati. Na radnu površinu stavljaju se dva modula:

modul DAQ kartice (WaveBook), unutar konfiguracijskog prozora podešava se:

- tipkom + odabiru se 6 kanala

- kanalu broj 0 dodjeljuje se naziv „struja 1” i mjerna jedinica [A], te u opciji kanalnog

skaliranja postavlja „2. value (Measurement board): 1V” i „2. value (Sensor): 100 A”





- kanalu broj 3 dodjeljuje se naziv „struja M” i mjerna jedinica [A], te u opciji kanalnog


- kanalu broj 4 dodjeljuje se naziv „napon S” i mjerna jedinica [V], te u opciji kanalnog

skaliranja postavlja „2. value (Measurement board): 1V” i „2. value (Sensor): 200 V”

- kanalu broj 5 dodjeljuje se naziv „napon M” i mjerna jedinica [V], te u opciji kanalnog

skaliranja postavlja „2. value (Measurement board): 1V” i „2. value (Sensor): 200 V”

- domet mjerenja podešava se na „+/- 5 V”

modul za snimanje podataka (Write00), unutar konfiguracijskog prozora tipkom +

odabiru se 6 kanala

Moduli se nakon podešavanja povezuju informacijskim kanalima, izgled je prikazan na

slici 4.24. Spoj omogućuje snimanje četiri različita mjerenja, a svako mjerenje se sprema u

posebnu datoteku.

Sl. 4.24. Spoj dva modula za snimanje podataka

40

4.5.1. 1. Snimanje mjerenja preostalog napona u praznom hodu

Postupak snimanja:


datoteke „3motora-1mjerenje.DDF” u pripadajućem direktoriju

- snimanje započinje pritiskom zelene tipke play, nalazi se na početku funkcijske trake

- prema tablici 3.11. provodi se tijek mjerenja preostalog napona u praznom hodu



4.5.1. 2. Snimanje mjerenja preostalog napona pod teretom motora br. 1

Postupak snimanja:





motora br. 1



4.5.1. 3. Snimanje mjerenja preostalog napona pod teretom motora br. 2

Postupak snimanja:





motora br. 2



4.5.1. 4. Snimanje mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke

Postupak snimanja:




- prema tablici 3.14. provodi se tijek mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop

sklopke



41

4.5.2. Čitanje i prikaz snimljenih podataka mjerenja

Analiza mjerenja provodi se prema spoju na slici 4.25., spoj se sastoji od dva modula

međusobno povezanim informacijskim kanalima:

modul za čitanje podataka (Read00)

modul za prikaz podataka (Recorder00), u konfiguracijskom prozoru podešava se:

- tipkom + treba odabrati šest kanala







- kanalu broj 3 u opciji skaliranja dodijeliti minimalnu vrijednost „Begin: -7,5” i

maksimalnu vrijednost „End: 7,5” na Y osi





Sl. 4.25. Spoj dva modula za čitanje i prikaz podataka

4.5.2. 1. Čitanje i prikaz preostalog napona u praznom hodu

Postupak:


„3motora-1mjerenje.DDF” u pripadajućem direktoriju, modul učitava postavke i





- tijek prikaza mjernih signala odvija se u realnom vremenu kao i snimanje mjerenja, a

zaustavlja se pritiskom tipke stop ili kada modul za čitanje dođe do kraja datoteke


42

4.5.2. 2. Čitanje i prikaz preostalog napona pod teretom motora br. 1

Postupak:










4.5.2. 3. Čitanje i prikaz preostalog napona pod teretom motora br. 2

Postupak:










4.5.2. 4. Čitanje i prikaz preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke

Postupak:










43

5. SIMULACIJA MJERENJA PREOSTALOG NAPONA PROGRAMSKIM PAKETOM MATLAB

Matlab je program koji je nastao sedamdesetih godina prošlog stoljeća, u početku je

operirao samo s jednom strukturom podataka, s matricom. Tijekom vremena te strukture su

postajale sve složenije. Program Simulink sastavni je dio programskog paketa Matlaba, jedan od

njegovih alata je SimPowerSystems [12, str. 85]. Programiranje u njemu je blokovsko, identično

onom u Simulinku, a izvodi se na Simulinkovoj radnoj površini. Programska inačica Matlab

programa koja će se koristiti je 7.0.1.

5.1. Proračun parametara nadomjesne sheme asinkronih motora U odjeljku 2.2. detaljno je opisan postupak dobivanja parametara nadomjesne sheme

asinkronog motora. Proračunom dobiveni parametri unose se u gotovi modul asinkronog motora,

koji je osnova za modeliranje asinkronog motora. Nadalje, sprovest će se proračun parametara za

sva tri asinkrona kavezna motora koji se nalaze na postolju.

5.1.1. Proračun parametara nadomjesne sheme motora br. 1 Ispitivanje i proračun parametara započinje mjerenjem otpora namota statora,

temperatura okoline iznosi °= C8,250ϑ .

Otpori između stezaljki prema jednadžbi (2-10) iznose:

Ω== 782,555,0

18,3UVR , Ω== 696,5

56,0

19,3UWR , Ω== 818,5

55,0

20,3VWR

Nadomjesni otpor jedne faze statora (2-11):

Ω=++

= 883,26

818,5696,5782,5sR

Prema jednadžbi (2-12) dobiva se vrijednost nadomjesnog otpora preračunata na toplo stanje:

( )( ) Ω=−⋅+⋅= 436,38,25750039,01883,2ϑsR

Poslije mjerenja otpora namota, slijedi ispitivanje asinkronog motora u praznom hodu.

Iz pokusa praznog hoda dobivaju se slijedeći parametri.

Glavna impedancija (2-13):

Ω=⋅

= 777,9920,23

2,3800Z

44

Nadomjesni otpor gubitaka u željezu (2-14):

Ω== 198,1160086,0

777,990R

Glavna reaktancija (2-15):

Ω== 178,100996,0

777,990X

Glavni induktivitet (2-16):

H31904,05014,32

178,1000 =

⋅⋅=L

Nakon ispitivanja motora u praznom hodu, slijedi ispitivanje i proračun parametara

asinkronog motora u pokusu kratkog spoja.

Ukupna impedancija (2-17):

Ω=⋅

= 082,1135,53

69,102kZ

Ukupni gubici u bakru (2-18):

Ω=⋅= 206,6560,0082,11kR

Nadomjesni otpor namota rotora (2-19):

Ω=−= 770,2436,3206,6´rR

Ukupna rasipna reaktancija (2-20):

Ω=⋅= 176,9828,0082,11kX

Statorska i rotorska reaktancija (2-21):

Ω=== 588,42

176,9´rs XX σσ

Ukupni rasipni induktivitet (2-22):

H02922,05014,32

176,9=

⋅⋅=σL

45

Statorski i rotorski rasipni induktivitet (2-23):

H2/02922,0´ == rs LL σσ

5.1.2. Proračun parametara nadomjesne sheme motora br. 2 Kao i prethodno, ispitivanje započinjemo mjerenjem otpora namota statora, temperatura

okoline iznosi °= C8,250ϑ .


Ω== 750,4212,0

13,5UVR , Ω== 083,44

12,0

29,5UWR , Ω== 44

12,0

28,5VWR


Ω=++

= 806,216

44083,44750,42sR


( )( ) Ω=−⋅+⋅= 990,258,25750039,01806,21ϑsR

Pošto se ovdje radi o malom motoru, mijenja se tijek ispitivanja. Poslije mjerenja otpora

namota ispituju se i proračunavaju parametri iz pokusa kratkog spoja.


Ω=⋅

= 787,57105,13

6,110kZ


Ω=⋅= 798,40706,0787,57kR


Ω=−= 808,14990,25798,40´rR


Ω=⋅= 913,40708,0787,57kX

46


Ω=== 457,202

913,40´rs XX σσ


H13030,05014,32

913,40=

⋅⋅=σL


H2/13030,0´ == rs LL σσ

Nakon pokusa kratkog spoja, slijedi ispitivanje i proračun parametara malog asinkronog

motora u praznom hodu. Kako bi se dobili što točniji parametri, uzimaju se podaci za nadomjesni

otpor statora i rasipne reaktancije statora.

Pad napona na serijskom spoju prema jednadžbi (2-24) iznosi:

( ) ( ) V827,64457,2096,1990,2596,1 22´ =⋅+⋅=sU

Napon na paralelnom spoju (2-26):

V773,315827,646,380´0 =−=U


Ω=⋅

= 016,9396,13

773,3150Z


Ω== 231,325286,0

016,930R


Ω== 094,97958,0

016,930X


H30922,05014,32

094,970 =

⋅⋅=L

47

5.1.3. Proračun parametara nadomjesne sheme motora br. 3 Ispitivanje asinkronog motora započinjemo mjerenjem otpora namota statora,

temperatura okoline iznosi °= C7,250ϑ .


Ω== 250,4212,0

07,5UVR , Ω== 583,42

12,0

11,5UWR , Ω== 583,42

12,0

11,5VWR


Ω=++

= 236,216

583,42583,42250,42sR


( )( ) Ω=−⋅+⋅= 319,257,25750039,01236,21ϑsR

Ovdje se radi također o malom motoru, pa se poslije mjerenja otpora namota ispituju i

proračunavaju parametri iz pokusa kratkog spoja.


Ω=⋅

= 814,5510,13

34,106kZ


Ω=⋅= 972,41752,0814,55kR


Ω=−= 653,16319,25972,41´rR


Ω=⋅= 781,36659,0814,55kX


Ω=== 391,182

781,36´rs XX σσ

48


H11714,05014,32

781,36=

⋅⋅=σL


H2/11714,0´ == rs LL σσ

Nakon pokusa kratkog spoja, slijedi ispitivanje i proračun parametara malog asinkronog

motora u praznom hodu. Kako bi se dobili što točniji parametri, uzimaju se podaci za nadomjesni

otpor statora i rasipne reaktancije statora.

