Izvještaj LV3

SVEUILITE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKUELEKTROTEHNIKI FAKULTET

Diplomski studij

Laboratorijska vjeba broj 3:UPRAVLJANJE ASINKRONIM MOTORIMA POMOU FREKVENCIJSKIH PRETVARAAIzvjetaj

Kolegij Elektrini pogoni

Student: Davor Junui, br. indeksa D-748Grupa: DE2

Nastavnik: Vedrana Jerkovi, dipl.ing. Osijek, svibanj 2014.

1. RAD U LABORATORIJU1.1. PRVI DIO VJEBE

A). Ispitivanje funkcionalnosti frekvencijskog pretvaraa Simens SINAMICS G120Frekvencijski pretvara SINAMICS G120 je spojen s asinkronim motorom snage 4 kW na trofazni izvor napona (380 V, 50 Hz). Motor se nalazi u spoju trokut. Motorom se moe upravljati preko frekvencijskog pretvaraa i direktno preko terminala motora. U priloenoj knjiici frekvencijskog pretvaraa pronalazimo parametre pod rednim brojem 700 i 1000. Preko parametra 700 odabiremo nain pokretanja motora dok parametar 1000 odreuje nain upravljanja brzinom vrtnje. Kod odabranih parametara imamo opcije 1 i 2 pomou kojih biramo mjesta s kojih emo upravljati motorom. Odabirui opciju 1, upravljamo motorom sa panela frekvencijskog pretvaraa. Ako odaberemo opciju 2, motorom upravljamo preko terminala motora.B). Ispitivanje funkcionalnosti frekvencijskog pretvaraa Simens SIMOVERT FCU ovom dijelu vjebe poblie smo se upoznali sa frekvencijskim pretvaraem SIMOVERT FC. Ovim pretvaraem moemo upravljati preko panela pretvaraa ili preko 5 digitalnih ulaza koji se nalaze na maketi. Upravljanjem preko panela omogueno je konstantno mijenjanje brzine pomou potenciometra, dok upravljanjem preko digitalnih ulaza to nije mogue. Funkcije digitalnih ulaza su sljedee: DIN 5 odreuje mjesto upravljanja tj. upravljamo li preko panela pretvaraa ili preko digitalnih ulaza sa makete. DIN 2 je sigurnosni prekida. Digitalni ulaz DIN 1 omoguuje pokretanje motora, ali samo ako je ukljuen digitalni ulaz DIN 2. DIN 4 omoguuje reverziranje motora dok digitalni ulaz DIN 3 nije programiran pa nema svoju svrhu.C). Upravljanje motorom pomou frekvencijskog pretvaraa DANFOSS FC 320 Zalet i koenje motoraU ovoj vjebi smo se upoznali sa frekvencijskim pretvaraem DANFOSS FC 320. Spojili smo frekvencijski pretvara sam motorom broja 6, koji smo spojili u spoj trokut. Nakon toga smo izvrili postupak postavljanja eljenog vremena zaleta motora na frekvencijskom pretvarau. U glavni izbornik frekvencijskog pretvaraa se ulazi pritiskom na tipku Main Menu. Pod rednim brojem 3 odabiremo opciju References/Ramps u kooj pronalazimo parametar 3-41 Ramp 1 ( Ramp up time) gdje odreujemo vrijeme zaleta od 10 sekundi. Nakon toga preko donje strelice na lokalnom upravljakom panelu idemo na parametar 3-42 Ramp 2 ( Ramp down time) gdje odreujemo vrijeme koenja od 15 sekundi. Preko tipke Status dolazimo do opcije za podeavanje brzine vrtnje. Tipkom Hand on izvravamo pokretanje motora. Nain upravljanja motoromNa pretvarau smo mijenjali naine upravljanja motorom. Prvi nain je bilo skalarno upravljanje naponom i frekvencijom ( U/f - Scalar Control), drugi nain se odnosio na vektorsko upravljanje naponom (Voltage Vector Control VVC) i zadnji nain je bio upravljanje magnetskim tokom (FVC Flux Vector Control). Potrebno je bilo jo i otkriti za to se koriste parametri 1-55 i 1-56. Parametar 1-55 se koristi za promjenu napona, a 1-56 se koristi za promjenu frekvencije.

Parametriranje digitalnih ulazaU glavnom izborniku odabiremo parametar 5-10 koji podesimo na pokretanje impulsom, preko opcije Latched start koje izvodimo prikljukom 18. Prikljuak 27 emo parametrirati za zaustavljanje inverz, tako da u glavnom izborniku pod parametra 5-12 odaberemo stop invers. Prikljuak 27 emo istim postupkom podesiti za promjenu smjera, a prikljuak 29 emo koristiti kao Jog tj. postavljanje referentne vrijednosti brzine motora na neku unaprijed zadanu veliinu koju je mogue postaviti u parametru 5-13.

1.2. DRUGI DIO VJEBEa) Zalet i koenje motoraU ovom djelu vjebe smo snimali zalet motora u praznom hodu sa tri razliita vremena zaleta ( 5, 10 i 20 s ), koje smo parametrirali prema uputama iz prvog dijela vjebe. Frekvencijski pretvara ima USB prikljuak za spajanje sa raunalom. Koristei program MCT 10, snimili smo: struju, napon, brzinu i moment.

