FACULTEIT DER ELEKTROTECHNIEK. Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica. Vakgroep Elektrische Energiesystemen

EG/94/724

FACULTEIT DER ELEKTROTECHNIEK

Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica Vakgroep Elektrische Energiesystemen

Tweede-orde thermische modellering van een beperkt aantal kortsluitankermachines ten behoeve van motorbeveiligingen.

T.L.W. Smits EG/94/724

De Faculteit Elektrotechniek van de Teehnisehe Universiteit Eindhoven aanvaardt geen verantwoordelijkheid voor de inhoud van stage- en afstudeerverslagen.

Afstudeerwerk verrieht o.l.v.: Prof.dr.-ing. H. Rijanto (EG) Dr.lr. V. Kalasek (EG) Jr. R. Kerkenaar (EMV) Ir. J. Sioot (EG) Ir. M. Groenenboom (Holee) Ir. R. Ritsma (Holee) Eindhoven, juni 1994.

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN

SAMENVATIING

Moderne beveiligingen tegen overbelasting van kortsluitankermachines worden uitgevoerd met een in een microprocessor geprogrammeerd thermisch model van de machine. De geldigheid van dit model is het onderwerp van dit onderzoek. Met een regressie-analyse van de gemeten temperatuurcurven - zowel bij opwarming als bij afkoeling - zijn de bij dit model behorende thermische tijdconstanten en temperatuursprongen bepaald. Bij opwarming ontstaat hieruit een oplossing van de waarden van de modelparameters. Bij afkoeling zijn daarentegen niet de waarden van de afzonderlijke modelparameters bepalend, maar juist de verhoudingen daartussen; er zijn oneindig veel oplossingen. De modelparameters bij opwarming zijn - althans bij de hier beschouwde gevallen niet te relateren aan fysieke onderdelen van de kortsluitankermachine. Een fysische interpretatie van de modelparameters bij afkoeling is niet zinvol daar er oneindig veel oplossingen (ook negatieve) modelparameters mogelijk zijn. Bij simulatie van de temperatuur met de modelparameters bepaald bij opwarming, is de beveiliging bij een machine met een geblokkeerde rotor onvoldoende.

INHOUDSOPGAVE Inleiding 1. Motorbeveiligingen 1.1. Categorie van motoren 1.2. Niet gewenste situaties 1.2.1. Verliesmachanismen 1.2.2. Theorie van de elektrische machine 1.2.3. Oorzaken van een te hoge thermische belasting 1.2.4. Oorzaken, niet direct leidend tot een te hoge thermische belasting 1.3. Temperatuurclassificatie van isolatiematerialen 1.4 Uitvoeringsvormen van motorbeveiligingsschakelaars 1.5 Methoden van motorbeveiligingen 1.5.1. De temperatuur als grootheid waarmee de beveiliging tot stand komI. 1.5.1.1. Temperatuur sensor beveiligingen 1.5.2. De stroom als grootheid waarmee de beveiliging tot stand komt 1.5.2.1. Bimetaal beveiliging 1.5.2.2. Analoge elektronische beveiligingen 1.5.2.3. Digitale elektronische beveiligingen 1.6. Toekomstverwachtingen en conclusies

2'.

2.1.

2.2 2.3

3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4.

1 3 3 4 4 5 13 16 17 17 18 19 19 22 22 24 26 30

De Meet-elektronica-opstelling Lokale temperatuurmetingen 2.1.1. Sensor type 2.1.2. De meetschakeling voor het meten van de lokale temperatuur 2.1.3. IJking van de schakeling 2.1.4. De lokale temperatuurmeetplaatsen Het bepalen van de gemiddelde statorwikkeling temperatuur 2.2.1. Werking van het apparaat 2.2.2. IJking van de ontworpen schakeling De totale meet-elektronica-schakeling

31 31 31 32 34 37 38 38 41 41

De warmtehulshouding van een kortsluitankermachine Inleiding Vereenvoudigingen De elementen De warmtestromen 3.4.1. De radiale warmtestroom 3.4.2. De axiale warmtestroom

43 43 43 44 45 48 48

4. 4.1

4.2.

4.3. 4.4.

4.5.

5. 5.1. 5.2.

5.3.

5.4. 5.5

Meetresultaten Meetproblemen 4.1.1. Bepaling van de thermische tijdconstante van de combinatie Pt1 DO-sensor en meetplaats 4.1.2. De schommelingen in de temperatuur van de omgeving gedurende een klein tijdsbestek 4.1.3. De verandering van de Iijnspanning als funetie van de tijd Temperatuurmetingen bij opwarming 4.2.1. De meetschakeling 4.2.2. Temperatuurcurven bij de opwarming van de open machine 4.2.3. Temperatuurcurven bij de opwarming van de gesloten machine Temperatuurmetingen bij afkoeling 4.3.1. Temperatuurcurven bij de afkoelimg van de open machine 4.3.2. Temperatuurcurven bij afkoeling van de gesloten machine Temperatuurmetingen bij blokkering 4.4.1. Temperatuurmetingen bij geblokkeerde rotor van de open machine 4.4.2. Temperatuurmetingen bij geblokkeerde rotor van de gesloten machine. Vermogensmetingen 4.5.1. Meetmethode 4.5.2. Meetresultaten

Het warmtemodel De temperatuur van de hot-spot Het tweede-orde thermisch model 5.2.1. De gehanteerde uitgangspunten 5.2.2. Het berekende temperatuurverloop 5.2.2.1. T 1 als funetie van de tijd bij toevoer van elektrisch vermogen 5.2.2.2. T 2 als funetie van de tijd bij toevoer van elektrisch vermogen 5.2.2.3. T 1 als funetie van de tijd indien er geen elektrisch vermogen wordt toegevoerd T2 als funetie van de tijd indien er geen 5.2.2.4. elektrisch vermogen wordt toegevoerd Het verband tussen de oplossing T 1 (t) en de temperatuurcurven van de hot-spot 5.3.1. Curve-fitting van de curven bij opwarming 5.3.2. Curve-fitting van de curven bij afkoeling De modelparameters 5.4.1. De modelparameters bij opwarming 5.4.2. De modelparameters bij afkoeling Simulatie van de temperatuur bij een geblokkeerde rotor

51 52 52 55 56

57 61 64 66

67 67 68

69 69 72 75 75 79 83 83

84 84 84 85 87 87 89 89

90 91 92 92 96 99

6.

Praktische Interpretatie

6.1.

De berekening van de modelparameters indien er elektrisch vermogen wordt toegevoerd 6.1.1. De berekening van het totale ohmse verlies P1 en het statorijzerverlies P2 bij nominaal bedrijf. De berekening van het totale ohmse verlies P1 6.1.1.1 en het statorijzerverlies P2 met de vuistregels gebruikt door Holec. De berekening van het ohmse verlies P1 en het 6.1.1.2. statorijzerverlies P2 met de gegevens afkomstig uit het beproevingsrapport. 6.1.2. De berekening van de warmtecapaciteit C2. 6.1.3. De berekening van de warmtecapaciteit C1. 6.1.3.1 Het berekenen van de warmtecapaciteit C1 met de vuistregels van Holec. 6.1.3.2 Het berekenen van de warmtecapaciteit C1 met behulp van de massa van het koper van de statorwikkeling. 6.1.4 De berekening van de temperatuurvallen over de warmteweerstanden G1 en G2. De berekening van de modelparameters indien er geen elektrisch vermogen wordt toegevoerd.

6.2

101 101 101

101

103 106 107 107

110 117 119

7. Conclusies, eisen en aanbevelingen

121

8. Uteratuurlijst

123

9. Verklaring der gebruikte symbolen

129

Bijlagen

Inleiding Elektronische beveiligingen tegen overbelasting van kortsluitankermachines zijn voornamelijk gebaseerd op: temperatuurmetingen met behulp van temperatuur-sensoren; simulaties van het thermisch gedrag van kortsluitankermachines door middef van bi-metalen strookjes; simulaties van het thermisch gedrag van kortsluitankermachines door middel van (analoge) elektronische modellen opgebouwd uit fysieke elektrische bouwstenen zoals weerstanden, condensatoren en operationele versterkers. lhans kan voor de beveiliging van kortsluitankermachines ook gebruik gemaakt worden van digitale, elektronische beveiligingen. Deze betrekkelijk nieuwe groep van motorbeveiligingen is te onderscheiden in: microprocessor gestuurde beveiligingen, gebaseerd op I-t-karakteristieken; microprocessor gestuurde beveiligingen, gebaseerd op simulatie van het thermisch gedrag van kortsluitankermachines. Dit onderzoek heeft betrekking op de laatstgenoemde groep van beveiligingen. De geldigheid van het daarin geprogrammeerde thermisch model is het onderwerp van dit onderzoek. Het onderzoek is uitgevoerd in opdracht van Holec Systemen en Componenten bij de vakgroep Elektrische Energiesystemen en de vakgroep Elektromechanica en Vermogenselekronica. Doel van het onderzoek is door beproeving van een beperkte keuze van kortsluitankermachines na te gaan of, en in hoeverre, het geprogrammeerde thermische model voldoet . Tevens dient onderzocht te worden of/hoe de globale waarden van de betreffende modelparameters eenvoudig bepaald, respectievelijk geclassificeerd, kunnen worden. In het eerste hoofdstuk wordt naast de werking van een kortsluitankermachine diverse uitvoeringsvormen van motorbeveiligingsschakelaars kort uiteengezet. Een meetschakeling voor het meten van de (Iokale) temperatuur alsook een meetschakeling voor het meten van de gemiddelde statorwikkelingstemperatuur wordt beschreven in het tweede hoofdstuk. Hoofdstuk drie toont met een groot warmtenetwerk hoe gecompliceerd de warmtehuishouding in werkelijkheid is. De meetresultaten worden in hoofdstuk vier behandeld. Uit de meetresultaten worden in hoofdstuk vijf de waarden van de mode/parameters bepaald. Hoofdstuk zes behandelt een fysische interpretatie van de verkregen waarden van de modelparameters. Conclusies en aanbevelingen worden in het laatste hoofdstuk gegeven.

1

1. Motorbeveiligingen Motorbeveiligingsschakelaars hebben een gemeenschappelijke doelstelling: Het voorkomen dat een motor in een situatie terechtkomt waarvoor deze niet ontworpen is. Bij de bespreking van die doelstelling komen de vier hoofdaspecten naar voren welke de kern van dit hoofdstuk vormen: situaties: Welke niet-gewenste situaties kunnen optreden? modellering: Op welke manier wordt een niet-gewenste situatie van een toegelaten situatie onderscheiden (I-t-curve)? beveiligingen: Welke uitvoeringsvormen van motorbeveiligingsschakelaars zijn tot op heden ontwikkeld? motoren: Welke categorien elektrische machines worden bedoeld? Paragraaf 1.1 beschrijft de in verband met deze opdracht onderzochte elektrische machines. Eventueel optredende niet-gewenste situaties zijn het onderwerp van paragraaf 1.2. In paragraaf 1.3 voigt een manier waarmee een niet-gewenste situatie van een toegelaten situatie onderscheiden kan worden. Tenslotte voigt in paragraaf 1.4 de "state of the art" van motorbeveiligingsschakelaars. Hierin wordt stilgestaan bij de ontwikkelingen van motorbeveiligingsschakelaars in het verleden, het heden en de toekomst.

1.1 Categorie van motoren Het onderzoek richt zich op gangbare industiele machines (1 ..300kW), geschikt voor laagspanningsnetten. De uitvoering van het onderzoek is vooralsnog beperkt tot een vijftal kortsluitankermachines met onderstaande kenmerken: kooi-rotoren; geforceerde luchtkoeling middels een op de aandrijfas gemonteerde ventilator; beschermingsgraad IP 44,54 (geheel gesloten) en IP 22,23 (open); vermogen 11 kW en 22kW; aantal poolparen 2 (niet pool-omschakelbaar); aantal fasen 3; statorklemspanning 380/220 V (ster/driehoek); frequentie van de voedingsspanning 50 Hz. De vierpolige kortsluitankermachine is gekozen, daar deze in de industrie het meest wordt toegepast. Het vermogen is een compromis tussen het in het betreffende laboratorium aanwezig elektrisch remvermogen en de daar beschikbare elektrische motoren. De beperking in de tijd heeft ertoe tot geleid dat er een vijftal machines onderzocht zijn.