Pad napona na serijskom spoju prema jednadžbi (2-24) iznosi:

( ) ( ) V241,61391,18957,1319,25957,1 22´ =⋅+⋅=sU

Napon na paralelnom spoju (2-26):

V759,318241,61380´0 =−=U


Ω=⋅

= 040,94957,13

759,3180Z


Ω== 398,325289,0

040,940R


Ω== 265,98957,0

040,940X


H31295,05014,32

265,980 =

⋅⋅=L

49

5.2. Programski alat SimPowerSystems SimPowerSystems raspolaže sa specifičnom bibliotekom orijentiranu na primjenu u

električnim strojevima i pogonima, biblioteka se otvara iz Matlaba klikom na:

Start > Simulink > Library Browser

U padajućem izborniku koji se nalazi na slici 5.1., odabire se biblioteka SimPowerSystems.

Sl. 5.1. Biblioteka SimPowerSystemsa

Prije odabira blokova za modeliranje u simulacijskom mjerenju, potrebno je otvoriti radni

prozor simulacijskog modela u kojem se povezuju odabrani blokovi. Otvaranje radnog prozora

simulacijskog modela vrši se odabirom iz izbornika biblioteke:

File > New > Model 5.2.1. Opis blokova korištenih pri simulaciji 5.2.1. 1. Blokovi asinkronih motora

Blok motora koji se nalazi u biblioteci SimPowerSystems / Machines / Asynchronous

Machine SI Units, predstavlja gotovi modul asinkronog stroja i služi za njegovo modeliranje.

U nastavku biti će prikazana tri bloka motora, oni predstavljaju tri motora koja se nalaze na

postolju i sadrže sve potrebne parametre koji omogućavaju simulaciju. Kod blokova nakon

unošenja parametara i formiranja nema naknadnih preinaka.

50

Na slici 5.2. prikazan je blok asinkronog motora koji predstavlja motor br. 1., dvostrukim

lijevim klikom na blok motora otvara se konfiguracijski prozor prikazan na slici desno.

Sl. 5.2. Blok asinkronog motora br. 1 i njegov konfiguracijski

prozor sa pripadajućim parametrima

Unutar konfiguracijskog prozora za izbornik Preset model (Podešavanje modela) odabire se

No (Ne), što znači da se žele koristiti vlastiti parametri motora, a ne postojeći. Započinjemo sa

unosom vlastitih parametara motora br. 1, neki parametri se iščitavaju iz natpisne pločice, dok se

drugi uzimaju iz proračuna parametara sa nadomjesne sheme. Pod izbornikom Rotor type

(Vrsta rotora) odabire se Squirrel-cage (Kavezni rotor). Izbornik Reference frame

(Referentni okvir) omogućava odabir jedne od metoda transformiranja varijabli iz abc-sustava u

dq-sustav, odabire se Stationary (Statorski). U otvor Nominal power, voltage (line-line), and

frequency (Nazivna snaga, napon (linijski), i frekvencija) unose se parametri iz natpisne pločice,

a prikazani su na slici. Unutar otvora Stator resistance i inductance (Statorski otpor i

induktivitet) unose se parametri dobiveni proračunom iz nadomjesne sheme, nadomjesni otpor

jedne faze statora preračunat na toplo stanje i statorski rasipni induktivitet. Unutar otvora Rotor

resistance i inductance (Rotorski otpor i induktivitet) unose se parametri dobiveni proračunom,

nadomjesni otpor namota rotora i rotorski rasipni induktivitet. U otvor Mutual inductance

(Zajednički induktivitet) unosi se parametar dobiven proračunom, glavni induktivitet. Unutar

otvora Inertia, friction factor and pairs of poles (Inercija, faktor trenja i broj pari polova), za

inerciju (moment tromosti) i faktor trenja (koeficijent viskoznog trenja) unose se parametri slični

pripadajućem motoru (gleda se veličina motora, broj pari polova i snaga), broj pari polova

iščitava se iz natpisne pločice motora. Ostali parametri ostaju netaknuti.

Ulazna stezaljka na motoru označena sa Tm predstavlja mehanički moment na osovini,

stroj može raditi kao motor (Tm je pozitivan) ili kao generator (Tm je negativan).

51

Blok asinkronog motora koji predstavlja motor br. 2. i njegov konfiguracijski prozor

prikazani su na slici 5.3. Parametri se na isti način kao i u prošlom bloku motora unose sa

natpisne pločice i iz proračuna nadomjesne sheme.



Na slici 5.4. prikazan je blok asinkronog motora koji predstavlja motor br. 3. i njegov

konfiguracijski prozor, također parametri se iščitavaju iz natpisne pločice i sa proračuna

nadomjesne sheme motora.



52

5.2.1. 2. Blok trofaznog izvora napajanja Ovaj blok predstavlja modul trofaznog izvora, nalazi se u biblioteci SimPowerSystems /

Electrical Sources / Three-Phase Programmable Voltage Source, prikazan je na slici 5.5.

zajedno sa konfiguracijskim prozorom.

Sl. 5.5. Blok trofaznog izvora napajanja i njegov konfiguracijski

prozor sa pripadajućim parametrima Dvostrukim klikom na blok otvara se konfiguracijski prozor, unutar otvora Amplitude, Phase,

Freq. (Amplituda, Faza, Frekvencija) unose se parametri za efektivnu veličinu linijskog napona

na koje priključujemo motore, a to je 380 V. Blok daje mogućnost pomjeranja faze napona na

samome početku, tj. ne mora počinjati od nule. Frekvencija je standardna 50 Hz. U svim

mjerenjima koristi se blok prikazan gore na slici sa pripadajućim parametrima, bez dodatnih

preinaka.

5.2.1. 3. Blok idealne sklopke U biblioteci SimPowerSystems / Power Electronics / Ideal Switch, nalazi se blok idealne

sklopke prikazan na slici 5.6. zajedno sa konfiguracijskim prozorom.

Sl. 5.6. Blok idealne sklopke i njenog konfiguracijskog

prozora sa pripadajućim parametrima

53

Dvostrukim klikom na blok otvara se konfiguracijski prozor, unutar njega nalaze se već gotove

postavke koje za potrebe ovog diplomskog rada nije potrebno mijenjati. U otvoru Initial state

(Početno stanje) bira se početno stanje sklopke, 0 je za otvorenu sklopku, a 1 za zatvorenu

sklopku. Uvijek se stavlja kao početna vrijednost 1, upravljanje sklopkom obično se vrši preko

ulazne stezaljke g.

Ulazna stezaljka g koja se nalazi na bloku, upravlja uklopnim kontaktom sklopke (g = 0

otvorena sklopka, g > 0 zatvorena sklopka).

5.2.1. 4. Blokovi mjernih instrumenata Blok mjernog instrumenta koji mjeri struju nalazi se u biblioteci SimPowerSystems /

Measurements / Current Measurement, prikazan je na slici 5.7. lijevo. Blok mjernog instrumenta

koji mjeri napon nalazi se u biblioteci SimPowerSystems / Measurements / Voltage

Measurement, prikazan je na slici 5.7. desno.

Sl. 5.7. Blokovi mjernih instrumenata

Oba bloka predstavljaju idealni mjerni instrument, stezaljka izlaznog signala obično se spaja sa

blokom za prikaz mjerenih podataka.

5.2.1. 5. Blok konstantne vrijednosti U biblioteci Simulink / Commonly Used Blocks / Constant nalazi se blok koji daje

konstantnu vrijednost, prikazan je na slici 5.8 zajedno sa konfiguracijskim prozorom.

Sl. 5.8. Blok konstantne vrijednosti zajedno sa

konfiguracijskim prozorom Dvostrukim klikom na blok otvara se konfiguracijski prozor, u otvoru Constant value

(Konstantna vrijednost) određuje se željena vrijednost koju modul daje na svome izlazu. U

simulacijama ovaj blok pretežno se koristi za davanje vrijednosti okretnog momenta na stezaljci

Tm bloka motora.

54

5.2.1. 6. Blok koraka

Blok koraka nalazi se u biblioteci Simulink / Sources / Step, blok je zajedno sa

konfiguracijskim prozorom prikazan na slici 5.9.

Sl. 5.9. Blok koraka zajedno sa konfiguracijskim prozorom

Dvostrukim klikom na blok koraka otvara se konfiguracijski prozor, unutar njega definiraju se

odabrane vrijednosti. Blok na svome izlazu daje neku početnu vrijednost, koja se unosi u otvor

Initial value (Početna vrijednost). Ona će se promijeniti na neku konačnu vrijednost, koja se

unosi u otvor Final value (Konačna vrijednost) i to za određeni vremenski korak, unosi se u otvor

Step time (Vrijeme koraka). Blok se koristi za isklop sklopke preko ulazne stezaljke g.

5.2.1. 7. Blok vremenski promjenjivih vrijednosti U biblioteci SimPowerSystems / Extra Library / Control Blocks / Timer nalazi se blok

vremenski promjenljivih vrijednosti, prikazan je na slici 5.10. zajedno sa konfiguracijskim

prozorom.

Sl. 5.10. Blok vremenski promjenljivih vrijednosti zajedno

sa konfiguracijskim prozorom

Konfiguracijski prozor bloka otvara se dvostrukim klikom, unutar otvora Time (Vrijeme)

određuje se broj vremenskih intervala i definira njihovo vrijeme. U otvor Amplitude (Amplituda)

unosi se vrijednost signala na izlazu bloka u odabranom vremenu, broj amplituda jednak je broju

vremenskih intervala.