Slika 1: Zalet motora u praznom hodu za 5 sekundi



Tablica 1:Vrne vrijednosti za razliita vremena zaletaNadvienjeStacionarno stanje

Vrijeme zaleta 5 sekundi

Struja [A]6.793.77

Napon [V]32.30369.3

Brzina vrtnje [o/min]62.51500

Moment [Nm]12.671.3


Struja [A]5.723.77

Napon [V]24.99370

Brzina vrtnje [o/min]591500

Moment [Nm]8.61.3


Struja [A]4.953.77

Napon [V]18.70370

Brzina vrtnje [o/min]36.171500

Moment [Nm]5.101.3

Na slici 1 se se mogu vidjeti odzivi struje, napona, brzine i momenta motora kojemu je vrijeme zaleta bilo podeeno na 5 sekundi. Moe se vidjeti nadvienje struje od 6.79 A, te momenta od 12.67 Nm. Nakon prolaska vremena od 5 sekundi, motor dolazi u stacionarno stanje, te mu tada vrijednost struje opada na 3.77 A, a vrijednost momenta na 1.3 Nm. Na slici 2 se mogu vidjeti odzivi struje, napona, brzine vrtnje i momenta motora za vrijeme zaleta od 10 sekundi. U ovom sluaju vrijednost struje pri nadvienju e biti manja nego u prethodnom sluaju i iznositi e 5.72 A, te e takav sluaj biti i sa momentom koji sada iznosi 8.6 Nm. Vrijednosti svih veliina u stacionarnom stanju e biti ista ili priblino jednaka kao i u prethodnom sluaju.Na slici 3 se mogu vidjeti odzivi struje, napona, brzine vrtnje i momenta motora za vrijeme zaleta od 20 sekundi. Ovdje e vrijednost struje pri pokretanju motora biti jo manja nego u prethodna dva sluaja i iznositi e 4.95 A, a iznos momenta e biti 5.10 Nm, dok e vrijednosti tih veliina u stacionarom stanju poprimiti priblino jednake vrijednosti kao i u prva dva pokusa.Iz prethodna tri pokusa moemo utvrditi da nadvienje momenta i struje raste s smanjenjem vremena zaleta. Ako elimo motor zaletiti u to kraem vremenu, motor e povui veu struju da bi ostvario to vei moment i tako ostvario nazivnu brzinu vrtnje motora. Ta ovisnost struje i momenta o vremenu, pri pokretanju motora, se lijepo vidi na slikama 1, 2 i 3. U stacionarnom stanju vrijednosti su nam jednake ili priblino jednake poto nemamo promjene optereena motora.

b) Nain upravljanja motorom U/f nain upravljanja

Slika 4: Odzivi za razliita optereenja za U/f nain upravljanja

Tablica 2: Rezultati pri U/f nainu upravljanjaPrazni hod1. stupanj tereta2. stupanj tereta3. stupanj tereta4. stupanje tereta

Napon [V]379.27380380380380

Struja [A]4.054.65.556.657.69

Brzina [o/min]15001500150015001500

Moment [Nm]1.978.1513.91923.5

U ovom dijelu vjebe smo skalarno upravljali asinkronim motorom koji smo teretili istosmjernim generatorom SIMENS i to u 4 stupnja optereenja i u praznom hodu. U/f nain upravljanja je skalarni nain upravljanja je kod ovakvog upravljanja omjer napona i frekvencije uvijek konstantan, neovisno o teretu. Napon nam je u svih pet sluajeva bio jednak nazivnom naponu vrijednosti 380 V. Brzina vrtnje je takoer jednaka nazivnoj. Prilikom skokovitog optereenja, motor povlai veu struju i ostvaruje vei moment kako bi odrao brzinu vrtnje konstantnom. Upotrebom U/f naina upravljanja, relativno je lako prilagoditi frekvencijski pretvara motoru, pa su takvi elektromotorni pogoni stabilni glede skokovitih promjena optereenja u cijelom podruju brzina vrtnje, to je i osnovna prednost ovog naina upravljanja.

VVC ( Voltage vector control) plus nain upravljanja

Slika 5: Odzivi za razliita optereenja za VVC plus nain upravljanjaTablica 3: Rezultati pri VVC plus nainu upravljanjaPrazni hod1. stupanj tereta2. stupanj tereta3. stupanj tereta4. stupanje tereta