Hoofdstuk 1. Motorbeveiligingen

3

1.2 Niet-gewenste situaties In deze paragraaf worden de niet-gewenste situaties besproken. Niet-gewenste situaties worden, op een in paragraaf 1.2.4. te behandelen uitzondering na, meestal gekenmerkt door een te hoge absolute temperatuur van de machine. De oorzaken van deze thermische belasting - verliesmechanismen - worden in paragraaf 1.2.1 behandeld. Paragraaf 1.2.3 beschrijft, aan de hand van de in paragraaf 1.2.2 behandelde theorie van de elektrische machine, de bedrijfssituaties welke tot een te hoge temperatuur leiden. Tenslotte wordt in paragraaf 1.2.5 kort ingegaan op de voor dit onderwerp relevante temparatuurclassificatie van isolatiemateriaal in motoren. De niet-gewenste bedrijfssituaties zijn: vervuiling van het net; het defect raken van de motor; het verkorten van de levensduur van de motor; het leveren van onvoldoende koppel en/of vermogen.

1.2.1. Verliesmechanismen De opgewekte warmte ontstaat door onderstaande verliesmechanismen: ohmse verliezen in elektrisch geleidende kringen, waaronder: * geleiderverliezen, bestaande uit wikkelingsverliezen in stator en rotor, welke afhankelijk zijn van de stroom en de weerstand van het circuit; ijzerverliezen, waaronder: * hystereseverliezen in het blikpakket van voornamelijk stator en rotor; * wervelstroomverliezen in het blikpakket van voornamelijk stator en rotor; mechanische verliezen, waaronder: * wrijvingsverliezen in de lagers; * verliezen ten gevolge van verplaatsing van koellucht. De hoeveelheid afgevoerde warmte wordt bepaald door onderstaande factoren: de temperatuur van het betreffende machinedeel; de warmteoverdrachtscoefficiemt, grotendeels bepaald door de snelheid waarmee het koelmedium langs de te koelen vlakken stroomt; de warmtecapaciteit van het koelmedium; de (directe) omgevingstemperatuur van de motor.

4


1.2.2. Theorie van de elektrische machine Deze paragraaf behandelt de voor dit verslag relevante theorie van de kortsluitankermachine 1. Hierbij zijn onderstaande vereenvoudigingen aangenomen: sinuso'idale verdeling van de draden langs de statorboring; permeabiliteit van het ijzer oneindig; elektrische geleidbaarheid van het ijzer nul; het ijzer wordt niet verzadigd; aileen (grond)harmonische inductievelden treden op; geen stroomverdringing in de windingen. De items van de machine-theorie die hierbij aan bod komen zijn: een schematische voorstelling van de vermogensuitwisseling aan de elektrische zijde en de mechanische zijde; de meetkundige plaats van de eindpunten der statorstroomfasoren die korresponderen met een zelfde waarde van het elektromagnetische koppel (koppelcirkels) ; het elektrische een-fasige vervangingsschema van een kortsluitankermachine; de meetkundige plaats van de eindpunten der staterstroomfasoren bij variatie van de het toerental en koppel van de machine (Heyland-diagram); het verband tussen het elektromagnetische koppel en de mechanische hoeksnelheid (koppel-hoeksnelheidskrommen).

Een schematische voorstelling van de vermogensuitwisseling De kortsluitankermachine is schematisch, zie figuur 1.1, voer te stellen met drie typen poorten, te weten: de elektrische statorpoort; de elektrische rotorpoort; de mechanische poort. PlVr

Pds

Statorpoort

Pas

Pes

-7 Pdr

Rotorpoort

Per

Figuur 1.1.

Vermogensschema van een kortsluitankermachine

De kenmerken van deze machine zijn behandeld in paragraaf 1.1. Hoofdstuk 1. Motorbeveiligingen

5

Het aan de statorzijde toegevoerde e/ektrische vermogen wordt weergegeven met en het aan de aszijde afgegeven mechanische vermogen door Pas' Het aan de rotor toegevoerde elektrische vermogen Per is in dit geval nul. In de machine zijn nQg drie. vermogens te onderscheiden welke in warmte worden omgezet: in de stator de statorkoperverliezen Pds; . in de rotor de rotorkoperverliezen Pdr; aan de mechanische zijde de wrijvingsverliezen Pwr' Het vermogen dat rechtstreeks bij de elektromechanische energie-omzetting betrokken is - het elektromechanische vermogen - is weergegeven door Pem" Het vermogen dat de luchtspleet oversteekt wordt het luchtspleetvermogen Pg (g =gap) genoemd, en wordt afgeleid in formule 1.1. De faseverschuiving tussen spanning en stroom wordt weergegeven door ~s' het aantal fasen wordt met m aangegeven. Pes

m

~ (<'1l (t P g = L..J ueCOS we x=l

21t (X-l»

m

~

l.sCOS

(t We

-

21t (x-l)

m

-

~s

)

+

;m~3.

( 1.1)

Het luchtspleetvermogen Pg kan in verband gebracht worden met het gemiddeld elektromagnetische koppel Te en de hoeksnelheid van het statorveld (,)s/p (p is het aantal poolparen van de machine). Daartoe wordt de kortsluitankermachine als voigt voorgesteld. (3/2)15..12

~p

Figuur 1.2.a/b

6

Schematische voorstelling van de kortsluitankermachine


Het statisch opgewekte statordraaiveld heeft ten opzichte van de stator een hoeksnelheid 6>s/p en veroorzaakt op de rotor een gemiddeld elektromagnetisch koppel Te . In figuur 1.2.b wordt een statordraaiveld van dezelfde vorm, grootte en hoeksnelheid opgewekt door een der statorfasen met een gelijkstroom ter grootte van 3/2*ls* J2 te bekrachtigen en - in gedachten - de stator met de hoeksnelheid 6>s/p te roteren ten opzichte van het fundament. Het (in dit beeld meehanisch) toegevoerde vermogen is gelijk aan Te *6>s/p hetgeen via de luchtspleet op de rotor overgedragen wordt. De conelusie is dat ook in geval 1.2.a het via de elektrisehe poorten toegevoerde luchtspleetvermogen gelijk moet zijn aan: (1. 2)

Het verband tussen de hoeksnelheid van het rotorveld 6>rlp ten opziehte van de rotor, rotorhoeksnelheid 6>m' en de hoeksnelheid van het statorveld 6>s/p, wordt meestal uitgedrukt door een relatieve grootheid: de slip s.

s

=

(1. 3)

p

Met behulp van de voor stationair bedrijf geldende hoeksnelheidsvoorwaarde: 6>8 p

6> P

=_r

+6>

(1. 4) III

worden in formule 1.5 de voor figuur 1.1 resterende formules afgeleid. P dr

= P g - P elll = -T e -6>5 -T = -T e -6>r e 6> p p

P dr

III

= -T e s6>5 p- = sP g (1. 5)


7

Koppelcirkels Substitutie van uitdrukking 1.2 in 1.2 leert dat

T = m*us*Is·COscp - m*I:*R s e

(1. 6)

(j)s/p

en dat het gemiddeld elektromagnetische koppel in een stationaire toestand in feite uit het gedrag van de machine aan een der elektrische zijden kan worden afgeleid. Veronderstellen we bijvoorbeeld een statorspanningsbron met frequentie (a)s dan voigt T. bij een gegeven waarde van de statorweerstand (RJ rechtstreeks uit de waarden van Is en cps. Deze laatste twee grootheden kunnen in onderling verband weergegeven worden in een polair stroomdiagram, door uitsplitsing van de fasor la, in de reele component Iscoscps en de imaginaire component Issincps. De meetkundig plaats van de eindpunten der statorstroomfasoren, die corresponderen met eenzelfde waarde van het gemiddeld elektromagnetische koppel kan nu uit formule 1.6 worden afgeleid. Dit blijkt een cirkel te zijn waarvan middelpunt en straal door formule 1.7 worden gegeven: T

(1-

Ca)

e

m

*_s p

(1. 7)

2

Us

-2 2*R s

Figuur 1.3 toont enige koppelcirkels van constant koppel.

r

Is SlnlO

Te3
Is cOSIO-

Figuur 1.3

8

Koppelcirkels in het polaire vlak


Het een-fasige vervangingsschema van de kortsluitankermachine De kortsluitankermachine kan, elektrisch gezien, voorgesteld worden door twee inductief gekoppelde elektrische circuits met onderling verschillende hoeksnelheden. Via de wederzijdse inductiviteit wordt in de stator een inductiespanning fs opgewekt, en in de rotor een inductiespanning fro (zie formule 1.8 en figuur 1.4)2 _1<'

"'8

-E

- r

= J' (,) Sf. 8r I r e (jp8o l

= J' (,) r f. sr I

8

e

(-jp8 o l

(1. 9)

+ R

5

Figuur 1.4,

Vervangingsschema van rotor en stator.

In de hierbij behorende vergelijkingen !J a

=

1s

(R

,

s +J (,) sL a

)'"

+J (,) sLsrJ ra

(1. 9)

(10) stelt de.tasor 18 = (lrel P80) de op de statorzijde betrokken rotorstroom voor, en !sf =Use-jp80) de op de rotorzijde betrokken statorstroom voor. Formule 1.10 kan door vermenigvuldiging met e!p80. worden omgewerkt tot:

2

p6 0 =hoek tussen het resulterende luchtspleetveld (opgebouwd uit het stator- en rotordraaiveld) en het rotordraaiveld


9

( 1.11)

Het resultaat kan ook weergegeven worden door een vervangingsschema, waarin slechts een frequentie voorkomt «,,)s). De rotorweerstand en zelfinductiviteit zijn hierbij "getransformeerd naar de stator" (zie figuur 1.5).

is +

Figuur 1.5

Een-fasige vervangingsschema van de kortsluitankermachine

a stelt hierbij de spreidingsfactor voor en is gedefinieerd in formule 1.12. (1. 12)

Het Heyland-diagram Uit de voorgaande paragraaf blijkt dat het gedrag van de machine te beschrijven is met behulp van de elektrische vergelijkingen aan een elektrische poort: de statorpoort. Bij gegeven spanningen kan nu het gedrag van de stroom qua amplitude en fase als funetie van de bedrijfstoestand bekeken worden. Bij variatie van de slip zal het eindpunt van de fasor Is in het complexe vlak een cirkel beschrijven: de Heyland-cirkel. Het middelpunt M en de straal R van deze cirkel volgen na enige herleiding uit formule 1.8 en 1.9.

10

Hoofdstuk 1. Motorbeveillgingen

M

- H

=

~ (~2'. -J" ,., L .... 8 S

0+:r 8

2

1 +<7 ) 2 (0+:[8)

(1.13 )

(1.14 )

Figuur 1.6 toont een schets van het Heyland-diagram3 . Twee verschillende bedrijfstoestanden zijn hierbij aangegeven. (Punt S1 en S2) Imfls}

1's ,ReUs}

Figuur 1.6

Schets van het Heyland-diagram voor twee verschillende bedrijfstoestanden.

De koppel-hoeksnelheidskromme De koppel-hoeksnelheidskromme geeft het verband weer tussen het elektromagnetische koppel en de mechanische hoeksnelheid. Substitutie van de uit figuur 1.5 geelimineerde gereduceerde rotorstroom in formule 5 leidt na enige herleiding tot

3

De spanningfasor dstuk 1. Motorbeveiligingen

.u. is hierbij fangs de positieve ree/e-as uitgezet. 11

T= e

( 1.15)

Figuur 1.7 toont de koppel-hoeksnelheidskrommen van zowel een laagspanningsmachine als een hoogspanningsmachine.

A:Laagspanningsmachine B:Hoogspanningsmachine a

--+------------+---:~

Ws Ip

Rguur 1.7

12

W

m

Koppel-hoeksnelheidskromme van een laag- en hoogspanningsmachine.


1.2.3. Qorzaken van een te hoge. thermische belasting De oorzaken welke invloed hebben op de temperatuur worden in deze paragraaf elk apart behandeld. Het zijn: netcondities afwijkend van de nominale netcondities, waaronder: 4 1< voedingsspanningen afwijkend van de nominale voedingsspanning ; 1< frequenties afwijkend van de nominale frequentie; belastingscondities afwijkend van de nominale belastingscondities, waaronder: 1< mechanische overbelasting gedurende lange tijd; 1< blokkering van de rotor; 1< te lange aanlooptijd door te grote belastingskoppel of massatraagheid; 1< te korte rustperiode of nullastperiode bij intermitterend bedrijf; omgevingscondities afwijkend van de nominale omgevingscondities, waaronder: 1< te hoge omgevingstemperatuur of te ijle koellucht; 1< uitval van geforceerde koeling; 1< vervuiling van de gekoelde-koelvlakken; mechanische condities afwijkend van de nominale mechanische condities, zoals: 1< lagerdefecten; 1< torsietrillingen. Bij de beschouwing van de hierna te behandelen oorzaken, welke tot een te hoge thermische belasting leiden, wordt uitgegaan van een constant mechanisch lastproces (figuur 1.8a). Andere veel voorkomende mechanische lastprocessen zijn: processen waarbij het koppel omgekeerd evenredig is met de hoeksnelheid (figuur 1.8b); processen waarbij het koppel rechtevenredig is met het toerental (figuur 1.8c); processen waarbij het koppel kwadratisch toeneemt met het toerental (figuur 1.8d).