55

5.2.1. 8. Blok za prikaz mjerenih rezultata Blok za prikaz mjerenih rezultata nalazi se u biblioteci Simulink / Commonly Used Blocks

/ Scope, prikazan je na slici 5.11.

Sl. 5.11. Blok za prikaz mjerenih rezultata

Blok prikazuje rezultate mjerenja koje dobiva na svojim ulazima, na slici gore prikazano je četiri

ulaza. U simulacijskim mjerenjima spajat će se zajedno sa blokovima mjernih instrumenata, koji

mu i šalju podatke. Dvostrukim klikom na blok, otvara se prozor za prikaz mjerenih rezultata u

obliku dijagrama.

5.3. Simulacija mjerenja preostalog napona na motoru br. 1 5.3.1. Simulacija mjerenja preostalog napona u praznom hodu Za početak potrebno je otvoriti radni prozor simulacijskog modela, unutar njega spajaju

se blokovi za modeliranje koristeći shemu mjerenja (Sl. 3.5.) i tijek mjerenja (Tab. 3.6.)

preostalog napona u praznom hodu. Spajanjem svih potrebnih blokova i određivanjem potrebnih

parametara, tvori se simulacijski model prikazan na slici 5.12.

Sl. 5.12. Simulacijski model mjerenja preostalog napona

na motoru br. 1 u praznom hodu

56

Određivanje postavki simulacije:

- upravljanje sklopkom vrši se pomoću bloka koraka, unutar njegovog konfiguracijskog

prozora određuje se isklop za vremenski korak od 4,011 sekundi, precizira se vrijeme

isklopa kao i u stvarnom slučaju. Početna vrijednost je 1, što znači da je do trenutka

isklopa sklopka otvorena. Konačna vrijednost definira se 0, što znači da će nakon

vremenskog koraka doći do isklopa.

- na stezaljci Tm bloka motora priključen je blok konstantne vrijednosti u kojem se

definira vrijednost 0, što odgovara neopterećenom motoru

- vrijeme završetka simulacije postavlja se na 5 sekundi unutar radnog prozora

Nakon definiranja svih postavki, može se započeti simulacija lijevim klikom miša na tipku Start

simulation, prikaz mjerenja dobiva se dvostrukim klikom na blok za prikaz mjerenih rezultata.

5.3.2. Simulacija mjerenja preostalog napona pod teretom Unutar radnog prozora simulacijskog modela spajaju se blokovi za modeliranje koristeći

shemu mjerenja (Sl. 3.5.) i tijek mjerenja (Tab. 3.7.) preostalog napona pod teretom. Spajanjem

svih potrebnih blokova i određivanjem potrebnih parametara, tvori se simulacijski model

prikazan na slici 5.13.


na motoru br. 1 pod teretom







57

- na stezaljci Tm bloka motora priključen je blok koraka koji za vremenski korak od 0,5

sekundi počinje teretiti motor. Početna vrijednost je 0, što znači da je motor prije

vremenskog koraka bio neopterećen. Poslije vremenskog koraka motor se tereti

okretnim momentom od 10 Nm, što znači da će konačna vrijednost iznositi 10.

- vrijeme završetka simulacije postavlja se na 3 sekunde unutar radnog prozora



5.3.3. Simulacija mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke Spajanje blokova za modeliranje unutar radnog prozora obavlja se koristeći shemu

mjerenja (Sl. 3.5.) i tijek mjerenja (Tab. 3.8.) preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke.

Spajanjem svih potrebnih blokova i određivanjem potrebnih parametara, tvori se simulacijski

model prikazan na slici 5.14.


na motoru br. 1 uz brzi isklop-uklop sklopke


- blok vremenski promjenljivih vrijednosti vrši upravljanje sklopkom, unutar njegovog

konfiguracijskog prozora određuju se četiri vremenska intervala [ 0 3,003 3,219 5 ].

Analogno njima definiraju se četiri amplitude [ 1 0 1 1 ], koje u određenim

vremenskim intervalima daju vrijednosti na izlazu bloka koje upravljaju uklopom i

isklopom sklopke.






58

5.4. Simulacija mjerenja preostalog napona na motoru br. 2 5.4.1. Simulacija mjerenja preostalog napona u praznom hodu Potrebno je otvoriti radni prozor simulacijskog modela, unutar njega spajaju se blokovi za

modeliranje koristeći shemu mjerenja (Sl. 3.9.) i tijek mjerenja (Tab. 3.6.) preostalog napona u

praznom hodu. Spajanjem svih potrebnih blokova i određivanjem potrebnih parametara, tvori se

simulacijski model prikazan na slici 5.15.


na motoru br. 2 u praznom hodu Određivanje postavki simulacije:











59

5.4.2. Simulacija mjerenja preostalog napona pod teretom Unutar radnog prozora simulacijskog modela spajaju se blokovi za modeliranje koristeći

shemu mjerenja (Sl. 3.9.) i tijek mjerenja (Tab. 3.7.) preostalog napona pod teretom. Spajanjem

svih potrebnih blokova i određivanjem potrebnih parametara, tvori se simulacijski model

prikazan na slici 5.16.


na motoru br. 2 pod teretom Određivanje postavki simulacije:






- na stezaljci Tm bloka motora priključen je blok koraka koji za vremenski korak od 0,5

sekundi počinje teretiti motor. Početna vrijednost je 0, što znači da je motor prije


okretnim momentom od 2,5 Nm, što znači da će konačna vrijednost iznositi 2,5.

- vrijeme završetka simulacije postavlja se na 4 sekunde unutar radnog prozora



60

5.4.3. Simulacija mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke Spajanje blokova za modeliranje unutar radnog prozora obavlja se koristeći shemu





na motoru br. 2 metodom brzi isklop-uklop






isklopom sklopke.






61

5.5. Simulacija mjerenja preostalog napona na tri motora spojena u paralelu

5.5.1. Simulacija mjerenja preostalog napona u praznom hodu Unutar radnog prozora simulacijskog modela spajaju se blokovi za modeliranje koristeći

shemu mjerenja (Sl. 3.10.) i tijek mjerenja (Tab. 3.11) preostalog napona u praznom hodu.



Sl. 5.18. Simulacijski model mjerenja preostalog napona na tri motora

u praznom hodu







- na stezaljkama Tm na sva tri bloka motora, priključen je blok konstantne vrijednosti u

kojem se definira vrijednost 0, što odgovara neopterećenim motorima




62

5.5.2. Simulacija mjerenja preostalog napona pod teretom na motoru br. 1

Spajanje blokova za modeliranje unutar radnog prozora obavlja se koristeći shemu

mjerenja (Sl. 3.10.) i tijek mjerenja (Tab. 3.12.) preostalog napona pod teretom na motoru br. 1.




pod teretom na motoru br. 1







- na stezaljci Tm bloka motora br. 1 priključen je blok koraka koji za vremenski korak

od 3 sekunde počinje teretiti motor. Početna vrijednost je 0, što znači da je motor prije


okretnim momentom od 10 Nm, što znači da će konačna vrijednost iznositi 10.

- na stezaljkama Tm ostalih blokova motora, priključen je blok konstantne vrijednosti u





63

5.5.3. Simulacija mjerenja preostalog napona pod teretom na motoru br. 2


mjerenja (Sl. 3.10.) i tijek mjerenja (Tab. 3.13.) preostalog napona pod teretom na motoru br. 2.




pod teretom na motoru br. 2







- na stezaljci Tm bloka motora br. 2 priključen je blok koraka koji za vremenski korak

od 3 sekunde počinje teretiti motor. Početna vrijednost je 0, što znači da je motor prije


okretnim momentom od 4,5 Nm, što znači da će konačna vrijednost iznositi 4,5.

- na stezaljkama Tm ostalih blokova motora, priključen je blok konstantne vrijednosti u





64

5.5.4. Simulacija mjerenja preostalog napona uz brzi isklop-uklop sklopke






metodom brzi isklop-uklop






isklopom sklopke.

- na stezaljkama Tm na sva tri bloka motora, priključen je blok konstantne vrijednosti u





65

6. ANALIZA DIJAGRAMA DOBIVENIH IZ MJERENJA PREOSTALOG NAPONA DAQ KARTICOM I MATLAB SIMULACIJOM

U ovom poglavlju prvo će se analizirati dijagrami preostalog napona dobiveni iz stvarnog

(mjerenje DAQ karticom), a zatim simuliranog (mjerenje u Matlabu) mjerenja. U prethodnim

poglavljima razrađen je postupak mjerenja u oba slučaja, u ovom poglavlju se uspoređuju i

analiziraju dobiveni rezultati.

6.1. Analiza mjerenja preostalog napona na motoru br. 1

Motor br. 1 je veliki motor koji se nalazi na postolju (Sl. 3.1.), snaga motora je 2,2 kW,

nazivna brzina iznosi 1400 min-1. Analizirat će se tri mjerenja na motoru opisana u postupku

mjerenja (odjeljak 3.2.). 6.1.1. Analiza mjerenja preostalog napona motora br. 1 u praznom hodu Motor br. 1 nakon puštanja u pogon za kratko vrijeme dolazi u stanje praznog hoda, gdje

su struje IA = IB = 2,41 A i naponi UA = UB = 382,2 V konstantni. Nakon stanja praznog hoda

motor se isklapa iz pogona, a struje A i B padaju na nulu. Od trenutka isklapanja, napon A

postaje napon na stezaljkama statorskog namota, a napon B postaje napon mreže. Dijagrami

struja i napona prikazani su na slici 6.1.

Sl. 6.1. Dijagrami struje i napona motora br. 1 u praznom hodu (DASYLab)

Prekidanjem izvora napajanja, struja rotora naglo se povećava kako bi održala struju uzbude i

savladala naglu promjenu u glavnom magnetskom toku [7, str. 1]. Nakon isklapanja vratilo

rotora neko vrijeme se nastavlja okretati zbog dobivene kinetičke energije, a zbog prisutnosti

66

zaostalog magnetskog polja u motoru on počinje raditi kao asinkroni generator.

