Elektromechanika 5. mérés Egyenáramú motor mérése 1. Ismertesse az egyenáramú gépek kedvező tulajdonságait, adjon meg alkalmazási területeket! Egyenáramú gépek esetében mind az állórészt, mind pedig a forgórészt egyenfeszültségről tápláljuk, és működés közben a kapcsokhoz csatlakozó vezetőkben egyenáram folyik. Kiválóan alkalmasak olyan célokra, amelyeknél a fordulatszámot széles tartományban kell változtatni (pl. vontatás, robothajtás). (Jelentős hátrányuk a mechanikus egyenirányítás, vagyis az ún. kommutátor és a vele érintkező kefék (kopásnak kitett alkatrészek), amelyek karbantartást igényelnek, meghibásodás forrásai és jelentősen drágítják a gépet.) E géptípust is lehet motorként és generátorként is használni. 2. A jelenleg alkalmazott egyenáramú gépek milyen gerjesztési módokat használnak? Az egyenáramú gépek lehetséges gerjesztési módjai: külső (permanens mágneses) gerjesztés, párhuzamos (mellékáramkörű) gerjesztés, soros gerjesztés, vegyes (kompaund) gerjesztés. Közülük ma már csak az első kettőnek (ezek közül is egyre inkább csak a másodiknak) van gyakorlati jelentősége. (A mérés során külső gerjesztésű gépet alkalmazunk.) 3. Ismertesse a kommutátor működését! A kommutátor az armatúra tekercselésében indukálódó, váltakozó feszültség egyenirányítására szolgál. Egy póluspárú gép esetén a vezetőkeret két vége egy-egy forgó, egymástól szigetelt vezetőfélgyűrűhöz (kommutátorszegmenshez) csatlakozik, amelyeken átlósan egy-egy áramszedő kefe nyugszik. Amikor a keret annyira elfordult, hogy a benne indukált szinuszos feszültség iránya megfordulna, a kefékkel érintkező félgyűrűk is megcserélődnek, így a kefék közötti feszültség mindig egyirányú marad, az 𝑅 ellenállás 𝑖 áramának iránya nem változik, rajta keresztül (pulzáló) egyenáram folyik.
1
4. Milyen funkciót tölt be a kommutátor? A kommutátor az armatúra tekercselésében indukálódó, váltakozó feszültség egyenirányítására szolgál. Egy póluspárú gép esetén a vezetőkeret két vége egy-egy forgó, egymástól szigetelt vezetőfélgyűrűhöz (kommutátorszegmenshez) csatlakozik, amelyeken átlósan egy-egy áramszedő kefe nyugszik. Amikor a keret annyira elfordult, hogy a benne indukált szinuszos feszültség iránya megfordulna, a kefékkel érintkező félgyűrűk is megcserélődnek, így a kefék közötti feszültség mindig egyirányú marad, az 𝑅 ellenállás 𝑖 áramának iránya nem változik, rajta keresztül (pulzáló) egyenáram folyik.
5. Ismertesse az egyenáramú gép állandósult és tranziens állapotra érvényes helyettesítő kapcsolását!
Az egyenáramú gép gerjesztő tekercse 𝑅𝑔 , 𝐿𝑔 adatú R-L körként modellezhető. Az armatúrakör az 𝑈𝑖 indukált feszültség és az 𝑅 tekercsellenállás soros kapcsolásával helyettesíthető állandósult állapotban. Tranziens viszonyok között az armatúratekercselés 𝑑𝑖 𝐿 induktivitását is figyelembe kell venni, hiszen 𝑑𝑡 ekkor nem zérus. 6. Milyen változóktól függ az egyenáramú gép indukált feszültsége? 𝑈𝑖 = 𝑘 ∙ 𝜙𝑚 ∙ 𝛺, ahol 𝑈𝑖 – az indukált feszültség [𝑉], 2 𝑘 – a motorállandó (𝑘 = 𝜋 𝑁𝑝) [−], 𝜙𝑚 – a főpólus fluxusa [𝑉𝑠], 𝑟𝑎𝑑 𝛺 – a rotor (mechanikai) szögsebessége [ 𝑠𝑒𝑐 ].
2
7. Milyen változóktól függ az egyenáramú gép nyomatéka? 𝑀 = 𝑘 ∙ 𝜙 ∙ 𝐼, ahol 𝑀 – a gép nyomatéka [𝑁𝑚], 2 𝑘 – a motorállandó (𝑘 = 𝜋 𝑁𝑝) [−], 𝜙 – az állórész fluxusa [𝑉𝑠], 𝐼 – az armatúraáram [𝐴]. 8. Írja fel az egyenáramú gép fordulatszám-nyomaték egyenletét, és ábrázolja az összefüggéseket! 𝑈
ahol
𝑈 𝑘𝜙 𝑅
𝑅
𝛺 = 𝑘∙𝜙 − (𝑘∙𝜙)2 ∙ 𝑀, = 𝛺0 – a gép üresjárási fordulatszáma,
(𝑘𝜙)2
𝑀 = ∆𝛺 – a gép villamos nyomatékának hatására létrejövő szögsebesség-
változás. Ennek alapján felrajzolhatjuk a gép teljes, 4 térnegyedes fordulatszám-nyomaték jelleggörbéit: (1/4-es üzemmód)
9. Melyek az automatikus mérés előnyei a manuális méréshez viszonyítva? A legfőbb előnyök: a mérés időigényének csökkenése; a mérés sokkal nagyobb számú munkapontban történhet; kiküszöbölődik a szubjektív, emberi tényező, a műszerek leolvasásának pontatlansága, a hibás mérés lehetősége, ezért a kapott jelleggörbék pontosabbak, megbízhatóbbak lesznek; a mérés rövid idejének köszönhetően jóval szélesebb túlterheléses tartományok vehetők fel a gép túlmelegedése nélkül.