4

Asymmetrische voedingsspanningen vallen buiten het kader van het onderzoek en worden derhalve hler nlet behandeld.


13

Figuur 1.8

Lastkoppel-hoeksnelheidskarakteristieken.

Afwijkende voedingsspanning Verlaging van de voedingsspanning zal, in het normale gebruikgebied, leiden tot een quadratisch evenredige verlaging van de koppel-toerenkarakteristiek voor elke waarde van de hoeksnelheidzoals hieronder in figuur 1.9 is weergegeven. Het mechanisch afgegeven vermogen Pmech=Te*t.>m' blijft in beide gevallen ongeveer konstant (zie bedrijfspunten S1 en S2)' Dit is dus ook het geval voor het aan de motor toegevoerde elektrisch vermogen Pe . Verlaging van de voedingspanning leidt dus (zie formule 1.1) tot een verhoogde statorstroom en dus tot verhoogde dissipatie.

U5 1> U 52

/

Tlast

Figuur 1.9

14

Koppel-toerenkarakteristiek bij variatie van de voedingsspanning.

Hoofdstuk 1. Motorbeveiliglngen

Afwijkende frequentie Frequentie verhoging zal leiden tot verandering van de koppelhoeksnelheidskromme5 zoals hieronder in figuur 1.10 is weergegeven. Het door het net toegevoerd vermogen blijft ongeveer constant, en er treedt aileen een verandering van de slip Op6. Hierdoor zullen de verliezen in de rotor toenemen ( zie formule 1.5) en zal de motor in temperatuur stijgen.

_'2_'----

0

Figuur 1.10 Koppel-hoeksnelheidskromme bij variatie van de statortrequentie. Verhoging van de frequentie leidt dus tot een verhoging van het afgegeven mechanisch vermogen (gearceerd oppervlak) en tot een toename van het door het net geleverde elektrisch vermogen Pe' De statorstroom en de dissipatie zullen in dit geval dus toenemen. De koeling van de kortsluitankermotor wordt verzorgd door een op de as gemonteerde ventilator, en is afhankelijk van de statortrequentie. Deze situatie kan er dus toe leiden dat bij lage frequentie - ondanks het hierbij afgenomen verliesvermogen de motor een te hoge temperatuur bereikt. Mechanische overbelasting gedurende lange tijd Verhoging van het afgegeven mechanisch vermogen Pmech leidt tot een verhoging van het toegevoerd elektrisch vermogen Pe' De statorstroom en de dissipatie zullen in dit geval dus toenemen.

5

Kipkoppel zal afnemen.

8

De lastkarakteristiek is hlerbij constant verondersteld. Blj andere lastkarakteristieken treedt een geheel andere situatie op.


15

Te lange aanlooptijd Bij het starten van de kortsluitankermachine vanuit stilstand wordt een groot deel van het door de motor opgenomen vermogen afgegeven aan de rotor. Deze energie zal zich daar in warmte omzetten, hetgeen tot een zeer snelle verwarming van de rotor. Te korte rust- of nUllastperioden bij intermitterend bedrijf Bij een te korte rustperiode zal de motor niet voldoende kunnen afkoelen. Indien er dan een start op voigt waarbij veel warmte gedissipeerd wordt, zal de motor een te hoge temperatuur bereiken. Te hoge omgevingstemperatuur De in paragraaf 1.2.1 beschreven warmtebronnen veroorzaken ten opzichte van de omgevingstemperatuur een temperatuursprong. Een hogere omgevingstemperatuur leidt dus tot een hogere temperatuur in de machine. Uitval van geforceerde koeling De hoeveelheid afgevoerde warmte tussen machineonderdelen onderling, en tussen machineonderdelen en directe omgeving is - zoals behandeld in paragraaf 1.2.1 - onder meer afhankelijk van de warmteoverdrachtscoefficient. Indien de geforceerde koeling uitvalt, zal de motor in temperatuur stijgen. Vervuiling van de gekoelde-koelvlakken Indien de koelvlakken van de machine vervuild raken, zal dit leiden tot een additieve warmteoverdrachtscoefficient. De temperatuur van de machine zal dus stijgen. Lagerdefecten Lagerdefecten leiden tot verhoogde wrijving tussen de as en het huis van de kortsluitankermachines. Hierdoor zullen de in paragraaf 1.2.1 opgesomde mechanische verliezen toenemen, welke daardoor tot een hogere temperatuur leiden.

1.2.4 Oorzaken, niet direct leidend tot een te hoge thermische belasting De enige oorzaak die een machine in een niet-gewenste situatie brengt, waarbij niet direct de temperatuur een rol speelt, is een directe doorslag1 ten gevolge van de zeer hoge transiente voedingsspanning. Deze spanning kan tussen de wikkelingen onderling, een zeer hoog elektrisch veld opbouwen en op deze manier de isolatie inwendig laten doorslaan. Ais gevolg hiervan zal op deze plaats, direct of binnen korte tijd, een kortsluiting ontstaan.

7

16

Verwarming van de wikkelingen ten gevolge van partiele ontladingen van de wikkelingsisolatie en de hierbij optredende langzaam verlopende doorslag wordt verwaarloosd. Hoofdstuk 1. Motorbevelligingen

1.3. Temperatuurclassificatie van isolatiematerialen Een motor kan tijdens het ontwerp zodanig gedimensioneerd worden dat deze beter bestand is tegen een hogere wikkelingstemperatuur. Hiertoe zijn de isolatiematerialen naar gelang hun thermische duurzaamheid ingedeeld in een zevental temperatuurklassen [13] (zie tabel 1.1). De temperatuu,.s van de wikkelingsisolatie mag gedurende lange tijd in continu bedrijf, normaliter niet boven de in deze tabel voorgeschreven absolute waarden komen. temperatuurklasse

I

temperatuur

I

Tabel 1.1

Y

A

E

B

F

H

C

°C

°C

°C

°C

°C

°C

°C

90

I

105

I

120

I

130

I

155

I 180 I >180 I

Temperatuurclassificatie van isolatiematerialen.

1.4 Uitvoeringsvormen van motorbeveiligingsschakelaars Aan de hand van oorzaken welke - zowel gezien vanuit de elektrische (klemmen) zijde alsook gezien vanuit de mechanische (as) zijde - tot een niet-gewenste bedrijfssituatie kunnen leiden, is een indeling in motorbeveiligingen tot stand gekomen (zie tabel 1.2). Het betrett hier een onderscheid in twee hoofdgroepen; beveiliging tegen interne fouten en beveiliging tegen externe fouten. De interne fouten zijn hierbij gedefinieerd als storingen optredend in de motor. Zij zijn niet direct een gevolg van menselijk handelen. De hier te beveiligen grootheid is niet de temperatuur, maar de stroom. Voorbeelden van interne fouten zijn windingsIUiting en aardsluiting. Beide treden op tengevolge van veroudering van de isolatie. De externe fouten zijn hierbij gedefinieerd als storingen optredend buiten de motor. Zij zijn wei direct een gevolg van menselijk handelen. De gebruiker gebruikt de motor hierbij voor een doel waarvoor deze niet ontworpen is. De temperatuur van de motor is hier de te beveiJigen grootheid. Voorbeelden zijn mechanische overbelasting gedurende lange tijd, optredende vervuiling van koelende koeloppervlakken en afwijkende netcondities (zie paragraaf 1.2.3).

8

De temperatuur dient hierbij gemeten te worden met de in lEe pUblikatie 34-1 weerstandsmethode.


beschreven

17

fout/ storing

te beveiligen grootheid

grootheid waarmee de beveiliging tot stand komt

uitvoeringsvorm van de beveiliging

extern

temperatuur

temperatuur

temperatuur sensor

stroom

bimetaal analoog digitaal

intern

stroom

smeltveiligheid

stroom

aardlekschakelaar Tabel 1.2. Indeling in motorbeveiligingsschakelaars. De manier waarop tegen een interne fout beveiligd wordt, spreekt voor zich, en valt buiten het kader van het onderzoek: het zal derhalve hier niet behandeld worden. De beveiliging tegen externe fouten, welke aile een te hoge temperatuur tot gevolg hebben, kan zowel direct als indirect plaatsvinden. De directe methode meet rechtstreeks de temperatuur. De indirecte methode meet de Iijnstroom en zet deze om in de temperatuu~. De in tabel 1.2. genoemde beveiligingen die bescherming bieden tegen een te hoge motortemperatuur, zullen in de volgende paragraaf behandeld worden.

1.5 Methoden van motorbeveiliging Deze paragraaf behandelt de ontwikkelingen van motorbeveiligingen. Aan de hand van de grootheid waarmee de beveiliging tot stand komt - de temperatuur of stroom - worden de motorbeveiligingen, zoals deze tot op heden op de markt verschenen zijn, in het kort behandeld. De gehanteerde uitgangspunten bij deze behandeling zijn de werking en de voor- en nadelen. De verwachtingen voor de toekomst worden in de laatste paragraaf - paragraaf 1.6 - beschreven.

9

18

Het principe van deze omzetting wordt behandeld in paragraaf 1.5.2. Hoofdstuk 1. Motorbeveiligingen

1.5.1. De temperatuur als graotheid waarmee de beveiliging tot stand komt. Deze graep beveiligingen tracht middels directe temperatuurmetingen de motor tegen een te hoge temperatuur te beschermen.

1.5.1.1 Temperatuur sensor beveiligingen Werking De temperatuur-sensor meet op de plaats waar deze gemonteerd is de lokale temperatuur. De snelheid waarmee deze temperatuur gemeten kan worden, is afhankelijk van twee factoren. Deze twee tactoren zijn: de warmteweerstanden bij warmtegeleiding en warmteoverdrachtsweerstand(en) van de media welke zich tussen de te meten plaats en temperatuursensor bevinden, alsmede de warmteweerstanden bij warmtegeleiding en warmteovergangsweerstand(en) in de temperatuursensor zeit; de warmtecapaciteit van de media welke zich tussen de te meten plaats en temperatuur-sensor bevindt, alsmede de warmtecapaciteit van de temperatuur-sensor zeit. Figuur 1.11 toont het thermisch vervangingsschema welke bij het meten van de lokale temperatuur gehanteerd kan worden. De thermische invloeden tussen de meetplaats en de temperatuursensor en de invloeden van de temperatuursensor zeit worden voorgesteld door G1 en C 1• Door het varieren van de modelparameters G1 en C, kan de met de temperatuursensor gemeten curve - temperatuurcurve T2(t) - exact nagebootst worden. Indien deze nabootsing voldoende nauwkeurig is kan het temperatuurverloop van het meetobject - temperatuurcurve T 1 (t) - eenvoudig gesimuleerd worden.

Tl(t)

T2(t)

Figuur 1.11. Een thermisch vervangingsschema voor het meten van de lokale temperatuur. Tabel 1.3. toont van enige typen temperatuursensoren de thermische tijdconstante (1), de gevoeligheid (a) en de mate van Iineariteit in het temperatuurgebied waar de sensor wordt toegepast. Bij de PTC-weerstand en de NTC-weerstand zijn bij de Hoofdstuk 1. Motorbeveiliglngen

19

thermische tijdconstante twee getallen ingevuld, er zijn namelijk meerdere uitvoeringsvormen. Type sensor

1

a

lineariteit

hoog

5

Pt100

6)10

0.38 nrC) 11 [11]

PN-transistor type

4) 12 [8]

2.25 mV C [8]

thermokoppel (type K)

onbekend

0.0632 mvrC

hoog

PTC-weerstand

<5 < 10 [10]

230 nrC [10]

hoog 13

NTC-weerstand

<5 <30 [9]

Tabel 1.3.

r

-3% tim

6%

*R N) 14rC [9]

redelijk

De thermische tijdconstante 1, de gevoeligheid a en de mate van lineariteit van enige typen temperatuursensoreno

De beveiliging c.q. bewaking van een motor middels een temperatuursensor kan op twee manieren gebeuren: afschakeling van de motor c.q. het weergeven van een signalering bij het bereiken van een instelbare maximaal toelaatbare temperatuur. afschakeling van de motor c.q. het weergeven van een signalering bij het bereiken van een instelbare maximaal toelaatbare temperatuurtoename per tijdseenheid. Wederinschakeling van de motor kan gebeuren nadat de motor voldoende afgekoeld is. Met andere woorden wanneer in de motor gedurende een klein tijdsinterval een grote temperatuursprong mag optreden - hetgeen bijvoorbeeld bij het starten optreedt - zonder dat hierbij versnelde isolatieveroudering optreedt.