Napon [V]370373.1379385.53390.75

Struja [A]3.794.425.586.797.99

Brzina [o/min]15001500150015001500

Moment [Nm]1.98.5014.5019.8024.20

U ovom dijelu vjebe upravljali asinkronim motorom VVC plus nainom. Temelj vektorske regulacije je matematiki model motora koji obuhvaa statika i dinamika stanja elektrikih, magnetskih i mehanikih pojava u motoru. Vektorskom regulacijom se poveava preciznost i dinamika svojstva reguliranog pogona. Kao i u prolom primjeru, motor smo teretili u 4 stupnja i mjerili stanje u praznom hodu. Za razliku od prolog primjera, u ovom sluaju pri promjeni tereta nam raste i napon radi kompenzacije klizanja. Jakost magnetskog polja i brzina vrtnje motora odravaju se, neovisno o stvarnom momentu tereta, na vrijednostima zadanim referencom brzine vrtnje. To se postie upotrebom dviju kompenzirajuih funkcija: kompenzacije klizanja i kompenzacije optereenja. VVC plus nain upravljanja automatski prilagoava napon i frekvenciju potrebama motora da odri brzinu vrtnje konstantom. Za razliku od skalarnog upravljana, postoji vee nadvienje struje i momenta pri pokretanju motora.

FVC ( Flux vector control ) nain upravljanja

Slika 6: Odzivi za razliita optereenja za FVC nain upravljanja

Tablica 4: Rezultati pri FVC nainu upravljanjaPrazni hod1. stupanj tereta2. stupanj tereta3. stupanj tereta4. stupanje tereta

Napon [V]369.6376.2382.67372.7382

Struja [A]3.824.425.516.687.78

Brzina [o/min]150015011503.671502.331500

Moment [Nm]1.388.1014.4019.9325

U ovom dijelu vjebe upravljali asinkronim motorom FVC nainom upravljanja tj. upravljali smo asinkronim motorom tako to smo upravljali magnetskim tokom motora. Ovo upravljanje je takoer vektorsko upravljanje. Za razliku od prola dva upravljanja, nadvienja struje i momenta e biti malo manja nego kod VVC naina upravljanja, ali ovdje brzina nije konstantna. Prema tome moemo vidjeti da je ovaj nain upravljanja najloiji.c) Parametriranje digitalnih ulazaOznaka parametaraParametarPostavka

5-10Prikljuak 18Pokretanje impulsom

5-12Prikljuak 27zaustavljanje inverz

5-11Prikljuak 19promjena smjera

5-13Prikljuak 29Jog

Slika 7: Valni oblici svih veliina pri promjeni smjera vrtnje motora

U prvom dijelu vjebe moemo proitati kako se parametriraju digitalni ulazi na frekvencijskom pretvarau. Na slici se moe vidjeti da pri pokretanju brzina linearno raste do nazivne vrijednosti, a pri mijenjanju smjera linearno se smanjuje do nule, te motor mijenja smjer vrtnje. Na slici 7 obrnuti smjer je prvi. Napon takoer linearno raste pri pokretanju, te se linearno smanjuje pri mijenjanju smjera. Za razliku od brzine, napon ne mijenja predznak, kao i struja jer su prikazane samo efektivne vrijednosti. Pri reverziranju motora, stvaraju nam se nadvienja struje i momenta. Njihova veliina ovisi o vremenu zaleta tj. to je vrijeme zaleta ili zaustavljanja manje ta e nadvienja biti vea. Ta nadvienja nastaju zbog inercije rotora i tetna su za motor jer stvaraju gubitke i dodatna optereenja na motor.

1.3. ZAKLJUAKU ovoj vjebi smo se upoznali sa nekim frekvencijskim pretvaraima i nainima upravljanja asinkronih motora pomou frekvencijskih pretvaraa. Frekvencijski pretvara je element koji omoguuje regulaciju brzine vrtnje motora, te kontrolu karakteristika motora kod pokretanja i zaustavljanja. Mi smo se u ovoj vjebi upoznali sa 3 frekvencijska pretvaraa, a to su: DANFOSS FC302, Simens SINAMICS G120, Simens SIMOVERT FC. U prvom dijelu vjebe smo se upoznali s njihovim osnovnim funkcijama, te smo ispitali njihov funkcionalnost tako to smo pomou njih pokretali, zaustavljali ili reverzirali motore. U drugom dijelu vjebe smo se detaljnije upoznali sa frekvencijskim pretvaraem DANFOSS FC302, te malo detaljnije ispitali njegovu funkcionalnost. Prvo smo snimali pomou programa MCT 10 karakteristike zaleta i koenja motora za razliita vremena pokretanja i nakon toga usporeivali dobivene rezultate. Zatim smo snimali odzive na skokovitu promjenu momenta tereta za razliite naine upravljanja asinkronim motorom, te smo na kraju parametrirali digitalne ulaze frekvencijskog pretvaraa pomou kojih je ostvareno daljinsko upravljanje motorom. Upoznali smo se sa skalarnim i sa vektorskim upravljanje. Skalarno upravljanje ima jednostavniju upravljaku strukturu i jednostavniji algoritam upravljanja. U primjeni se susree kod manje zahtjevnijih pogona. Vektorsko upravljanje ima bolje karakteristike od skalarnog upravljanja te se susree u pogonima s strogim zahtjevima na dinamiku, tonost i robusnost. Nakon ove odraene vjebe moemo uvidjeti vanost frekvencijskih pretvaraa u elektromotornim pogonima, te njihovu viestruku funkcionalnost.

Documents

Izvještaj LV3