3
10. Ismertesse az automatikus méréshez használt összeállítás főbb egységeit!
Az egyenáramú gép (DUT – Device Under Test) a fékező- és hajtóegységgel (D&B – Drive and Break Unit) egy közös gépalapon került összeszerelésre. A D&B egység és a motor tengelye tengelykapcsolóval van összekapcsolva. A D&B egység további pontokon csatlakozik a vezérlőegységgel, biztosítva a fordulatszám és a nyomaték szabályozását egy digitális szabályozóhurok segítségével. A vizsgált egyenáramú gép külső gerjesztésű, amelyet két független tápegységről táplálunk. A gerjesztőkör számára a tápfeszültséget egy szabályozható egyenáramú tápegység adja. Az armatúrafeszültséget egy másik szabályozható feszültségforrás szolgáltatja, amelyet az AVGT rendszervezérlő egységén keresztül csatlakoztatunk a vizsgált egyenáramú géphez. 11. Milyen sorrendben kell a gerjesztőköri és az armatúraköri feszültséget az egyenáramú gépre kapcsolni?
4
Először mindig a gerjesztőfeszültséget (E1, E2) kell bekapcsolni és beállítani a névleges 230 𝑉-os értékre a tápegység szabályozógombjával, majd ezt követően az armatúrafeszültséget (A1, A2) addig növeljük, amíg a kívánt fordulatszámértéket el nem érjük. (Ha először az armatúrafeszültséget kapcsoljuk be, a terheletlen gép gerjesztés nélkül nagy fordulatszámra felpöröghet, ami mechanikus meghibásodást okozhat.) 12. Mi a teendő, ha a gép túlmelegszik? Ha megszólal a túlmelegedés elleni termikus védelem, akkor a vezérlőegység automatikusan lekapcsolja a terhelést a motorról. Ilyen esetben a gép lekapcsolása helyett célszerű a gépet üresjárásban tovább működtetni 3-4 percig, mivel a ráépített ventilátor hatására a forgó motor gyorsabban hűl. 13. Hogyan avatkozik be a vezérlőegység, ha a hibadignosztika hibát észlel? A mérés során hibák léphetnek fel, amelyeket a vezérlőegység hibadiagnosztikája felismer és kijelez. A hibajelzést az ERROR feliratú LED adja ki. (A kijelzett hibakód alapján visszakereshetjük a hiba okát, amit a RESET feliratú gombbal nyugtázhatunk.) Hiba esetén a vezérlőegység védelmi okokból megszünteti a terhelést, a motor visszatér a biztonságos üresjárási állapotba. 14. Mi a teendő, ha Ön valamilyen rendellenességet észlel, amit a hibadiagnosztika nem jelez? A rendszer nem képes valamennyi lehetséges hibát érzékelni, ezért ha rendellenességet észlelünk, a nyomatékot azonnal nullázzuk az M != 0 feliratú gomb benyomásával vagy a teljes rendszert azonnal lekapcsoljuk a mérőasztal főkapcsolójával. 15. Milyen jelleggörbéket tudunk felvenni a mérő rendszer segítségével?
𝑓
Nyomaték – fordulatszám (𝑛 [𝑚𝑖𝑛]) jelleggörbe, nyomaték – armatúrafeszültség (𝑈𝑎 [𝑉]) jelleggörbe, nyomaték – armatúraáram (𝐼𝑎 [𝐴]) jelleggörbe, nyomaték – tengelyteljesítmény (𝑃𝑡 [𝑊]) jelleggörbe, nyomaték – felvett villamos teljesítmény (𝑃𝑏𝑒𝑣𝑖𝑙𝑙 [𝑊]) jelleggörbe, nyomaték – hatásfok (𝜂 [%]) jelleggörbe.
16. Mi a magyarázata annak, hogy csak motoros üzemben tudunk mérni? Annak a magyarázata, hogy csak motoros üzemmódban tudunk mérni abban rejlik, hogy generátoros üzemmódban olyan tápegységre lenne szükségünk, amely képes az egyenáramú gép által termelt villamos energiát a hálózatba visszatáplálni. Mivel a mérésben alkalmazott tápegység nem ilyen, csak egyirányú energiaáramlást tesz lehetővé (a hálózatból a motor felé), ezért csak motoros térnegyedben, azaz a nyomatékfordulatszám sík I. és III. térnegyedében tudjuk a mérőrendszert működtetni. 17. A motoros üzemmód a nyomaték-fordulatszám sík mely térnegyedében található? A motoros üzemmód a nyomaték-fordulatszám sík I. és III. térnegyedében található.
5
18. Hogyan jelzi ki a vezérlőegység, hogy melyik térnegyedben üzemel a hajtás? Az aktuális térnegyedet a vezérlőegység kezelőfelületének közepén található LED-ek mutatják.
19. Soroljon fel néhányat a vezérlőegységgel szimulálható terhelés-jelleggörbék közül!
𝑀~𝑘𝑛2 -es terhelés szimuláció (ventilátor-jelleggörbe szimuláció), 𝑀~𝑘/𝑛-es terhelés szimuláció (csévélőhajtás-jelleggörbe szimuláció), 𝑀𝑖 ~𝑛𝑖 , a felhasználó által definiálható karakterisztika, lendkerék-terhelés szimuláció.
6