20

10

De thermische tijdconstante or Is uit elgen metingen verkregen (zie hoofdstuk 4 "Meetresultaten").

11

De gevoeligheld « is afhankelijk van de absolute temperatuuur.

12

De thermlsche tijdconstante or wordt bepaald door de omhulling waarin deze geplaatst Is.

13

In het stelle werkgebled.

14

De nomlnale weerstand van de NTC-weerstand wordt met AN weergegeven. Hoofdstuk 1. Motorbeveiligingen

Voordelen van temperatuursensoren:

Voor de beveiliging tegen lichte mechanische overbelastingen 15 (I =1.1 ...2*Inom) meet de temperatuursensor direct de beste parameter - de temperatuur - als maat voor de overbelasting. Het niet van belang zijn van de grootte van de thermische tijdconstante van de temperatuursensor voor het beveiligen tegen lichte mechanische overbelasting 16 van de motor. De reden hiervan is dat de grootte van de thermische tijdconstante van de sensor vele malen kleiner is dan de grootte van de grootste thermische tijdconstante 16 van de motor. De omgevingstemperatuur heeft direct invloed op de sensor. De hierna te behandelen uitvoeringsvormen hebben hiertoe - uitgezonderd op die van de gecompenseerde bimetaal na - geen directe mogelijkheden.

-

Nadelen van temperatuursensoren: Bij geblokkeerde rotorcondities verloopt de temperatuurstijging zeer snel, en zijn niet aile temperatuursensoren snel genoeg 17 voor een adequate beveiliging 18. Tevens treedt hier het nadeel op dat de rotortemperatuur in het algemeen 19 slechts indirect via de stator(wikkelings-)temperatuur meetbaar is. In geval van een defect van de temperatuursensor dient de motor gedemonteerd te worden om de sensor te vervangen. Indien de manier van monteren niet correct is uitgevoerd, kunnen grote verschillen 20 optreden tussen de daadwerkelijk heersende temperatuur en de gemeten temperatuur. Aspecten van belang bij de montagemethode zijn: * het medium waarmee de sensor vastgeplakt of vastgezet wordt (siliconenkit, warmtegeleidende pasta enzovoort); afscherming tegen turbulentie en of eventueel aanwezige geforceerde * luchtkoeling, om te voorkomen dat een deel van de sensor gekoeld wordt. De plaats waar de sensor gemonteerd wordt. De - voor dit onderzoek interessante temperatuur van de hot-spot is niet altijd eenvoudig te lokalise-

15

Kortsluitstromen alsmede stromen optredend tengevolge van een geblokkeerde rotor worden hiertoe nlet gerekenend.

16

Deze grootste thermische tijdconstante bepaalt de temperatuur Indien de motor overbelast wordt (zie hoofdstuk 4 Meetresulaten).

17

Geclacht wordt aan sensoren met thermlsche tljdconstanten k1einer dan 0.5 seconden. De reclen hiervan Is dat de toegelaten blokkeringstijd - afhankelijk van het type machine - In de buurt van 6 s. en 10 s. Iigt.

16

Kortsluitstroombeveiligingen buiten beschouwlng gelaten.

19

Vaa In de rotor ingebouwde temperatuursensoren, bijbehorende zender en een In de stator lngebouwde ontvanger is het mogelijk de rotortemperatuur te meten.

20

Blj temperatuurmetingen waarbij de rotor geblokkeerd werd, bleek dit bij de in dit onderzoek ultgevoerde metingen ongeveer 10 ·C te kunnen beclragen.


21

ren, laat staan te bereiken. De kwetsbaarheid van enerzijds de temperatuursensor en anderzijds van de draadeinden op aansluitklemmen. Verhoging van de thermische weerstand tussen meetplaats en sensor tengevolge van vervuiling en veroudering. De ijking van het temperatuurmeetsysteem, aJsmede de reaJisering van dit meetsysteem. Problemen die hierbij optreden zijn: * eventuele niet-lineariteiten in de temperatuursensor; * storingen tengevolge van Elektro-Magnetische-Interferentie; * overgangsweerstanden; * aansluitdraadweerstanden. De beperkte waarde van de isolatiegraad van de aansluitdraden en sensor.

1.5.2. De stroom als grootheid waarmee de beveiliging tot stand komt. Indien door een materiaal - bijvoorbeeld door een metalen strip • een stroom v1oeit, zaJ er tengevolge van de ohmse weerstand van dit materiaal een dissipatie ontstaan. De opgeslagen warmte uit zich via de in het materiaal aanwezige warmtecapaciteit in een temperatuur. De in deze paragraaf te behandelen groep beveiligingen tracht middels een omzetting van stroom naar temperatuur de machine tegen een te hoge temperatuur te beschermen. De doelstelling is de thermische karakteristiek van de elektrische machine onder aile bedri#somstandigheden na te bootsen. Oat hieraan niet altijd voldaan kan worden, blijkt uit het feit dat de temperatuur van de motor niet aileen afhangt van de opgenomen stroom, maar oak afhankelijk is van externe factoren, zoals bijvoorbeeld de temperatuur van de omgeving, het toerental en het wei of niet aanwezig zijn van externe koeling. Pretendeert men onder aile omstandigheden de motor te beveiligen, dan ontkomt men er niet aan om oak de temperatuur van de motor zeit te meten.

1.5.2.1. Bimetaal beveiliging Werking Het principe van het bimetaal is als voigt: door directe of indireete verhitting middels stroomdoorgang zal het bimetaal in temperatuur stijgen en tengevolge van deze temperatuurstijging krom trekken. Deze beweging kan dan gebruikt worden om een hulpcontaet te sluiten of te openen, waarna een signalering optreedt of waama de motor van het net afgeschakeld wordt. Het thermische gedrag van een motor, welke van een hoge orde is, wordt via deze eerste-orde methode gesimuleerd. De temperatuur van de motor kan dan ook maar beperkt benaderd worden.

Voor- en nade/en van het bimetaal

tim

Afhankelijk van het bedrijfstype (51 59) [13] van de motor kan een bimetaal een acceptabele beveiliging tegen thermische overbelasting bieden. In continu bedri# - bedri#stype 51 - kan de temperatuurcurve bij opwarming van het bimetaal zo ingesteld worden dat deze overeenkomt met de temperatuurcurve bij opwarming van de machine (zie figuur 1.12, curve 1). In dat geval kan een bimetaal wei een 22

Hootdstuk 1. MotorbeveUiglngen

acceptabele beveiliging bieden. In geval van intermitterend bedrijf - bedrijfstype 52 is niet aileen de temperatuurcurve bij opwarming maar ook de temperatuurcurve bij afkoeling van het bimetaal van belang. (zie figuur 1.12, curven 1 en 3). Indien de temperatuurcurve bij afkoeling van de beveiliging niet geheel overeenkomt met die van de machine ontstaat na herhaaldelijk in- en uitschakelen een afwijking (figuur 1.12, curven 4 en 5). Er is nu dus geen acceptable beveiliging van de motor. De invloed van de temperatuur van de omgeving kan, door middel van een eventueel in de bimetaal aanwezige compensatie strip, worden gecompenseerd. Vanwege de eenvoudige opbouw heeft een bimetaal een hoge betrouwbaarheid. Beveiliging in geval van blokkering van de rotor kan optreden indien de I-t-curve van het bimetaal - zie figuur 1.13. - onder het snijpunt van toegelaten blokkeertijd en blokkeerstroom ligt.

-------------

--------

Figuur 1.12. Opwarm en afkoel karakteristieken van motor en bimetaalbeveliging. 1. 2. 3. 4. 5.

Temperatuurcurven bij opwarming van zowel de motor als bimetaal. Temperatuurcurve van de motor bij afkoeling. Temperatuurcurve van de bimetaalbeveiliging bij afkoeling. Daadwerkelijk temperatuurverloop van de statorwinding. Statorwinding temperatuur gesimuleerd middels de bimetaalbeveiliging. \

\ \

1['1 b

\

\,c

"""

------"-<-----.

'--

......

............

I

d

' ............ 1 -----",. t-......_

I

--_. I [AI ----7

Figuur 1.13 I-t-curven van motor en bimetaalbeveiliging.


23

a. b. c. d.

I-t-curve bij aanloop van de machine. I-t-curve bij nominaal bedrijf van de machine. I-t-curve van het bimetaaJ. Maximaal toelaatbare statorstroom en blokkeertijd in geval van blokkering van de rotor.

1.5.2.2 Analoge elektronische beveiligingen Werking Deze vorm van beveiliging tegen thermische overbelasting maakt gebruik van een thermisch model van de stator en of rotor welke omgezet wordt in een analoog elektrisch model welke opgebouwd is uit fysieke, elektrische bouwstenen zoals weerstanden, condensatoren en operationele versterkers. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de analogie tussen thermische en elektrische grootheden. In de praktijk wordt vaak een tweede-orde thermisch model gehanteerd 21 dat, indien voorzien van de juiste modelparameters, een beter aanpasbare benadering van het thermische gedrag van stator en of rotor weergeeft dan de hiervoor behandelde bimetaalbeveiliging, dit zowel bij opwarming a/sook bij afkoeling. Indien het model het thermische gedrag van de stator nabootst, kan het aileen gebruikt worden bij motoren welke statorkritisch zijn. Met andere woorden bij motoren waar het zwakste punt - afhankelijk van type isolatie en hot-spot temperatuur - in de statorwikkelingen optreedt. Indien het model het thermische gedrag van de rotor nabootst, kan het aileen gebruikt worden bij motoren welke rotorkritisch zijn. Met andere woorden bij motoren waar het zwakste punt - afhankelijk van type isolatie en hot-spot temperatuur - in de rotorwikkelingen of rotorstaven optreedt. Analoge elektronische beveiligingen die zowel rotorkritische motoren alsook statorkritische motoren met hetzelfde model kan beveiligen ben ik vooralsnog niet tegengekomen. Figuur 1.14.22 toont het voor dit onderzoek centraal staande tweede-orde thermische model, welke ter beveiliging van statorkritische motoren wordt toegepast. De rechtvaardiging van de bij deze figuur door de fabrikanten vermelde fysische uitleg 18 wordt in hoofdstuk 6 "Praktische interpretatie" besproken.

24

21

De fabrikant die diot tweede-orde thermisch model gebruikt voor hun analoge elektronlsche motorbeveiliging (type CEF 1) Is Sprecher + Schuh.

22

AIleen temperatuurverschlllen tussen wmachineonderdelen" onderling worden door dit model weergegeven. Hoofdstuk 1. Motorbeveiligingen

R20

Rl R21

j

T1

Pcu

C1

Pte

C2

Figuur 1.14. Het tweede-orde elektrisch analogon van een motor.

C1 C2 R1 R20 R21 Pcu Pfe S1

Warmte capaciteit van de statorwindingen. Warmte capaciteit van het statorijzer en de overige massa van de motor. Warmte-overgangsweerstand tussen de statorwindingen en het statorijzer. Warmte-overgangsweerstand tussen het statorijzer en de omgeving indien geen geforceerde koeling wordt toegepast (motor uit bedrijf). Warmte-overgangsweerstand tussen het statorijzer en de omgeving indien wei geforceerde koeling wordt toegepast (motor in bedrijf). Warmte bron welke de ohmse verJiezen in de statorwikkeling alsook de ohmse verliezen in de rotorwikkeling c.q. de rotorstaven voorstelt. Warmte bron welke de stator- en rotorijzerverliezen voorstelt. Schakelaar; stand afhankelijk van de bedrijfstoestand van de motor (in- of uit bedrijf).

Voor- en nadelen van de analoge, elektronische beveiligingen De analoge, elektronische beveiliging kan indien goed gedimensioneerd - dat wil zeggen het model is van een voldoende hoge orde en voorzien van de juiste modelparameters - een hoge beschermingsmate bieden in aile bedijfsomstandigheden. In geval van blokkering van de rotor kan de beveiliging de motor op twee manieren afschakelen. Deze twee manieren zijn: afschakeling indien de lijnstroom van de motor gedurende een te lange tijd een te hoge stroomwaarde23 aanneem~4; afschakeling indien het quotient van temperatuur van de hot·spot en tijd (dT/dt) een te hoge waarde aanneemt. Tevens hebben deze beveiligingsschakelaars als optie de motor te beveiligen tegen fase-uitval en aardfouten. Een nadeel is dat de omgevingstemperatuur en het effect

23

Te lange tijd en te hoge stroom zijn hierbij gerelateerd aan de aanlooptijd en aanloopstroom.

24

Bij de e1ektronlsche motorbeveiliglngsschakelaar CEF 1 van het merk Sprecher+Schuh in deze met behulp van dip-switches instelbaar.