Zbog generatorskog svojstva dolazi do pojave preostalog napona na stezaljkama statorskog

namota, na slici 6.1. dijagram napona A. Ispod dijagrama napona A nalazi se napon mreže,

napon B. Dijagram napona mreže poslije isklopa ostaje nepromijenjen i uvijek je konstantan,

služi za lakšu usporedbu sa naponom na stezaljkama statora. Trajanje preostalog napona od

trenutka prekida napajanja pa sve do pada na nulu (ispod 10 V) iznosi tp = 0,64 s, a vrijeme

potrebno da se rotor motora br. 1 zaustavi je tz = 12,4 s. Motor je neopterećen te se može reći da

je moment konstantan, pa vratilo rotora usporava konstantnim ubrzanjem. Kružna frekvencija

preostalog napona jednaka je mehaničkoj kružnoj frekvenciji vratila rotora, a amplituda napona

opada približno po eksponencijalnom zakonu. Pad amplitude preostalog napona nastao pri

prekidu napajanja odgovara trenutnom padu impedancije motora.

Simulacijom praznog hoda u Matlabu dobivaju se približne vrijednosti mjerenih veličina,

prikaz dijagrama struja i napona nalazi se na slici 6.2. U praznom hodu iznos struje je

IA = IB = 2,16 A, napona UA = UB = 378,2 V. Nakon isklopa struje padaju na nulu, a na

dijagramu napona A dolazi do pojave preostalog napona.

Sl. 6.2. Dijagrami struje i napona motora br. 1 u praznom hodu (Matlab)

Na dijagramu napona A trajanje preostalog napona od početka isklopa, pa sve do pada napona na

nulu (ispod 10 V) iznosi tp = 0,59 s, trajanje je nešto manje u odnosu na stvarno mjerenje.

Također, kružna frekvencija preostalog napona jednaka je mehaničkoj kružnoj frekvenciji vratila

rotora i amplituda napona opada približno po eksponencijalnom zakonu.

67

6.1.2. Analiza mjerenja preostalog napona motora br. 1 pod teretom Motor br. 1 pušta se u pogon, nakon stanja praznog hoda tereti se mehaničkim putem na

vratilu rotora. Kao posljedica, teret djeluje na povećanje struje motora IA = IB = 3,39 A, dok su

naponi konstantni UA = UB = 381,2 V. U trenutku isklopa, struje A i B padaju na nulu, napon A

postaje napon na stezaljkama statorskog namota, a napon B postaje napon mreže. Prikaz

dijagrama struja i napona nalazi se na slici 6.3.

Sl. 6.3. Dijagrami struje i napona motora br. 1 pod teretom (DASYLab)

Struje A i B pod teretom veće su u odnosu na prazni hod motora, teret djeluje i na povećanje

struje u rotorskom namotu. Povećanje struje rotora i statora proizlazi iz potrebe motora da

nadoknadi energiju izgubljenu za savladavanje momenta tereta. Prekidom izvora napajanja,

struja rotora trenutno se smanjuje, ali i dalje pokušava održati struju uzbude i savladati naglu

promjenu u glavnom magnetskom toku.

Iz dijagrama napona A, vidljivo je da je zbog tereta pojava preostalog napona umanjena.

Trajanje preostalog napona od trenutka prekida napajanja pa sve do pada na nulu iznosi

tp = 0,19 s, a vrijeme potrebno da se rotor motora zaustavi je tz = 0,67 s. Kružna frekvencija

preostalog napona jednaka je mehaničkoj kružnoj frekvenciji vratila rotora. Kada se usporedi

kružna frekvencija preostalog napona motora br. 1 u praznom hodu i pod teretom, primjećuje se

da je u drugom slučaju ona u naglom opadanju. Razlog tomu jest naglo opadanje brzine rotora n,

a samim time i mehaničke kružne frekvencije vratila rotora uzrokovano teretom. Amplituda

napona opada približno po eksponencijalnom zakonu, kada se usporedi sa amplitudom

preostalog napona u praznom hodu također se primjećuje smanjenje. Primjerice, vrh prve

amplitude preostalog napona izmjerene u praznom hodu iznosi 430 V, a vrh prve amplitude

izmjerene pod teretom motora iznosi 400 V.

68

Dijagrami struje i napona dobiveni simulacijskim mjerenjem, prikazani su na slici 6.4.

Motor br. 1 nakon praznog hoda opterećuje se okretnim momentom od 10 Nm, pri tom momentu

struja motora podiže se na vrijednost približnoj onoj pri stvarnom mjerenju IA = IB = 3,53 A.

Cilj je dobiti slične uvjete kao i kod stvarnog mjerenja. Naponi iznose UA = UB = 379,2 V, u

trenutku isklopa struje padaju na nulu, a na dijagramu napona A dolazi do pojave preostalog

napona.

Sl. 6.4. Dijagrami struje i napona motora br. 1 pod teretom (Matlab)

Trajanje preostalog napona pod teretom od trenutka prekida napajanja pa sve do pada na nulu

iznosi tp = 0,25 s. Pojava je za kratko vrijeme duža nego u stvarnom mjerenju, ali opet kraća

nego kod simulacije u praznom hodu. Kružna frekvencija preostalog napona mjerena pod

teretom, u odnosu na kružnu frekvenciju mjerenu u praznom hodu naglo opada. Amplituda

napona također opada približno po eksponencijalnom zakonu, primjećuje se smanjenje nego kod

mjerenja u praznom hodu. Vrh prve amplitude u simulacijskom mjerenju preostalog napona u

praznom hodu iznosi 430 V, a kod mjerenja pod teretom iznosi 400 V.

69

6.1.3. Analiza mjerenja preostalog napona motora br. 1 uz brzi isklop-uklop sklopke

Motor br. 1 pušta se u pogon, neopterećen je i za kratko vrijeme dolazi u stanje praznog

hoda. Struje i naponi imaju isti iznos kao i kod mjerenja u praznom hodu. Nakon stanja praznog

hoda motor se isklapa iz pogona, a struje A i B padaju na nulu. Dijagrami struja i napona nalaze

se na slici 6.5.

Sl. 6.5. Dijagrami struje i napona motora br. 1 izmjereni

uz brzi isklop-uklop sklopke (DASYLab) Nakon isklopa, za vrijeme od tu = 0,35 s vrši se ponovni uklop motora na mrežu pri pojavi

preostalog napona. Ponovno uklapanje motora br. 1 na mrežu dok je na njegovom statorskom

namotu prisutna pojava preostalog napona, dovodi do strujnog udara prikazanog na slici 6.5. Na

dijagramima struje A i B vidljivo je da pik struje motora pri ponovnom uklopu iznosi 40 A, on je

skoro 6 puta veći od nazivne struje motora. Primjerice, pik struje pokretanja iznosi 30 A, 4 puta

je veći od nazivne struje motora. Zaključak je da pri uklapanju motora uz prisutnost preostalog

napona, dolazi do strujnog udara uzrokovanog faznom razlikom napona mreže i preostalog

napona [10, str. 1]. Fazna razlika utiče na iznos strujnog udara, ako je razlika mala pik struje pri

ponovnom uklapanju biti će također manji. Na pik struje utiče i brzina ponovnog uklapanja, tj.

što je vrijeme ponovnog uklapanja tu veće, to je pik struje manji jer preostali napon s vremenom

opada.

70

Simulacijskim mjerenjem dobivaju se približni rezultati, dijagrami struja i napona

prikazani su na slici 6.6. Motor br. 1 dovodi se u stanje praznog hoda i isklapa sa mreže, gdje

također dolazi do pojave preostalog napona.


uz brzi isklop-uklop sklopke (Matlab)

Ponovno uklapanje vrši se za tu = 0,216 s, pri pojavi preostalog napona na statorskom namotu.

Uslijed fazne razlike napona mreže i preostalog napona dolazi do strujnog udara, gdje pik struje

iznosi 35 A i nešto je manji nego kod stvarnog mjerenja. Pik struje pokretanja motora iznosi

22 A, također je nešto manji nego kod stvarnog mjerenja. Rezultati simulacijskog mjerenja

možda malo odstupaju od stvarnog mjerenja, no pokazuju iste činjenice i pojave.

6.2. Analiza mjerenja preostalog napona na motoru br. 2 Motor br. 2 jedan je od dva mala motora koji se nalaze na postolju (Sl. 3.1.), snaga

motora je 0,22 kW, nazivna brzina iznosi 660 min-1 i manja je nego kod velikog motora.

Analizirat će se tri mjerenja na motoru opisana u postupku mjerenja (odjeljak 3.2.).

71

6.2.1. Analiza mjerenja preostalog napona motora br. 2 u praznom hodu

Motor br. 2 nakon puštanja u pogon za kratko vrijeme dolazi u stanje praznog hoda, u

praznom hodu struje iznose IA = IB = 2,11 A, a naponi UA = UB = 383,2 V. Nakon stanja praznog

hoda motor se isklapa iz pogona, struje A i B padaju na nulu. Od trenutka isklapanja napon A

postaje napon na stezaljkama statorskog namota, a napon B postaje napon mreže. Dijagrami

struja i napona prikazani su na slici 6.7.

Sl. 6.7. Dijagrami struje i napona motora br. 2 u praznom hodu (DASYLab)

Kao i kod velikog motora, prekidanjem izvora napajanja struja rotora naglo se povećava kako bi

održala struju uzbude i savladala naglu promjenu u glavnom magnetskom toku. Nakon

isklapanja, vratilo rotora neko vrijeme nastavlja se okretati zbog dobivene kinetičke energije.