25

van in- en/of externe koeling aileen met behulp van een optionele temperatuursensor gemeten kunnen worden. De betrouwbaarheid is afhankelijk van de kwaliteit van de toegepaste componenten.

1.5.2.3 Digitale elektronische beveiligingen De digitale, elektronische beveiligingen zijn te splitsen in twee groepen. Deze twee groepen zijn: a. microprocessor gestuurde beveiligingen, gebaseerd op I-t-karakteristieken; b. microprocessor gestuurde beveiligingen, gebaseerd op simulatie van het thermische gedrag (de temperatuur) van de motor.

a. Microprocessor gestuurde beveiligingen, gebaseerd op I-t-karakteristieken. Werking van de beveiliging Deze groep van beveiligingen maakt gebruik van een I-t-karakteristiek. Indien de combinatie van de effectieve stroomwaarde en het tijdsinterval dat deze stroom optreedt, boven het gebied van de I-t-curve van de motorbeveiliging (figuur 1.15) raakt, wordt de motor van het net afgeschakeld. De motorbeveiligingsschakelaar kent twee I-t-curven, te weten de koude-I-t-curve en de warme-I-t-curve (zie figuur 1.16). De koude I-t-curve wordt gehanteerd wanneer de motor vanuit koude toestand wordt opgestart. De warme I-t-curve wordt gehanteerd wanneer de motor nog warm is om deze kort daarvoor nog gebruikt is.

Log t

[5]

Log 1 [A]

:>

Figuur 1.15. I-t-Curve van een motorbeveiligingsschakelaar, alsook de I-t-curve van de motor. a. b. c.

26

I-t curve bij van aanloopvan de machine. I-t curve bij nominaal bedrijf van de machine. I-t curve van de motorbeveiliging.

Hoofdstuk 1. Motorbeveillglngen

Log

r

t

[9]

Koude lot-curve (ind. spreiding)

Warme I-t-curve Inclusief spreidlng

Figuur 1.16 Koude- en warme-I-t curve van een motorbeveiligingsschakelaar Het principeschema25 van deze motorbeveiliging is afgebeeld in figuur 1.17. De met behulp van een stroomtransformator gemeten stroom wordt nadat deze gelijkgericht is zowel naar een effectieve waarde-convertor alsook naar een topwaarde-detector gestuurd. Vanuit de effectieve waarde-convertor - de topwaarde-detector wordt hierna behandeld - wordt een hiermee evenredig signaal naar een teller gestuurd. Deze teller, teller LTI, meet de tijdsduur van dit signaal en vergelijkt deze met de waarde uit de I-t-karakteristiek die in het geheugen is opgeslagen. Bij overschrijding wordt het commando tot afschakeling gegeven. De topwaarde-detector welke bescherming biedt tegen kortsluitstromen, stuurt een signaal naar zowel een teller als naar een niet-vertraagde schakeleenheid. De teller KIT werkt op dezelfde wijze als de teller LIT, welke hierboven beschreven is. De niet-vertraagde schakeleenheid geeft direct het commando tot uitschakeling indien een vooraf ingeste/de piekwaarde van de streom bereikt c.q. overschreden wordt.

1

r r1-·u~~::';~nh~~

! I

rl-r-

_.- ------------ ----1 : I

I

I

+->

'" I+->

i '" l---+----I--I 1__

.

Figuur 1.17 Principeschema van de op de I-t-karakteristiek berustende motorbeveiligingsschakelaar

25

Fabrikaat Mitsubishi, type No-fuse breaker NF400-SE

Hoofdstuk 1. Motorbeveillgingen

27

5T

TO RMS C NVSLIT KIT

5troomtransformator. Topwaarde-detector. Effectieve waarde-convertor. Niet-vertraagde schakeleenheid. Lange-tijdteller. Korte-tijdteller.

Voor- en nadelen De voor- en nadelen van deze manier van beveiligen zijn moeiJijk te achterhalen. De reden hiervan is dat fabrikanten 26 in hun brochures de werking globaal uitleggen en niet op details ingaan. Bijvoorbeeld in geval van verandering van de stroomwaarde wordt er niet uitgelegd wat er met de tellers· teller LIT en teller KIT gebeurt. Worden deze met de waarde 0 gevuld, of is er een geheugenfunctie aanwezig?

microprocessor gestuurde beveiligingen, gebaseerd op simulatie van het thermische gedrag van de motor

b.

Werking van de beveiJiging In principe werkt deze beveiliging - welke uitgevoerd is met een microprocessor op dezelfde manier als de hiervoor behandelde analoge elektronische beveiliging (zie paragraaf 1.5.2.2.). Hiertoe wordt het tweede-orde thermisch model ~ie figuur 1.14) omgewerkt tot twee numeriek oplosbare differentiaal-vergelijkingen2 • De temperatuur op het tijdstip t=t(n+') wordt bepaald door de temperatuur op het tijdstip t=t(n)' de waarden van de modelparameters G1, G2 , C, en C2 en de waarde van de variabelen P, en P2 op het tijdstip t=t(n)' De moeilijkheid blijft, net zoals bij de elektronische beveiligingen, om op eenvoudige wijze voor diverse soorten machines, aan de hand van kenplaatgegevens, het model te voorzien van de juiste waarden van de modelparameters. Voorde/en van microprocessor-gestuurde motorbeveiligingen zijn: hoge mate van bescherming indien het model van een voldoende hoge orde is en voorzien is van de juiste modelparameters; informatieverwerking, zoals het aantal starts en het aantal draaiuren kan gemakkelijk plaatsvinden (bijvoorbeeld via een operator op een hoger niveau); de oorzaak van een storing kan gemakkelijk achterhaald worden, bijvoorbeeld door continue registratie van lijnspanning, Iijnstroom en toerental gedurende het laatste uur (schuifregister werking); flexibele software, zodat de motorbeveiliging in principe ook geschikt is voor

28

26

Onder andere Mitsubishl en Terasakl.

v

De fabrikanten die dlt tweede-orde thermisch model gebruiken voor hu microprocessor gestuurde motorbeveiliglng zijn onder andere Holec (Clink) en Sprecher + Schuh (CET 4). Hoofdstuk 1. Motorbeveiligingen

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

1.6. Toekomstverwachtingen en conclusies De digitale beveiligingen zullen naar mijn mening de traditionele beveiligingsschakelaars verdringen indien de kostprijs van deze, bijvoorbeeld door terugdringing van onderzoeken ontwikkelingskosten, verminderd kan worden. Daarnaast blijft het belangrijk externe condities zoals temperatuur en toerental, in het beveiligingscircuit op te nemen. De reden hiervan is dat de temperatuur niet aileen afhangt van de opgenomen streom, maar ook van bovengenoemde parameters - temperatuur en toerental - afhangt. Een mogelijkheid tot kostenreductie is uniformiteit van zowel de hard- als software. De motorbeveiligingsschakelaar dient dan zowel statorkritische alsook rotorkritische motoren van uiteenlopend vermogen en voedingsspanning met dezelfde software te kunnen beschermen tegen aile ongewenste bedrijfssituaties. Dit kan ertoe leiden dat het, voor deze afstudeeropdracht voor ogen staande tweede-orde thermische model van de stator, uitgebreid dient te worden met een thermisch model van de rotor. Adaptieve motorbeveiligingen - beveiligingen welke zich automatisch aan de te beschermen motor aanpassen - zijn er nog niet en zullen naar mijn verwachting er ook niet snel komen. De reden hiervan is dat dit soort schakelaars zelf de diverse thermische tijdconstanten van de motor dient te bepalen. Hierbij is het dus nodig op verschillende plaatsen op de juiste manier de temperatuur van de motor te bepalen. Dit laatste zal dus tot veel praktische problemen leiden. Fabrikanten daarentegen zouden in de toekomst deze thermische tijdconstanten standaard op hun kenplaatgegevens kunnen monteren, hetgeen de instelling van de nieuwe motorbeveiligingsschakelaar aanzienlijk zal vereenvoudigen. Tenslotte eindig ik dit hoofdstuk met een citaat uit [3]. Hierin wordt de tot op heden en waarschijnlijk ook in de toekomst beste motorbeveiliging beschreven; "Die sorgfaltige Auswahl und den richtige Einsatz des Motors unter BerOcksichtigung aller massgeblichen UmsUinde ist die einfachste, billigste und wirksamste Schutzmassnahme"

30


2. Meet-elektronica-opstelling Voor het bepalen van het thermisch gedrag van een machine is een meetelektronica ontworpen. Deze meetopstelling meet de gemiddelde statorwikkelingstemperatuur, de lokale omgevingstemperatuur en op een achttal plaatsen de lokale temperatuur 1 in de machine. De metingen kunnen "automatisch" worden uitgevoerd en voor verder gebruik worden opgeslagen. De meetmethode voor het meten van de lokale temperatuur wordt behandeld in paragraaf 2.1. Paragraaf 2.2. behandelt het meten van de gemiddelde statorwikkelingstemperatuur. Paragraaf 2.3 toont de gehele meet-elektronica-opstelling.

2.1. Lokale temperatuurmetingen Deze paragraaf behandelt de lokare temperatuurmetingen. De keuze van het type sensor wordt in paragraaf 2.1.1. toegelicht. Paragraaf 2.1.2. beschrijft het principe van de voor deze temperatuurmeting ontworpen meetschakeling. De ijking van deze schakeling is het onderwerp van paragraaf 2.1.3. Tenslotte wordt in paragraaf 2.1.4. in het kort ingegaan op de gekozen meetplaatsen van de lokale temperatuur. 2.1.1. Sensor type De lokale temperatuur is gemeten met behulp van de weerstandswaarde van een platina thermometer-sensor [11]; in het vervolg Pt100-sensor genoemd. De keuze voor deze sensor is voortgekomen uit de afweging van de voor- en nadelen van een Pt1 DO-sensor in relatie tot een thermokoppel. De voordelen van de Pt100-sensor zijn: de grote stabiliteit in de weerstandswaarde over lange perioden, ± 0,2% gedurende een jaar; de grote absolute nauwkeurigheid van de tempertuur als funetie van de weerstand (± 0,75% tot 300°C); de grote weerstandsverandering bij kleine temperatuurvariaties; de grote Iineariteit van de weerstandswaarde als functie van de temperatuur, en eenwaardigheid in het te verwachten meetgebied; een hoog gelijkspanningsniveau bij een betrekkelijk laag stroomniveau (1 mAl, zodat een hoog signaal-ruisverhoudingsniveau bereikt kan worden; De nade/en van de Pt100-sensor zijn: de grote warmtecapaciteit en dientengevorge de grote thermische tijdconstante (6 - 10 seconden zie hoofdstuk 4 "Meetresultaten"); de opwarmeffecten tengevolge van de meetstroom (te verwaarlozen bij een meetstroom van 1 mA); het benodigde grote meetoppervlak (I = 3 cm d = 0.3 cm)

De Lokale temperatuur is hierbij gedefinieerd als de temperatuur heersend ter plaatse van eeo klein oppervlak c.q. volume. Hoofdstuk 2. Meet-elektonica-opstelling

31

2.1.2 De meetschakeling voor het meten van de lokale temperatuur De schakeling voor het meten van de lokale temperatuur is opgebouwd uit drie in serie geschakelde eenheden 2• Elk van dezeeenheden heeft een eigen functie. Deze drie eenheden worden in deze paragraaf elk apart behandeld en zijn: de instrumentatieversterker; de buffer; het filter. Volledigheidshalve dient vermeld te worden dat van de negen gebouwde meetschakelingen er zes uit drie in serie geschakeJde eenheden bestaan. Drie meetschakelingen zijn opgebouwd uit vier in serie geschakelde eenheden. Die drie bevatten bevatten - voor het verkrijgen van voldoende demping - twee tweede orde actieve filters in plaats van een. De instrumentatieversterker De toegepaste instrumentatieversterker is afgebeeld in figuur 2.1. Door de Pt1 DOsensor en de weerstand R, wordt een constante gelijkstroom van 1 mA gestuurd. De verschilspanning boU, welke tussen deze weerstanden optreedt, wordt door het IC omgewerkt tot een hiermee evenredig zijnde uitgangsstroom 1R4 (zie formule 2.1 )3. De uitgangsspanning U (zijnde het produkt van R4 en ' R4 ) is dus een directe maat voor de weerstandswaarde, en dus de temperatuur van de Pt1 DO-sensor. De uitgangstroom 1R4 welke een stroombereik van 4 rnA tot en met 20 mA heeft is zowel bij kleine alsook grote verschilspanningen (& U) met behulp van R2 instelbaar. De instelling van zowel R2 als R4 voor deze temperatuurmeting is zodanig gekozen dat bij het te verwachten meetbereik van 20°C tot en met 100 DC een gelijkspanning U aan de uitgang hoort van 3 V tot en met 9 V. De weerstand Ra zorgt ervoor dat de gelijkspanning aan zowel pin 3 alsook aan pin 4 ongeveer 5 V hoger Iigt dan de gelijkspanning op pin 7. Hierdoor wordt de Iineariteit van de schakeling gewaarborgd. Condensator Ca is opgenomen ter ontkoppeling van de voedingsspanning. Diode 0 1 beschermt het IC tegen een negatieve voedingsspanning. De gelijkspanningvoeding V1 bedraagt 24 V.