Zbog prisutnosti zaostalog magnetskog polja u motoru on počinje raditi kao asinkroni generator,

stvarajući tako pojavu preostalog napona na stezaljkama statorskog namota. Trajanje preostalog

napona od trenutka prekida napajanja pa sve do pada na nulu iznosi tp = 0,15 s, a vrijeme

potrebno da se rotor motora br. 2 zaustavi je tz = 5,8 s. Mora se primijetiti da je kod manjeg

motora trajanje preostalog napona u praznom hodu 4 puta kraće nego kod velikog motora.

Kružna frekvencija preostalog napona jednaka je mehaničkoj kružnoj frekvenciji vratila rotora, a

amplituda napona opada približno po eksponencijalnom zakonu. Kada se usporede amplitude

preostalog napona velikog i malog motora, vidljivo je da je kod manjeg motora smanjena

amplituda. Primjerice, vrh prve amplitude preostalog napona velikog motora br. 1 u praznom

hodu iznosi 430 V, a kod malog motora br. 2 iznosi 240 V. Analogno gore navedenom, može se

zaključiti da su trajanje i veličina amplitude preostalog napona direktno povezani sa veličinom

motora.

72

Iz dijagrama struje i napona prikazanih na slici 6.8., vidljivo je da su rezultati mjerenja

dobiveni simulacijom u Matlabu približni stvarnim rezultatima. U praznom hodu struje iznose

IA = IB = 1,95 A, a naponi UA = UB = 379,3 V. Pri isklopu struje padaju na nulu, a na dijagramu

napona A dolazi do pojave preostalog napona.

Sl. 6.8. Dijagrami struje i napona motora br. 2 u praznom hodu (Matlab)

Na dijagramu napona A, trajanje preostalog napona od početka isklopa, pa sve do pada napona

na nulu iznosi tp = 0,11 s i nešto je manje u odnosu na stvarno mjerenje. Trajanje preostalog

napona u simulaciji, 5 puta je kraće nego kod simulacijskog mjerenja na velikom motoru u

praznom hodu. Vrh prve amplitude preostalog napona velikog motora br. 1 kod simulacijskog

mjerenja u praznom hodu iznosi 430 V, a kod istog mjerenja prikazanog na slici gore vrh

amplitude iznosi 245 V. Simulacija vjerno prikazuje isti zaključak, da je trajanje i veličina

preostalog napona direktno povezana sa veličinom motora.

73

6.2.2. Analiza mjerenja preostalog napona motora br. 2 pod teretom Motor br. 2 pušta se u pogon, nakon stanja praznog hoda tereti se mehaničkim putem na

vratilu rotora. Specifičnost malih motora je ta da pri srednjem teretu ne dolazi do znatnog

povećanja struje motora, za razliku od velikih motora. Pod teretom struje iznose

IA = IB = 2,15 A, a naponi UA = UB = 381,5 V. U trenutku isklopa struje A i B padaju na nulu,

napon A postaje napon na stezaljkama statorskog namota, a napon B postaje napon mreže.

Prikaz dijagrama struje i napona nalazi se na slici 6.9.

Sl. 6.9. Dijagrami struje i napona motora br. 2 pod teretom (DASYLab)

Struje A i B pod teretom istog su iznosa kao i struje u praznom hodu, no struje unutar rotorskog

namota povećavaju se uslijed opterećenja. Razlog povećanja struje u rotorskom namotu je

povećanje relativne brzine nr (broj okretaja kojim magnetski tok presijeca vodiče rotora).

Prekidom izvora napajanja, struja rotora naglo se povećava kako bi održala struju uzbude i

savladala naglu promjenu u glavnom magnetskom toku.

Iz dijagrama napona A, vidljivo je da je zbog tereta pojava preostalog napona umanjena.

Trajanje preostalog napona od trenutka prekida napajanja pa sve do pada na nulu iznosi

tp = 0,095 s, a vrijeme potrebno da se rotor motora zaustavi je tz = 0,49 s. Kada se usporedi

kružna frekvencija preostalog napona motora br. 2 u praznom hodu i pod teretom, primjećuje se

da je u drugom slučaju ona u naglom opadanju. Razlog tomu jest naglo opadanje brzine rotora n,

a samim time i mehaničke kružne frekvencije vratila rotora uzrokovano teretom. Amplituda

napona opada približno po eksponencijalnom zakonu, kada se usporedi sa amplitudom

preostalog napona u praznom hodu također se primjećuje smanjenje. Primjerice, vrh prve

amplitude preostalog napona izmjerene u praznom hodu iznosi 240 V, a vrh prve amplitude

izmjerene pod teretom motora iznosi 200 V.

74

Dijagrami struje i napona dobiveni simulacijskim mjerenjem prikazani su na slici 6.10.

Motor br. 2 nakon praznog hoda opterećuje se okretnim momentom od 2,5 Nm, pri teretu struje

iznose IA = IB = 1,97 A, a naponi UA = UB = 379,2 V. U trenutku isklopa struje padaju na nulu, a

na dijagramu napona A dolazi do pojave preostalog napona.

Sl. 6.10. Dijagrami struje i napona motora br. 2 pod teretom (Matlab)

Trajanje preostalog napona pod teretom od trenutka prekida napajanja pa sve do pada na nulu

iznosi tp = 0,092 s, pojava je kraća nego kod simulacije u praznom hodu. Kružna frekvencija

preostalog napona izmjerena pod teretom, u odnosu na kružnu frekvenciju izmjerenu u praznom

hodu naglo opada kod simulacijskog mjerenja. Amplituda napona također opada približno po

eksponencijalnom zakonu, primjećuje se smanjenje nego kod mjerenja u praznom hodu. Vrh

prve amplitude u simulacijskom mjerenju preostalog napona u praznom hodu iznosi 245 V, a

kod mjerenja pod teretom iznosi 215 V.

75

6.2.3. Analiza mjerenja preostalog napona motora br. 2 uz brzi isklop-uklop sklopke

Motor br. 2 pušta se u pogon, neopterećen je i za kratko vrijeme dolazi u stanje praznog

hoda. Struje i naponi su isti kao i kod mjerenja u praznom hodu. Nakon stanja praznog hoda

motor se isklapa iz pogona, a struje A i B padaju na nulu. Dijagrami struja i napona prikazani su

na slici 6.11.


uz brzi isklop-uklop sklopke (DASYLab)

Nakon isklopa, za vrijeme od tu = 0,164 s vrši se ponovni uklop motora na mrežu pri

pojavi preostalog napona. Motor br. 2 razvija kratku pojavu preostalog napona, preciznije 4 puta

kraću nego kod velikog motora. Grebenastom sklopkom nije moguće tako brzo ponovno uklopiti

motor natrag u pogon, dok je prisutna pojava preostalog napona. Stoga, pik struje pri ponovnom

uklopu iznosi 7,2 A, što odgovara struji pokretanja. Zaključak je da je pojava preostalog napona

kod malih motora slabije izražena, za razliku od velikih motora.


prikazani su na slici 6.12. Motor br. 2 dovodi se u stanje praznog hoda, isklapa se sa mreže gdje

također dolazi do kratke pojave preostalog napona.

Ponovno uklapanje vrši se za tu = 0,178 s, a kao i u stvarnom mjerenju pojava preostalog

napona nije prisutna na statorskom namotu. Pik struje prilikom ponovnog uklapanja motora

iznosi 7,1 A, što također odgovara struji pokretanja.

76


uz brzi isklop-uklop sklopke (Matlab) 6.3. Analiza mjerenja preostalog napona na tri motora spojena u paralelu Na tri motora koji se nalaze na postolju (Sl. 3.1.) i u paralelnom su spoju, analizirat će se

četiri mjerenja opisana u postupku mjerenja (odjeljak 3.2.).

6.3.1. Analiza mjerenja preostalog napona na tri motora u praznom hodu

Motori se puštaju u pogon i za kratko vrijeme dolaze u stanje praznog hoda, struje motora

iznose: I1 = 2,47 A, I2 = 2,12 A, I3 = 1,97 A, IM = 6,16 A, a naponi US = UM = 380,7 V. Nakon

stanja praznog hoda motori se isklapaju, na sabirnici se javlja pojava preostalog napona

prikazana u dijagramu napona S. Dijagrami struja i napona prikazani su na slici 6.13.

Prema slici, poslije prekida napajanja struje motora br. 2 i br. 3 (struja 2, struja 3) imaju

suprotan fazni kut od struje motora br. 1 (struja 1). Ovo pokazuje da motor br. 1 radi kao

asinkroni generator, ostala dva motora se ponašaju kao asinkroni motori i primaju električnu

energiju iz sabirnice. Dokaz je i odnos faze struje motora br. 2 i br. 3 u odnosu na fazu

preostalog napona na sabirnici (napon S), struje faze motora kasne za naponom u iznosu od 90˚.

77

Sl. 6.13. Dijagrami struje i napona tri motora u praznom hodu (DASYLab)

Kako je motor br. 1 poslije prekida napajanja asinkroni generator, preostali napon sabirnice je

preostali napon motora br. 1. Trajanje pojave preostalog napona na sabirnici od početka isklopa,

pa do pada napona na nulu iznosi tp = 0,40 s. Kada se usporedi sa trajanjem preostalog napona

motora br. 1 izmjerenog u praznom hodu, primjećuje se skraćenje trajanja. Amplituda preostalog

napona na sabirnici opada približno po eksponencijalnom zakonu. Kružna frekvencija preostalog

napona na sabirnici, jednaka je mehaničkoj kružnoj frekvenciji vratila rotora motora br. 1.

Primjećuje se pad kružne frekvencije napona sabirnice u odnosu na kružnu frekvenciju

preostalog napona, izmjerenog u praznom hodu na asinkronom motoru br. 1 (slika 6.1.).