IR4 = 4E-03 A -1

32

+

(0.016

n-1

+

40) AU Rz

[A]

(2.1.)

2

De totale meet-elektronica-scbakeling inclusicf de gegevens zoals bet IC-type en de weerstandswaarden zijn te vinden op bijlagen 3a en 3b.

3

Deze formule is overgenomen uit de specificatics behorende bij bet IC [14]. Hoofdstuk 2. Meet-elektonica-opstelling

Dl

PtlOO

T

U PtlOO R3

Cl

Figuur 2.1. De toegepaste instrumentatieversterker. De buffer De in de computer aanwezige analoog-digitaal-omzetter is beschermd tegen te hoge spanningsniveau's door de schakeling afgebeeld in figuur 2.2. De hierin gebruikte zenerdioden waarborgen dat de uitgangsspanning nooit boven de - voor de analoog-digitaal-omzetter toegelaten - 10 V gelijkspanning komt. Een andere taak van dit buffer is het verkrijgen van een voldoende hoge ingangsimpedantie. Het delta filter - bestaande uit de condensatoren C4 - heeft als taak, stoorsignalen met hoge frequentie kort te sluiten. Het IC is een voor deze toepassing speciaal uitgezochte extreem lage drift operationele versterker. Deze operationele versterker heeft in tegenstelling tot de meest gebruikte operationele versterkers een zeer nauwkeurige gelijkspanningsversterking. R5

RS

RS .......-I------.---f-' C4

ZI

I

U,it

ZI

Figuur 2.2. De toegepaste buffer.

Hoofdstuk 2. Meet-elektonica-opstelling

33

Het filter Stoorsignalen welke, ondanks het getwist zijn van de aansluitdraden van de Pt1OOsensor, worden opgevangen, dempen in het filter afgebeeld in figuur 2.3. Deze stoorsignalen - Elektro-Magnetische Interferentie (EMI) genoemd - zijn deels het gevolg vande in de tijd veranderlijke flux in de motor en worden voor een deel opgewekt door bijvoorbeeld gasontladingslampen, draaiende stroomvoerende commutatoren en schakelende componenten, zoals gelijkspanningsvoedingen. De kantelfrequentie fk van dit tweede orde actieve filter voigt uit formule 2.2 en bedraagt 7.2 Hz. De condensatoren C3 zijn toegepast ter ontkoppeling van de voedingsspanningen V3 en V4' Weerstand R7 vormt de belasting van de schakeling. ~

1

=

(2.2)

211'JRs RsCsCs

C5

R6

R7

C6

I

Uuit

Figuur 2.3. Het toegepaste tweede orde actieve filter.

2-1.3. IJking van de schakeling Deze paragraaf behandelt de verificatie van de lokale temperatuurmeetschakeling. De onderwerpen die hierbij behandeld worden zijn: de ijkprocedure van de temperatuurmeetschakeling; de inregeling van de meetschakeling; de ijkprocedure van de analoog-digitaal-omzetter. De ijkprocedure van de temperatuurmeetschakeling Deze gehanteerde methode ter controle van een juiste werking van de totale meetschakeling wordt hier beschreven. De ijkopstelling (figuur 2.4) bestond uit een bakje water met daarin een pt100-sensor (inclusief getwiste aansluitdraden), een lange kwikthermometer en een verwarmingselement. De aflezing van de kwikthermometer was tot op een tiende graad celcius mogelijk.

34

Hoofdstuk 2. Meet-elektonica-opstelllng

J::Yllt.beraolleter

V

Voltmeter

net.voedlng aeetschnJce11ng

Pt1QO lncl.

Figuur 2.4.

aanslult.draden.

IJkschakeling van de lokale temperatuurmeting.

Het water is vanaf het kookpunt (::::100°C) afgekoeld tot ongeveer 30°C. Bij het afkoelen is op bepaalde momenten tegelijkertijd de temperatuur van de kwikthermometer, en de spanning van de meetschakeling afgelezen. De spanning is hierna inclusief compensatie van de ohmse weerstand van de aansluitdraden omgerekend tot de bijbehorende temperatuur. Bijlage I toont deze resultaten. De bovenste meting (in bijlage I aangegeven met *) wordt hieronder uitgewerkt. Gegevens: uit meting: uit schakeling:

uit norm[11]

Berekening: Uit formule 2.1. voigt: Uit figuur 2.1. voigt:

- UR7 = 7.81 V - T1hennorneIer = 95,0 °C • R2 = 123,04 0 - R4 = 4700 - IPl100 = IA1 = 1 rnA - RaansJu~draden = R a = 0,24 C - RPt100 = Ro*(1 +BT+AT~ • B = 3.90802E-Q3 °C· 1 - A = -5.802E-Q7 °C· 1 - Ro = 1000

UR7 = UR4 = (4E~3 + (0.016 + 40jRJ * l1U)*R4 l1 U = 36,99 mV UPl100 + URJ = (URI + l1 U) = (100 + 36,99) mV

(RPt100 + Ra ) = 136.99 0 RPl100 = 136,99·0,24 0 = 136,75 0 T = 95,38°C

De meetschakeling wijkt bij deze meting dus ongeveer 0.4 °C af. De toegestane tolerantie van de Pt100-sensor bedraagt volgens bovengenoemde norm; 0.3 °C + (0.005*T) °e. In dit geval dus 0,775 °e. Bijlage 2a en bijlage 2b tonen de meetresultaten waarbij de invloed van de Pt100sensor aansluitdraden met behulp van potmeter R1 zijn weggeregeld. De schakeling is hierbij zodanig ingesteJd dat - door variatie van R1 - op een bepaalde temperatuur de aanwijzing van de meetschakeling overeenkomt met die van de kwiktherHoofdstuk 2. Meet-elektonlca-opstelling

35

mometer. Hierna is opnieuw de bovenbeschreven afkoelproef herhaald. De bovenste meting (in bijlage 2 aangegeven met *) wordt hieronder uitgewerkt. Gegevens: Uit meting: Berekenlng: Uit formule 2.1. voigt:

- UR7 = 7.57 V DC .. Tthermometer 92,0 "C UR7 = UR4 = (4E-Q3 + (0.016 + 4O/RJ * ol1U)*R 4 ol1U=35,49mV UPl100 + URa = (R. + 100)*1mA + ol1U UPl100 = 100*1mA + AU RPl100 = (100*1mA + 35.49mV)/lmA = 135,49 C T = 92,1 °C

Uit bovenstaande berekening en de tabellen 2a en 2b (zie bijlage 2) kan gesteld worden dat de meetschakeling voldoende nauwkeurig alsook Iineair is. De meetschakeling kan dus op bovengenoemde manier geijkt worden zonder dat de weerstanden van de aansluitdraden bekend zijn. Van deze eigenschap is gebruik gemaakt bij het inregelen van de in totaal negen Pt100-sensoren (acht Pt100sensoren in de motor, en een Pt100-sensor in de omgeving) De inregeling van de meetschakeling Bij het inregelen van de meetschakeling is gesteld dat de machine in thermisch evenwicht verkeert, nadat deze achtereenvolgens een nacht en ochtend niet gebruikt is. Met andere woorden: aile acht meetschakelingen dienen eenzelfde temperatuur weer te geven. Deze temperatuur is met behulp van een thermokoppel en de hierbij behorende Fluke temperatuurmeter4 bepaald. Door variatie van de potentiometer R1 is de meetschakeling - in overeenstemming met de boven beschreven methode - zodanig ingesteld dat deze overeenkomt met de aanwijzing van het thermokoppel element. De ijkprocedure van de analoog-digitaal-omzetter De ijkprocedure van de analoog-digitaal-omzetter is gesplitst in twee delen. Deze twee delen zijn: het bepalen van de offset; het bepalen van het gelijkspanningsniveau per bit. De offset van de analoog-digitaal-omzetter is bepaald door de ingang van de analoog-digitaaal-omzetter met de massa van de analoog-digitaal-omzetter te verbinden. Hierna heeft de analoog-digitaal-omzetter 20 bemonsteringen uitgevoerd en is het hierbij behorende gemiddelde bitniveau berekend 5 . De offset blijkt -2 bits te zijn. Het gelijkspanningsniveau per bit is bepaald door een gelijkspanningsniveau van 7.498 V aan de analoog-digitaal-omzetter aan te bieden. Na wederom 20-maal bemonsteren blijkt het hierbij behorende gemiddeld bitniveau 1530 bits te zijn. Een

Uking van deze lemperaluurmeting beeft plaalsgevonden door bel lbermokoppel element in een smeltbad van ijs te bouden. De afwijking bedroeg 0.1 °C. (Uitgevoerd bij de ijkdienst van de TUE.) 5

36

Onderlinge afwijking in bet bitniveau liggen in de orde van ± 1 bit. Deze waarde is tevens gelijk aan de resolutie van de combinatie analoog-digitaal-omzetter Pc. Hoofdstuk 2. Meet-elektonica-opstelling

spanningsverschil van (7.498 - O)V bUjkt dan overeen te komen met (1530 - -2)bits. Het gelijkspanningsniveau per bit is dus 7.498/1532 V (~5 mV/bit). Controle heeft nog eens plaatsgevonden door op de analoog-digitaal-omzetter een normaalelement6 aan te sluiten. De gelijkspanning vo/gens de Fluke-voltmeter bedroeg 1,018 V. Het gelijkspanningniveau na omwerking van het bitniveau van de analoogdigitaal-convertor bedroeg 1,013 V. De afwijking bedraagt dus minder dan 0.5%. 2.1.4 De 10kale temperatuurmeetplaatsen De verantwoording van de keuze van de plaats waar de temperatuur in de machine gemeten wordt, wordt hieronder beschreven. De lokale temperatuur van de statorwikkeling is in drie verschillende statorgleuven met behulp van drie Pt100sensoren gemeten. De verwachting is dat hier de hoogste temperatuur zal optreden. Variatie in de plaats heeft als doel eventuele invloeden van staande inductie velden te detecteren. De lokale temperatuur aan de statorspoelkoppen is met behulp van vier Pt100-sensoren gemeten. Twee Pt100-sensoren zijn aan de aandrijfzijde geplaatst en twee Pt100-sensoren zijn aan de niet-aandrijfzijde geplaatst. Aan elke kant is steeds een Pt1 DO-sensor in de Juwte van de koelstroming gelegd en een niet. Oit dient om inzicht te verkrijgen in de variatie van de hierbij optredende temperaturen. Een Pt100-sensor is geplaatst op de buitenkant van het statorblikpakket; de temperatuurval tussen de statorwikkelingen en het statorblikpakket kan zodoende worden gemeten. De temperatuur van de omgeving is met behulp van een Pt100-sensor in een blokje messing7 op twee meter afstand van de asynchrone machine gemeten. Invloeden van de temperatuur van de omgeving kunnen zodoende in een later stadium worden gecompenseerd. Maatregelen getroffen ter bescherming van de aansluitdraden van de Pt100-sensor tegen EMI zijn: het twisten van de twee aansluitdraden; het meenemen van een extra getwiste Ius langs de Pt100-sensor. De reden hiervan is, is dat zo de invloed van de EMI bepaald kan worden. Compensatie van het meetsignaal kan dan plaatsvinden door aftrek van de in de Ius opgewekte stoorspanning. Bij de hier uitgevoerde metingen bleek de storing voldoende onderdrukt te worden en is bovenstaande oplossing niet toegepast.

6

Nonnaal element van het type Weston.

7

Het blokje messing beeft ten doel variaties in de temperatuur van de omgeving te dempen.


37

2.2 Het bepalen van de gemiddelde statorwikkeling temperatuur. Voor het continu meten van de gemiddelde temperatuur van een statorwikkeJing is gebruik gemaakt van een reeds bestaand meetapparaat. Oit meetapparaat bestaande uit een kast is in 1981 binnen de vakgroep EMV van de TUE door van Gils ontworpen [15]. De koppeling met het automatisch meetsysteem ontbrak, en is aan de ontworpen meetschakeling toegevoegd. De bij dit antwerp gehanteerde weerstandsmethode, de werking van het apparaat en de koppeling, komen in deze paragraaf aan de orde. De weerstandsmethode Bij deze methode wordt de temperatuurverhoging van de wikkelingen berekend uit hun weerstandsverandering. Deze temperatuurverhoging wordt bepaald met onderstaande formule [13]8:

T2 waarin:

-

T1

= R2 -R 1 (235+T1) R1

(

2.4)

T2 [DC] de temperatuur is behorende bij aen weerstand R2. T1 [DC] de temperatuur is behorende bij een weerstand R1.