Analogno tome, može se zaključiti da je vrijeme potrebno da se zaustavi rotor motora br. 1

spojenog u paralelu pri isključenju napajanja, kraće nego kod ispitivanja istog motora u praznom

hodu i ono iznosi tz = 10,3 s. Razlog kraćeg vremena zaustavljanja rotora, leži u generatorskom

svojstvu i predanoj električnoj energiji. Primjerice, motor br. 2 jedan je od motora koji je primio

električnu energiju iz sabirnice pa je vrijeme potrebno se njegov rotor zaustavi tz = 7,1 s, ono je

veće nego kod ispitivanja istog motora u praznom hodu.

Vrh amplitude struje 1 prilikom prekida napajanja, malo se popela u odnosu na

konstantnu vrijednost koju je imala prije isključenja. Pojava povećanja amplitude struje motora

koji predaje električnu energiju u sabirnicu, izraženija je kod motora velikih snaga i može doseći

velike vrijednosti [7, str. 2]. Opadanje amplitude struje 1, usko je povezano sa opadanjem

preostalog napona na sabirnici. Amplitude struja ostala dva motora struje 2 i struje 3, manje su u

odnosu na amplitudu struje 1.

78

Dijagrami struje i napona dobiveni iz simulacije isklapanja motora spojenih u paralelu

koji se nalaze u praznom hodu, prikazani su na slici 6.14. Struje u praznom hodu

iznose: I1 = 2,12 A, I2 = 1,93 A, I3 = 1,84 A, IM = 5,51 A, a naponi US = UM = 380,2 V. Nakon

isklapanja na sabirnici se javlja pojava preostalog napona, prikazana na dijagramu napona S.

Sl. 6.14. Dijagrami struje i napona tri motora u praznom hodu (Matlab)

Također, uspoređujući fazu struje 1 i faze struja ostala dva motora, dolazi se do zaključka

da motor br. 1 pri isključenju postaje asinkroni generator. Trajanje pojave preostalog napona na

sabirnici od početka isklopa pa do pada napona na nulu iznosi tp = 0,33 s. Kada se usporedi sa

trajanjem preostalog napona motora br. 1 izmjerenog simulacijom u praznom hodu, primjećuje

se skraćenje trajanja. Amplituda preostalog napona na sabirnici opada približno po

eksponencijalnom zakonu. Kao i u stvarnom mjerenju, primjećuje se pad kružne frekvencije

napona sabirnice u odnosu na kružnu frekvenciju preostalog napona izmjerenog simulacijom u

praznom hodu asinkronog motora br. 1 (slika 6.2.).

Vrh amplitude struje 1 nastale uslijed prekida napajanja, također se malo popela u odnosu

na konstantnu vrijednost koju je imala prije isključenja, a opadanje amplitude je usko povezano

sa opadanjem preostalog napona na sabirnici. Struje ostala dva motora, struja 2 i struja 3 imaju

manju amplitudu u odnosu na struju 1, kao i suprotan fazni kut.

79

6.3.2. Analiza mjerenja preostalog napona na tri motora pod teretom motora br. 1

Motori se puštaju u pogon, nakon stanja praznog hoda motor br. 1 tereti se mehaničkim

putem na vratilu rotora. Teret djeluje na povećanje struje motora br. 1 pa je struja I1 = 3,01 A.

Ostale struje iznose: I2 = 2,12 A, I3 = 2,05 A, IM = 6,40 A, naponi su US = UM = 380,2 V.

Vrši se prekid napajanja pri teretu, a na sabirnici se javlja pojava preostalog napona prikazana u

dijagramu napona S. Dijagrami struja i napona prikazani su na slici 6.15.

Sl. 6.15. Dijagrami struje i napona tri motora, pod teretom motora br. 1 (DASYLab)

Kao i u prošlom mjerenju motor br. 1 radi kao asinkroni generator, a ostala dva motora

primaju električnu energiju iz sabirnice. Trajanje pojave preostalog napona na sabirnici od

početka isklopa, pa do pada napona na nulu iznosi tp = 0,165 s. Razlog smanjenja trajanja pojave

preostalog napona u odnosu na prošlo mjerenje, leži u bržem smanjivanju brzine rotora n

uzrokovano teretom na motoru br. 1. Brže smanjivanje brzine rotora dovodi do bržeg pada

mehaničke kružne frekvencije vratila rotora, a samim time i kružne frekvencije preostalog

napona na sabirnici. Amplituda preostalog napona na sabirnici opada približno po

eksponencijalnom zakonu.

Struja motora br. 1 (struja 1) ne opada po eksponencijalnom zakonu, a pad njene kružne

frekvencije odgovara padu mehaničke kružne frekvencije vratila rotora. Dok je u prošlom

mjerenju struja 1 bila usko povezana sa preostalim naponom na sabirnici, ovdje to nije slučaj i

trajanje joj je nešto duže u odnosu na preostali napon. Struje druga dva motora

(struja 2, struja 3), imaju suprotni fazni kut od struje motora br. 1 i amplitude su im manje u

odnosu na struju istog motora.

80


prikazani su na slici 6.16. Motor br. 1 nakon praznog hoda opterećuje se okretnim momentom od

10 Nm, pri tom opterećenju struja motora podiže se na vrijednost približnu onoj pri stvarnom

mjerenju i iznosi I1 = 3,46 A. Cilj je dobiti slične uvjete kao i kod stvarnog mjerenja. Ostale

struje iznose: I2 = 1,84 A, I3 = 1,83 A, IM = 6,71 A, naponi su US = UM = 380,4 V.

Sl. 6.16. Dijagrami struje i napona tri motora, pod teretom motora br. 1 (Matlab)

Nakon prekida napajanja, na sabirnici se javlja pojava preostalog napona prikazana na

dijagramu S. Trajanje pojave preostalog napona na sabirnici, od početka isklopa pa do pada

napona na nulu iznosi tp = 0,127 s i nešto je kraće nego u stvarnom mjerenju. Kada se usporedi

trajanje pojave preostalog napona u ovom i prijašnjem simulacijskom mjerenju, također se

primjećuje skraćenje trajanja uzrokovano teretom. Primjećuje se i brže opadanje mehaničke

kružne frekvencije vratila rotora, a samim time i kružne frekvencije preostalog napona na

sabirnici. Amplituda preostalog napona na sabirnici opada približno po eksponencijalnom

zakonu.

Također kao i u stvarnom mjerenju, zbog tereta nastaje pad kružne frekvencije struje 1

koji odgovara padu mehaničke kružne frekvencije vratila rotora. Struje druga dva motora imaju

suprotni fazni kut od struje motora br. 1 i amplitude su im manje u odnosu na struju istog motora.

81

6.3.3. Analiza mjerenja preostalog napona na tri motora pod teretom motora br. 2

Motori se puštaju u pogon, nakon stanja praznog hoda motor br. 2 tereti se mehaničkim

putem na vratilu rotora. Teret nije velikog iznosa pa slabije djeluje na povećanje struje motora

br. 2, struja iznosi I2 = 2,15 A. Ostale struje iznose: I1 = 2,27 A, I3 = 2,00 A, IM = 6,18 A, a

naponi US = UM = 380,8 V. Vrši se prekid napajanja pri teretu, a na sabirnici se javlja pojava

preostalog napona prikazana u dijagramu napona S. Dijagrami struja i napona prikazani su na

slici 6.17.

Sl. 6.17. Dijagrami struje i napona tri motora, pod teretom motora br. 2 (DASYLab)

Trajanje pojave preostalog napona na sabirnici od početka isklopa, pa do pada napona na nulu

iznosi tp = 0,215 s i veće je nego u prošlom mjerenju. Kada se ono usporedi sa trajanjem u

praznom hodu, primjećuje se skraćenje uzrokovano teretom na motoru br. 2. Prilikom isključenja

napajanja motor br. 1 počinje napajati kao asinkroni generator druga dva motora. Amplituda

preostalog napona na sabirnici opada približno po eksponencijalnom zakonu.

Kako je motor br. 2 pod teretom, on dobiva veću količinu struje iz sabirnice kako bi ga

savladao. Struja 2 veća je u odnosu na struju 3, pomjerena je za jako mali fazni kut i kasnije pada

na nulu. Struja 1 i struja 2 imaju suprotan fazni kut, što ukazuje da motor br. 1 poslije prekida

napaja kao asinkroni generator druga dva motora.

82

Dijagrami struja i napona dobivenih simulacijskim mjerenjem, prikazani su na slici 6.18.

Motor br. 2 nakon praznog hoda opterećuje se okretnim momentom od 4,5 Nm, malo opterećenje

slabije djeluje na povećanje struje motora pa je I2 = 1,97 A. Ostale struje iznose: I1 = 2,12 A,

I3 = 1,84 A, IM = 5,66 A, a naponi US = UM = 380,2 V.

Sl. 6.18. Dijagrami struje i napona tri motora, pod teretom motora br. 2 (Matlab)

Trajanje pojave preostalog napona na sabirnici, od početka isklopa pa do pada napona na nulu

iznosi tp = 0,198 s i nešto je manjeg iznosa nego kod stvarnog mjerenja. Kada se ono usporedi sa

simulacijom u praznom hodu, primjećuje se skraćenje uzrokovano teretom na motoru br. 2.

Amplituda preostalog napona na sabirnici opada približno po eksponencijalnom zakonu. Kao i u

stvarnom mjerenju, motor br. 1 nakon isključenja napajanja postaje asinkroni generator.

Također, motor br. 2 dobiva veću količinu struje kako bi savladao teret, pa je struja 2

veća od struje 3 i pomjerena za jako mali fazni kut. Struja 1 i struja 2 imaju suprotan fazni kut.