2.2.1. Werking van het apparaat De werking van het apparaat berust op de meting van spanning en stroom. Er wordt tegelijk met de wisselstroom een bekende, kleine gelijkstroom (120 rnA) door de wikkelingen gestuurd. De hierbij optredende gelijkspanningscomponent van de spanning die over de wikkelingen komt te staan is een directe maat voor de weerstand en dus ook een maat voor de temperatuur. Het een en ander is gerealiseerd met het meetapparaat - in het vervolg toestel-van-Van-Gils genoemd - waarvan het principeschema in figuur 2.5 is weergegeven. p

P2

v

Figuur 2.5.

8

38

Principeschema van de weerstandsmeting.

De formule geldt voor koperen statorwikkclingen. Als een ander metaal dan kopcr wordt gebruikt, moot in formule 2.4. bet getal 235 worden vervangen door ceo andere waarde, die wordt berekeod uit de temperatuurcoefficient van dat metaal bij 0 ·C. Hoofdstuk 2. Meet-elektonica-opstelling

De gelijkstroombron stuurt via een sterpuntssmoorspoel T 1 een constante gelijkstroom door de drie wikkelingen van de motor. De gelijkspanning over de motorwikkelingen wordt gemeten via de sterpuntssmoorspoel T2 en het sterpunt (P3') van de machine. Men meet niet de weerstand van een wikkeling, maar van de drie parallel geschakelde machinewikkelingen. Aangezien het uiteindelijk gaat om een gemiddelde temperatuurbepaling zal dit, indien er geen extreem grote temperatuurverschillen tussen de diverse wikkelingen op kunnen treden, geen bezwaar zijn. Een gevolg van deze methode is wei, dat de meetspanning klein is (~10 mV). De toe te voegen gelijkstroom moet men namelijk beperkt houden. Deze mag slechts weinig invloed hebben op de verwarming van de motorwikkelingen. De koppeling tussen het toestel-van-Van Gils en de analeog-digitaal-convertor bestaat uit een geavanceerd meetinstrument9 in het vervolg Norma-meter genoemd, en twee tweede erde aetieve filters (zie figuur 2.6.). Beide filters hebben eenzelfde kantelfrequentie welke bepaald wordt met formule 2.2; deze bedraagt 7.2 Hz. V2

C5

2

Norma meter

P2

3

6

7 4

P3·

Toestel vao Van Gils

u:'1

C5 -V3

Figuur 2.6.

De totale schakeling voer het meten van de gemiddelde statorwikkelingstemperatuur.

De funetie van de Norma-meter is drieledig. Deze drie funeties zijn: Het filteren van de - in het toestel-van-Van-Gils - overgebleven wisselspanningscomponent (u(t», door het bepalen van de gemiddelde spanning (j(t) over een tijdsinterval T volgens onderstaande formule: T+t,

Li(t)

J T t~,

= .:!.

u(t) dt

(2.5)

Bij het niet-filteren ontstaat een stoorcomponent welke in figuur 2.7. is afgebeeld 1O• De grootste storing is waarschijnlijk het gevolg van asymmetri-

9

Het meetinstrument is een digitale vermogensmeter van het merk Norma.

10

Het afgebee1de signaal is rechtstreeks, vanuit de oscilloscoop in de PC ingelezen. (Het nulniveau (ground) is hierbij niet exact op nul geregeld.)


39

en in de rotor welke bij de eerste gemeten asynchrone machine 11 sterk naar voren komen. Het hier gemeten signaal heeft een frequentie overeenkomend met de slipfrequentie (ongeveer 1,2 Hz). De top-topwaarde van de wisselspanning bedraagt ongeveer 18 mV. Indien de tijdsinterval T bij formule 2.5. hoger gemaakt wordt onstaat een beter resultaat (zie figuur 2.8). Het is dus mogelijk het stoorsignaal geheel via de Norma-meter weg te filteren.

rv

)

\

'il

\u.

fI

Y

1...

i

('y~

tlA

"'f

'WI

I

.\.

U.

'}.t'

AI

1\11 .,.

Y

-------7 t [0.2 s/div]

Instelling norma: versterking = 100 x periodetijd = 0,12 s

Figuur 2.7.

J

kJ

Het laagfrequent stoorsignaal.

.I

P'I'

.-LJ

.1,\

~.

, rl~ ~I"

I

I'

,J'

'I

>

t [0.2 s/div]

Instelling Norma: versterking = 100 x periodetijd = 0.48 s

Figuur 2.8.

It

40

Het gefilterd laagfrequent stoorsignaal

Voor gegevens omtrent deze open machine wordt verwezen naar bet bij deze machine behorende beproevingssrapport (zie bijlage 9). Hoofdstuk 2. Meet-elektonica-opstelling

Het galvanisch isoleren van het toestel-van-Van-Gils met de ontworpen meetschakeling. Indien dit niet wordt gedaan, wordt het sterpunt van de asynchrone machine op de gemeenschappelijke van de meetschakeling aangesloten. De zeer hoge stoorsignalen die hierbij zowel op de lokale alsook op de gemiddelde temperatuurmeting optreden zijn waarschijnlijk een gevolg van het verschuiven van het sterpunt van de machine. Het versterken van de uitgangsspanning van het toestel-van-Van-Gils met een factor 100. Doelstelling van dit laatste is de aanpassing op de analoogdigitaal- convertor. Ondanks bovengenoemde maatregelen blijft bij de eerste machine een stoorsignaal zichtbaar. Oit stoorsignaal kan mede ontstaan door de bitresolutie van de analoogdigitaal-convertor pc. De resolutie van ± 1 bit leidt namelijk (zie onderstaand voorbeeld) tot variaties van 2.5°C. Stel Uuit is in werkelijkheid 1 V. In de praktijk kan dan zowel 1 V plus het spanningsniveau behorend bij 1 bit alsook 1 V minus het spanningsniveau behorend bij 1 bit gemeten zijn. Het hoogste gelijkspanningsniveau respectievelijk het laagste gelijkspanningsniveau komt - zie formule 2.4. overeen met 21.2 ·C respectievelijk 18,8 ·C. Het verschil bedraagt dus ongeveer 2.5 ·C.

2.2.2. IJking van de ontworpen schakeling In koude toestand is de weerstand van de drie in ster geschakelde statorspoelen gemeten. De weerstandswaarde van de drie parallel geschakelde statorspoelen bleek 71 mo te zijn, onder aftrek van de ohmse weerstand van de meetsnoeren. Onder draaiende condities van de motor is met de ontworpen meetschakeling een tiental-samples genomen. De gemiddelde waarde van deze spanning gedeeld door de daarbijbehorende stroom geeft een weerstandswaarde van 76 mo. Deze afwijking is het gevolg van weerstanden in het toestel-van-Van-Gils en de overgangsweerstanden tussen de asynchrone machine en het meetapparaat. Voor het berekenen van de temperatuur is deze afwijking toelaatbaar daar de term (R2R1)/R 1 deze afwijking minimaliseert. De begin- of eindtemperatuur T 1 behorend bij de weerstand R1 (zie formule 2.4) is bepaald uit het gemiddelde van de lokale temperatuurmetingen. Bij de opwarmproeven is dit direct bij de start van de meting gebeurd. Bij de afkoelproeven is dit op het einde van de meting gebeurd. In beide gevallen wordt de machine dan in thermisch evenwicht verondersteld.

2.3. De totale meetelektronica-opstelling Het aanzicht van de totale meet-elektronica-opstelling alsmede de hierbij behorende renvooi-lijst zijn op bijlagen 4a en 4b weergegeven.

Hoofdstuk 2. Meet-e1ektonica-opstelling

41

De warmtehuishouding van een kortsluitankermachine. 3.1. Inleiding Dit hoofdstuk tracht door middel van een uitgebreid warmtenetwerk inzicht te geven in het thermisch gedrag van een kortsluitankermachine 1• 3.2. Yereenvoudigingen Daar de verwarmingsverschijnselen in de kortsluitankennachine bepaald worden door een gecompliceerd samenspel van fysische, aerodynarnische en thermische factoren, zijn - teneinde een hanteerbaar model te verkrijgen - enige vereenvoudigingen aangebracht. Deze vereenvoudigingen, naast de vereenvoudigingen aangebracht in hoofdstuk 1, zijn: de machine wordt in de langsdoorsnede qua opbouw symmetrisch verondersteld; warmte, opgewekt door de ohmse verliezen in de rotor, wordt voorgesteld door een beperkt aantal geconcentreerde, puntvormige warmtebronnen, gesitueerd in het midden van de rotorstaven en in de beide kortsluitringen; wannte, opgewekt door de ohmse verliezen in de statorwikkeling, wordt voorgesteld door een tweetal geconcenteerde, puntvorrnige warmtebronnen, gesitueerd in het midden van de statorwikkeling en in de beide statorspoelkoppen; ijzerverliezen in het statorblikpakket worden voorgesteld door een tweetal geconcentreerde, puntvormige warmtebronnen. Een daarvan is gesitueerd in de statortanden en de andere warmtebron is gesitueerd middenin het juk van de stator; ijzerverliezen in het rotorblikpakket worden tengevoIge van de lage slipfrequentie in de rotor verwaarloosd; de machine wordt beschouwd onder vrijwel nominale omstandigheden; wrijvingverliezen en ventilatieverliezen worden, aangezien deze - in nominaal bedrijf - de temperatuurstijging niet of nauwelijks belnvloeden verwaarloosd. De eerste vereenvoudiging - de symmetrische opbouw - rechtvaardigt de transformatie van de werkelijkheid naar een twee-dimensionaal model. Hierdoor kan de warmtebeschouwing beperkt blijven tot een sector: deze sector bevat slechts een rotorgleuf en een statorgleuf. Binnen deze sector treden zowel in de radiale richting, de dwarsdoorsnede, alsook in de axiale richting, de langsdoorsnede, verwarmingsverschijnselen op. De tweede vereenvoudiging ontstaat door te veronderstelleo dat de - relatief dikke en homogene - rotorstaven eeo goede thermische geleidbaarheid hebben.

Het uitgangspunt is hierbij eeo kortsluitankermachine voorzieo van eeo dubbele koelvinneo op het huis. Hoofdstuk 3. De warmtehuishouding van een kortsluitankermachlne.

rotorkoo~

eo

43

De derde vereenvoudiging, welke ten aanzien van de statorwikkeling is verondersteld, is met zo vanzelfsprekend. De constructie van de statorwikkeling is inhomogeen: deze is namelijk opgebouwd uit onderling geisoleerde geleiders, die elk apart te beschouwen zijn als warmtebronnen. Daarbij komen dan nog de met met impregnatielak opgevulde luchtinsluitingen, die de temperatuurverdeling zowel in radiale alsook in de axiale richting beinvloeden. Het hier beschouwde twee-dimensionale model 2 (zie bijlage 5) is opgebouwd uit warmtebronnen, verbonden met de omgeving door warmtecapaciteiten, warmteweerstanden bij warmtegeleiding en warmteoverdrachtsweerstanden. 3.3. De elementen De warmteweerstand bij warmtegeleiding (Rth,g ['C/W]) is de warmteweerstand welke de warmtestroom (¢th [W]) bij zijn verloop in een medium3 ondervindt. Deze waarde wordt bepaald door de materiaaldikte (6 [m]), de specifieke warmtegeleidingscoefficient (l [W j"Crn]) en de doorsnede (A [m2]) van het desbetreffende stuk materiaal. Het verband tussen de warmteweerstand bij warmtegeleiding, de door deze warmteweerstand stromende warmte en het over deze weerstand ontstane temperatuurverschil (aT [·CD toont formule 3.1. De reciproke waarde van de warmteweerstand bij warmtegeleiding wordt aangegeven met (Gth,g [W j"CD.

aT = Rth,g 1 R th ,9

• ¢th

=

l . A

(3.1)

6

De warmteovergangsweerstand (R th•O ["C/W]) is de warmteweerstand welke de warmtestroom bij de overgang tussen twee verschillende media tegenkomt. De waarde wordt bepaald door de reciproke waarde van het produkt van de warmteoverdrachtscoefficient (a [W j"Cm2 ]) - welke afhankelijk is van beide media - en het tussen deze media aanwezige warmteafgevend oppervlak (A [m2]). De warmteoverdracht kan plaatsvinden via straling, conductie en convectie. Het verband tussen de warmteovergangsweerstand, de tussen de beide media overgedragen warmtestroom en het hierdoor ontstane temperatuurverschil4 toont formule 3.2. De reciproke waarde van de warmteovergangsweerstand wordt aangegeven met (Gth,o [WtCl).