83

6.3.4. Analiza mjerenja preostalog napona na tri motora uz brzi isklop-uklop sklopke

Kao i kod mjerenja u praznom hodu, motori se puštaju u pogon neopterećeni i za kratko

vrijeme dolaze u stacionarno stanje. Struje i naponi istog su iznosa kao i kod mjerenja u praznom

hodu. Nakon stanja praznog hoda motori se isklapaju, dolazi do pojave preostalog napona na

sabirnici. Dijagrami struja i napona prikazani su na slici 6.19.

Sl. 6.19. Dijagrami struje i napona tri motora izmjereni uz brzi isklop-uklop sklopke (DASYLab)

Nakon isklopa, za vrijeme tu = 0,183 s vrši se ponovni uklop sva tri motora na mrežu uz

prisutnost preostalog napona na sabirnici. Ponovno uklapanje sva tri motora na mrežu, dok je na

sabirnici prisutna pojava preostalog napona dovodi do strujnog udara. Pik struje na motoru br. 1

(struja 1) doseže vrijednost do čak 50 A, 7 puta je veći od nazivne struje motora, primjerice

prilikom pokretanja pik struje je iznosio 30 A. Mora se primijetiti da je izmjereni strujni udar na

motoru br. 1 koji se nalazi u paralelnom spoju, veći nego kod ponovnog uklapanja samog

motora. Pik struje na ostala dva motora (struja 2, struja 3) dostiže vrijednost do 7,6 A, malo je

veći od struje pokretanja oba motora. Pik struje sva tri motora (struja M) doseže vrijednost malo

veću od 50 A, vrh amplitude ne može se vidjeti zbog tehničkih problema. Naime, prilikom

podešavanja strujnih mjernih kliješta, mjerni opseg im je postavljen na 40 A. Na veličinu pika

struje utiče vrijeme ponovnog uklapanja tu, kao i fazna razlika između napona mreže i preostalog

napona na sabirnici.

Na dijagramu zajedničke struje sva tri motora (struja M), uočava se velika pojava

električnog luka nastala na sklopci prilikom ponovnog uklapanja. Električni luk bio je slabije

izražen u prijašnjim mjerenjima, pa je zaključak da je preostali napon sabirnice uticao na

njegovo povećanje.

84

Simulacijskim mjerenjem dobivaju se približni rezultati, dijagrami struje i napona

prikazani su na slici 6.20. Struje i naponi istog su iznosa kao i kod simulacijskog mjerenja u

praznom hodu.

Sl. 6.20. Dijagrami struje i napona tri motora izmjereni uz brzi isklop-uklop sklopke (Matlab)

Motori se nakon stanja praznog hoda isklapaju i za vrijeme tu = 0,128 ponovno uklapaju na

mrežu. Kao i kod stvarnog mjerenja, ponovno uklapanje na mrežu dok je na sabirnici prisutna

pojava preostalog napona dovodi do strujnog udara. Pik struje na motoru br. 1 (struja 1) doseže

vrijednost do 43 A, nešto je manji nego kod stvarnog mjerenja, prilikom pokretanja pik struje je

iznosio 22 A. Pik struje na ostala dva motora (struja 2, struja 3) dostiže vrijednost do 7,4 A,

malo je veći od struje pokretanja motora. Pik struje sva tri motora (struja M) doseže vrijednost

malo veću od 50 A.

85

6.4. Objedinjena analiza mjerenja preostalog napona i nastale činjenice

Analizom mjerenja preostalog napona na motoru br. 1 i br. 2 dolazi se do slijedećih

činjenica:

trajanje preostalog napona kao i veličina amplitude, direktno je povezana sa veličinom

motora. Motori koji imaju veću masu rotora, imaju veću dobivenu kinetičku energiju i

zbog toga im je vrijeme zaustavljanja rotora tz veće. Vrijeme trajanja preostalog napona tp

i amplituda preostalog napona prilikom isključenja također im je veća, u odnosu na

manje motore.

teret koji se dovodi mehaničkim putem na vratilo rotora, koči motor i povećava struju

rotora i statora. Teret prilikom isključenja napajanja dovodi do pada trajanja, amplitude i

frekvencije preostalog napona u odnosu na prazni hod motora.

prilikom brzog isklapanja i ponovnog uklapanja sklopke motora koji se nalazi u praznom

hodu, dolazi do strujnog udara na statorskom namotu. Veličina pika struje prilikom

ponovnog ukapčanja ovisi o više faktora. Ovisi o faznoj razlici preostalog napona i

napona mreže, vremenu ponovnog uklapanja tu i također ovisi o veličini motora. Što je

fazna razlika između dva napona veća, a vrijeme ponovnog uklapanja manje, pik struje

prilikom ponovnog uklapanja biti će veći. Što je motor veće snage, to je veći i pik struje.

Sprovedenom analizom na tri motora koji se nalaze u paralelnom spoju, tj. spojeni su na

zajedničku sabirnicu, dolazi se do slijedećih činjenica:

motor sa većom brzinom rotora, trajanjem preostalog napona i većom amplitudom nakon

prekida napajanja počinje raditi kao asinkroni generator, napajajući tako ostale motore na

sabirnici. Motoru koji postaje asinkroni generator smanjuje se vrijeme zaustavljanja

rotora tz, razlog tomu leži u njegovom generatorskom svojstvu. Motorima koji primaju

električnu energiju iz sabirnice povećava se vrijeme zaustavljanja rotora, zbog primljene

energije iz sabirnice.

prilikom prekida napajanja, mehanički teret na vratilu rotora motora koji počinje raditi

kao asinkroni generator, dovodi do značajnog smanjenja pojave preostalog napona

mehanički teret na motoru koji prima električnu energiju iz sabirnice prilikom prekida

napajanja, također dovodi do smanjenja pojave preostalog napona, no ono nije toliko

značajno. Motor koji postaje asinkroni generator, nadoknađuje izgubljenu energiju

motoru koji pokušava savladati teret.

brzo isklapanje i ponovno uklapanje sklopke sva tri motora koji se nalaze u praznom

hodu, dovodi do strujnog udara uslijed fazne razlike između preostalog napona na

sabirnici i napona mreže. Pik struja pojedinačnih motora nastao pri ponovnom uklapanju

sva tri motora peko sabirnice, puno je veći nego kad se ponovno uklapa svaki motor

zasebno. Prilikom ponovnog uklapanja na sklopci se pojavljuje najveći pik struje (suma

struja sva tri motora), a dolazi i do povećane pojave električnog luka.

86

7. ZAKLJUČAK

U prethodnim poglavljima opisana je pojava preostalog napona nastala na statorskom

namotu asinkronog kaveznog motora, kao i njeno djelovanje. Pojavu preostalog napona uzrokuje

remanentni magnetizam, na jednom primjeru prikazan je nastanak pojave remanentnog

magnetizma na feromagnetskom materijalu. Opisan je proračun dobivanja parametara iz

nadomjesne sheme asinkronog motora, koja je osnova za modeliranje asinkronog motora u

kompjuterskoj simulaciji.

Kako bi se što bolje objasnila pojava preostalog napona i njeno djelovanje, definiran je

postupak mjerenja sa pripadajućim shemama i opisima mjerenja, koja su prikazana u

odgovarajućim tablicama. Postupak se jednako može primijeniti u mjerenju pomoću DAQ

kartice, kao i u simulacijskom mjerenju sprovedenom u programu Matlab.

DAQ sustav jedan je od boljih, lakših i preciznijih načina prikazivanja mjernih rezultata.

Koristeći postupak mjerenja preostalog napona, prikazan je način spajanja mjernih instrumenata

na DAQ karticu. Opisane su osnove rada i mogućnosti programa DASYLab, koji povezuje DAQ

karticu sa računalom. Primjena programa DASYLab dovodi do lakše analize mjerenih rezultata.

Matematički model asinkronog motora, temelj je proučavanja njihovog rada u

stacionarnim i dinamičkim uvjetima. SimPowerSystems alat je programskog paketa Matlab, koji

među ostalim modelima sadrži i matematički model asinkronog motora. Unutar modela

pojedinog asinkronog motora unose se parametri dobiveni proračunom, a proračun je detaljno

prikazan i objašnjen. Koristeći postupak mjerenja preostalog napona, stvoreni su simulacijski

modeli koji služe za lakše razumijevanje prilika u motoru i nastalog napona nakon prekida

napajanja.

Dobivenim rezultatima pristupilo se sa detaljnom analizom preostalog napona, na dva

motora zasebno i tri motora u paraleli. Simulacija mjerenja dobro je popratila stvarne rezultate,

uz mala odstupanja. Izvukle su se neke činjenice koje govore koliko je stvarno opasan preostali

napon nastao na statorskom namotu asinkronog motora. Posebnu pozornost treba skrenuti na

pojavu električnog udara prilikom ponovnog ukapčanja jednog ili više motora na mrežu, uz

prisutnost pojave preostalog napona. Strujni udar može oštetiti izolaciju namota na statoru i

namot općenito zbog trenutnog zagrijavanja, a također ne djeluje povoljno ni na sklopku.

Dokazalo se da teret na motoru smanjuje trajanje i amplitudu preostalog napona, no samo ako se

radi o teretu kočenja.

U radu, terećenje motora obavljalo se mehaničkim putem na rotoru, tj. kočenjem vratila

rotora. Trebao bi se proučiti preostali napon na motoru, koji na rotoru kao teret ima veliku

zamašnu masu koja produžava vrijeme zaustavljanja rotora tz. Preostali napon na sabirnici, kada

su na nju pored asinkronih motora spojeni neki drugi elementi ili uređaji kao što su kapaciteti,

transformatori itd., trebao bi se posebno razmotriti. Također, nije proučena reakcija namota

statora pri naglom padu napona kod nestabilnih mreža na asinkronom motoru koji se nalazi u

pogonu.

LITERATURA [1] J. Jureković: ELEKTRIČKI STROJEVI, Školska knjiga, Zagreb, 2001.

[2] R. Wolf: OSNOVE ELEKTRIČNIH STROJEVA, Školska knjiga, Zagreb, 1995.

[3] M. Krčum: ASINKRONI STROJEVI, Sveučilište u Splitu, Split, 2008.

[4] V. Hartl: ELEKTRIČNI STROJEVI, Školska knjiga, Zagreb, 1991.

[5] Lj. Malešević: MAGNETIZAM, Sveučilište u Splitu, Split, 2004.

[6] Z. Ognjen: ISPITIVANJE TROFAZNOG ASINHRONOG MOTORA U PRAZNOM HODU

I KRATKOM SPOJU, Diplomski rad, Elektrotehnički fakultet, Univerzitet u Banjoj Luci,

Banja Luka, 2003.

[7] Y. Akiyama: INDUCTION MOTOR RESIDUAL VOLTAGE, Kanagawa Institute of Tehnology,

Japan, 1990.

[8] I. Boldea, S. Nasar: THE INDUCTION MACHINE HANDBOOK, CRC Press, 2001.

[9] M. Kostić: NAJVEĆE DOZVOLJENE SNAGE KONDENZATORA ZA POJEDINAČNU

KOMPENZACIJU ASINHRONIH MOTORA, Stručni rad, Elektrotehnički institut „Nikola

Tesla”, Beograd, 2005.

[10] T. Gajić, Ž. Janda, M. Milošević, D. Arnautović: RAZVOJ I REALIZACIJA ALGORITAMA I

UREĐAJA ZA AUTOMATSKO PREBACIVANJE NAPAJANJA SABIRNICA 6kV NA

REZERVNO NAPAJANJA, Stručni rad, Elektrotehnički institut „Nikola Tesla”, Beograd, 2008.

[11] G. Zdunić: MJERENJE PODRŽANO RAČUNALNIM PROGRAMSKIM PAKETOM

DASYLAB, Završni rad, Elektrotehnički fakultet, Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku,

Osijek, 2010.

[12] Z. Valter: ELEKTRIČNI STROJEVI I POGONI S MATLABOM, Elektrotehnički fakultet,

Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku, Osijek, 2009.

SAŽETAK Preostali (rezidualan) napon namota asinkronog kaveznog motora

U radu je opisana pojava preostalog napona na asinkronom motoru nakon prekida

napajanja, uz pripadajuću teorijsku podlogu i glavne uzroke, sa posebnim naglaskom na

zaostalom magnetizmu. Kako bi se pojasnila pojava, razvijen je postupak mjerenja preostalog

napona na dva motora zasebno i na tri motora spojenih u paralelu. Pri realizaciji postupka

mjerenja korišten je DAQ mjerni sustav koji je dao odgovarajuće rezultate, a analizom istih i

odgovarajuće zaključke. Mjerenje DAQ sustavom popraćeno je simulacijskim mjerenjem, koje

je omogućeno modeliranjem asinkronog motora pomoću programskog paketa Matlab. Rezultati

oba mjerenja su uspoređeni, prokomentirani, te su ukazali na određene činjenice. Naime,

dokazano je da asinkroni motor nakon prekida napajanja počinje raditi kao asinkroni generator,

čime uzrokuje probleme u mreži i stvara nove pojave.

Ključne riječi: preostali napon, zaostali magnetizam, modeliranje asinkronog motora

ABSTRACT The squirrel cage induction motor residual voltage

This paper describes the phenomena of residual voltage in induction motor after

interrupted power supply, with appropriate theoretical background and main causes, with special

emphasis on residual magnetism. In order to explain the phenomenon, a measurement procedure

of residual voltage was developed for two motors separately and for three motors joined in

parallel connection. In realization of measurement procedure DAQ measuring system was used

that gave satisfactory results, and the analysis of these results gave appropriate conclusions.

Measurement with DAQ system is accompanied by simulation, which was enabled by modeling

of induction motor using Matlab software. The results of both measurements were compared,

commented, and pointed out to certain facts. Specifically, it was proved that induction motor

begins to work as an asynchronous generator after interrupted power supply, which causes

problems in the network and creates new phenomenons.

Keywords: residual voltage, residual magnetism, modeling of induction motor

ŽIVOTOPIS

Rođen sam 10. kolovoza 1985. godine u Osijeku, te od rođenja živim u Belom Manastiru.

U Belom Manastiru 1992. godine upisujem se u osnovnu školu „Beli Manastir”, koju završavam

2000. godine.

Nakon završetka upisujem se u I. srednju školu „Beli Manastir”, gdje odabirem

zanimanje elektrotehničara. Školu uspješno završavam 2004. godine, te mi je nakon završetka

omogućen direktan upis na Elektrotehnički fakultet u Osijeku.

Iste godine upisujem se na Elektrotehnički fakultet u Osijeku, gdje odabirem smjer

računarstva i komunikacije. Nakon završetka prve godine selim u Studentski dom u Osijeku i

tamo boravim slijedeće četiri godine. U veljači 2011. godine pod mentorstvom Doc.dr.sc. Željka

Hederića, predajem diplomski rad pod nazivom: „Preostali (rezidualan) napon namota

asinkronog kaveznog motora”.

Tijekom školovanja odabirao sam predmete koji su mi bili zanimljivi i koji su sadržavali

neki praktični rad. Tako sam na fakultetu radio na mnogim praktičnim radovima, a neki od njih

su: Digitalni termometar PIC12F629, Odašiljač male snage. U srednjoj školi bavio sam se

programiranjem u DOS-u pomoću programa CLIPPER, gdje sam razvijao programe za druge

osobe. Neki od razvijenih programa su: Program za vođenje automehaničarskog servisa

„AUTO.COM”, Program za vođenje servisa bijele tehnike „FRIGOS”. Naime, hobi mi je

oduvijek bio rad sa električnom opremom raznih vrsta, a tu sam naviku naslijedio od svoga djede.

Neoženjen sam i trenutno živim u Belom Manastiru zajedno sa svojim roditeljima.

PRILOZI

P1-1

PRILOG 1: Dimenzije motora i radnog postolja Dimenzije motora br. 1 (2,2 kW) i br. 2 (0,22 kW):

P1-2

Dimenzije radnog postolja (nacrt):

P1-3

Dimenzije radnog postolja – bez motora i sklopke (tlocrt):

P1-4

Dimenzije radnog postolja – sa motorima i sklopkom (tlocrt):

P1-5

Dimenzije radnog postolja (lijevi bokocrt):

P2-1

PRILOG 2: Tablice mjerenja iz ispitivanja otpora namota, pokusa praznog hoda i pokusa kratkog spoja sprovedenih na sva tri motora Ispitivanje na motoru br. 1: Tablica mjerenja otpora između stezaljki u spoju zvijezda:

Stezaljke Napon [V] Struja [A] Otpor [Ω] U1-V1 3,18 0,55 5,782 U1-W1 3,19 0,56 5,696 V1-W1 3,20 0,55 5,818

Tablica iz ispitivanja motora u praznom hodu:

U0 [V] I0 [A] P0 [kW] cosφ0 n [min-1] 456,4 3,81 0,251 0,084 1498 410,8 2,63 0,157 0,084 1499 380,2 2,20 0,125 0,086 1498 311,9 1,58 0,084 0,099 1498 250,9 1,18 0,061 0,110 1497 200,6 0,90 0,046 0,147 1497 100,3 0,45 0,026 0,340 1492

Tablica iz ispitivanja motora u kratkom spoju:

Uk [V] Ik [A] Pk [kW] cosφk 124,10 6,60 0,798 0,561 114,30 6,03 0,671 0,562 102,69 5,35 0,533 0,560 86,60 4,44 0,369 0,555 68,70 3,49 0,225 0,550 45,23 2,48 0,115 0,543 24,56 1,25 0,029 0,540

P2-2

Ispitivanje na motoru br. 2: Tablica mjerenja otpora između stezaljki u spoju zvijezda:



U0 [V] I0 [A] P0 [kW] cosφ0 n [min-1] 456,6 3,49 0,996 0,372 748,5 411,5 2,43 0,565 0,325 748,2 380,6 1,96 0,372 0,286 749,1 311,0 1,18 0,143 0,223 749,2 249,7 0,812 0,070 0,202 749,4 200,0 0,620 0,043 0,201 748,7 101,1 0,305 0,013 0,241 747,0


Uk [V] Ik [A] Pk [kW] cosφk 161,9 1,68 0,331 0,711 132,4 1,33 0,217 0,709 110,6 1,105 0,149 0,706 85,6 0,856 0,085 0,703 63,6 0,634 0,049 0,700 45,27 0,435 0,022 0,694 25,39 0,257 0,0077 0,687 12,67 0,129 0,0019 0,676

P2-3

Ispitivanje na motoru br. 3: Tablica mjerenja otpora između stezaljki u spoju zvijezda:



U0 [V] I0 [A] P0 [kW] cosφ0 n [min-1] 456,0 3,424 1,023 0,387 748,7 411,68 2,417 0,586 0,340 748,8 380,0 1,957 0,370 0,289 749,7 311,34 1,189 0,145 0,229 749,7 249,7 0,819 0,074 0,208 750,2 201,6 0,630 0,045 0,204 749,6 101,1 0,304 0,0119 0,224 749,6


Uk [V] Ik [A] Pk [kW] cosφk 152,52 1,622 0,321 0,754 126,22 1,316 0,216 0,753 106,34 1,100 0,152 0,752 72,72 0,758 0,072 0,751 46,51 0,491 0,029 0,750 23,67 0,253 0,0079 0,749 10,25 0,113 0,0015 0,749

Documents

The squirrel cage induction motor residual voltage