2

In de literatuur [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] komen diverse andere modellen voor.

3

De media welke voor dit onderzoek van belang zijn, zijn de vaste media (bijvoorbeeld koper en weekijzer) en ten gasvormig medium namelijk lucht. AT is bet temperatuurverschil tussen bet oppervlak en bet gasvormig medium in voldoende grote afstand van bet oppervlak.

44

Hoofdstuk 3. De warmtehuishouding van een kortsluitankerrnachine.

I1T

Gth,o

= Rth,o

=

• tPth

1 = a • A Rth,o

(3.2)

De warmtecapaciteit is een reservoir (de massa van de machine) waarin warmte wordt opgeslagen. De opgeslagen warmte uit zich in een temperatuur. De waarde van de warmtecapaciteit (C [Jj"C]) wordt bepaald door het produkt van de specifieke warmte van het materiaal (c [Jj"Ckg]) en de massa (m [kg]) van het desbetreffende stuk materiaal. Het verband tussen de warmtecapaciteit en de hierin opgeslagen energie toont formule 3.3. Het netwerk behorende bij deze formule bestaat - in tegenstelling tot het netwerk gegeven in bijlage 5 - uit aIleen een warmtecapaciteit en een warmtebron. De temperatuur To op het tijdstip t=1o=O.

4>th = C* (dT!dt) t-t 1

T-T1

t-t o

T~To

f 4>th • dt = JC • dT

4>th. tl

=C

• T1

= C • m • T1

(3.3)

Bijlage 6 en bijlage 7 tonen de specifieke dichtheden, warmtegeleidingscoefficienten, de warmteoverdrachtscoefficienten en de soortelijke warmten van in de elektrische machinebouw veel gebruikte materialen5 • 3.4 De warmtestromen In het model - zie bijlage 5 - zijn duidelijk axiale en radiale warmtestromen te onderscheiden. Beide warmtestromen gebruiken, een al of niet gemeenschappelijke ijzer-, koperen luchtweg, elk gevormd door een aantal - voomamelijk in serie geschakelde - warmteweerstanden bij warmtegeleiding en warmteovergangsweerstanden. Figuur 3.1. toont het vanuit bijlage 5 afgeleide, vereenvoudigde warmtenetwerk. (De benamingen van de componenten behorende bij zowel bijlage 5 als figuur 3.1 zijn in bijlage 8 weergegeven.) Het hier beschouwde model is geent op de analogie met het transport van elektrische lading. Hierdoor kunnen op dit warmtenetwerk dezelfde wetten worden toegepast als die op het elektrische netwerk, namelijk de wetten van Ohm en Kirchhoff. De doorgelaten warmtehoeveelheid komt overeen met de elektrische stroom (I [A]), de warmteweerstand komt overeen met de elektrische weerstand (R [0]) en de temperatuur komt overeen met de elektrische spanning (U

De in deze tabellen weergegeven waarden zijn afkomstig uit diverse artikelen en boeken.

Hoofdstuk 3. De warmtehuishouding van een kortsluitankerrnachlne.

45

[V]). Bij de hierna volgende bespreking van de radiale en axiale warmtestromen - in respectievelijk paragraaf 3.4.1 en paragraaf 3.4.2 - wordt de machine in thermisch evenwicht verondersteld. De invloeden van de warmtecapaciteiten kunnen derhalve buiten beschouwing worden gelaten.

46

Hoofdstuk 3. De warmtehuishouding van een kortslultankermachine.

Rth ,020

n

n n')n Rth

I

R th 021

~ ~ ,....,..

)

Ul

1

Rt h,g4 T

l{")

i~ ~

P::

\.0 DO

~

.....,

N N 0 ~

.....,

Or.1

~

~~

l{")

\.0 DO

..........

DO

~

.....,

P::..o

c----

DO

~

~ ~

c----

DO

~Q1J ~Qlk ~~,g16 ~th,~17

CX)

0 ~

r\5......, CX)

R th ,g18

0 ~

.....,

P::

Cf)

T

c-r ~

c-r

0

'""""5

R th ,019

t

Id

0\ DO

0

-

c-r

~

0

~......,

0-;

~

0

..........

00 ~

.....,

P::

Figuur 3.1.

......, P::

L--J

*

~

~..o

~

Het vereenvoudigde warmteschema van de kortsluitankermachine.

Hoofdstuk 3. De warmtehuishouding van een kortsluitankermachine.

47

3.4,1. De radiale warmtestroom

De radiale warmte stroomt6 vanuit de beide warmtebronnen 02p en O~ - de door de rotorstaven binnen het rotorblikpakket opgewekte ohmse verhezen - VIa de warmteovergangsweerstanden R1h,oll - overgang rotorstaven naar rotorblikpakket - naar het rotorblikpakket. Beide warmtebronnen 02ga en 02gb zijn thermisch gekoppeld middels het ijzerpakket dat zich in de buurt van de staven bevindt (R1h,glOf. Vanuit het rotorblikpakket - met warmteweerstand R th ,g9 vloeit de warmtestroom via de warmteoverdrachtsweerstand Rth,oSa - overgang rotor naar luchtspleet - naar de luchtspleet. Vanuit de luchtspleet stroomt de warmte naar de stator via warmteoverdrachtsweerstand R1h,oBb' In de omgeving van de statortanden - met warmteweerstanden R th ,g7a en R 1h ,g7b - worden aan de warmtestroom afkomstig uit de luchtspleet, drie warmtestromen toegevoegd. De eerste warmtestroom wordt opgewekt door de ohmse verliezen in de statorwikkeling (warmtebron 01g)' De tweede warmtestroom wordt opgewekt door de ijzerverliezen in de statortanden (warmtebron 0 11), De nu ontstane totale warmte stroomt door het statorblikpakket met warmteweerstanden R th ,g6a en R th,g6b' Tijdens dit - naar het buitenoppervlak van het statorblikpakket verlopende proces - voegt zich de uit de derde warmtebron afkomstige, laatste warmtestroom toe. Deze warmtestroom wordt opgewekt door de ijzerverliezen in het statorjuk (warmtebron 01j)' Tussen het buitenoppervlak van het statorblikpakket en het binnenoppervlak van de motorbehuizing kan zich, afhankelijk van de wijze waarop het statorblikpakket in het huis is aangebracht, een kleine, maar voor het warmtetransport zeer belangrijke, luchtspleet bevinden met warmteovergangsweerstand R th,05' De warmte stroomt hierna via de warmteweerstanden R th,g4 en Rth,gJ - de therrnische weerstand van respectievelijk de behuizing en koelvinnen - naar de koelvinnen. Tenslotte vloeit de warmtestroom via de warmteovergangsweerstand R th ,02 - overgang koelvin naar koellucht - naar de koellucht. 3.4.2. De axiale warmtestroom

De axiale warmtestroom wordt voornamelijk opgewekt in de dubbele kooi van de rotor en in de wikkeling van de stator. De warmtestroom dwars door het blikpakket is tengevolge van de blikisolatie vrijwel te verwaarlozen8• De richting van de axiale warmtestroom binnen de rotorstaven wordt bepaald door de temperatuur rniddenin de rotorstaven en de temperatuur aan de kortsluitringen. De richting van de axiale warmtestroom binnen de statorwikkelingen wordt . op dezelfde wijze als bij de rotorstaven - bepaald door de temperatuur rniddenin de statorwikkelingen en de temperatuur in de statorspoelkoppen. In onderstaande beschouwing wordt uitgegaan 6

De positieve richting is hierbij gedefmieerd vanuit het middelpunt van de rotor naar de statorbehuizing.

7

Het temperatuurverschil tussen deze buiten- en binnenkooi wordt mede door de stroomverdringsfactor bepaald en door de verhouding van de doorsneden en de thermische geleidbaarheid van de materialen. 8

48

Zie bijlage 6 Hoofdstuk 3. De warmtehuishouding van een kortsluitankermachlne.

van een sitllatie waarbij de richting van de warmtestroom naar blliten gericht is. De in de rotorstaven opgewekte axiale warmtestromen9 vloeien vanllit de beide warrntebronnen Q2ga en Q 2 via de warrnteweerstanden R th,g12 naar het oppervlak van de beide kortsillitringen. fijdens dit proces voegen zich de llit de kortsillitringen afkornstige warrntestromen toe. Deze llit de kortsillitringen afkornstige warrntestromen onstaan door de ohmse verliezen in de kortsillitringen (warrntebronnen Q2ra en Q2rb). Vanllit de kortsluitringen stroomt de warrnte via de warmteoverdrachtsweerstanden R th,014 - overgang kortsillitringen naar binnenlllcht - naar de binnenlllcht. Via de binnenlllcht in de spoelkopruimte - met warmteweerstand R th,g15 - vloeit de warmtestroom via de warmteovergangsweerstand Rth 022 - overgang binnenlllcht naar statorhllis - naar het lagerschild van de stator. . Vanllit warrntebron Ql~ - het ohrnse verlies middenin de statorwikkeling - vloeit de axiale warmtestroom Vla warmteweerstand R th ,g17 naar het oppervlak van de statorspoelkop. Tijdens dit proces voegt zich hieraan de llit de statorspoelkop afkomstige warmtestroom toe. Deze llit de statorspoelkop afkomstige warmtestroom wordt opgewekt door de ohmse verliezen in de spoelkop (warrntebron Q1k). Vanllit het statorspoelkop-oppervlak vloeit de warmtestroom via warmteoverdrachtsweerstand R th,019 - de warmteoverdracht tllssen statorspoelkop en binnenlllcht - naar de binnenIliCht. Via de binnenlllcht in de spoelkopruimte met warrnteweerstand Rth,glS stroomt de warrntestroom via de warmteovergangsweerstand R th,022 - overgang binnenlllcht naar statorhllis - naar het statorhllis. Tenslotte vloeit de inmiddels in de motorbehllizing aangekomen warmtestroom zich naar de koellllcht. Het pad dat hierbij wordt afgelegd bestaat uit de al eerder genoemde warmteweerstanden R th ,g4 en Rth,gl en warmteovergangsweerstand R th ,021' overgang schild naar koellllcht.

9

De positieve richting is hierbij gedefmieerd vanuit het middclpunt van de rotor naar de statorbehuizing.

Hoofdstuk 3. De warmtehuishouding van een kortsluitankermachine.

49

4. Meetresultaten Dit hoofdstuk behandelt de resultaten van de metingen. De metingen zijn uitgevoerd aan twee kortsluitankermachines, waarvan de beproevingsrapporten op de bijlagen 9 en 10, zijn weergegeven. De aan de beide machines uitgevoerde metingen zijn: a. lokale temperatuurmetingen aan de statorwikkeling, tijdens opwarming van de machine. De temperatuurmeting begint vanuit koude-toestand van de machine en eindigt wanneer de machine de warme-toestand bereikt heeft. De koude-toestand is de toestand waarbij de machine dezelfde temperatuur heeft a1s de omgeving. De warme-toestand is de toestand waarbij de machine een nieuw thermisch evenwicht met de omgeving bereikt heeft. De machine wordt tijdens de meting nominaal belast; b. gemiddelde temperatuurmetingen aan de statorwikkeling, onder de bij a. genoemde omstandigheden; c. lokale temperatuurmetingen aan de statorwikkeling, tijdens afkoeling van de machine. De temperatuurmeting begint vanuit warme-toestand van de machine en eindigt wanneer de machine de koude-toestand bereikt heeft. Tijdens deze meting wordt er geen elektrisch vermogen toegevoerd en zal er geen geforceerde koeling aanwezig zijn; d. gemiddelde temperatuurmetingen aan de statorwikkeling onder de bij c. genoemde omstandigheden; e. lokale temperatuurmetingen aan zowel de statorwikkeling alsook aan de rotorwikkeling c.q. rotorstaven, wanneer de machine startend vanuit een koude-toestand, tengevolge van de onder blokkering van de rotor optredende dissipatie, kortstondig « 60 s.) verwarmd wordt. De temperatuurmeting begint op het moment dat de spanning op de machine ingeschakeld wordt en eindigt na 3 minuten; f. vermogensmetingen ter bepaling van de dissipatie bij nominaal bedrijf in zowel de stator alsook in de rotor. De bovengenoemde temperatuurmetingen a. en b. worden temperatuurmetingen bij opwarming genoemd en worden beschreven in paragraaf 4.2. Paragraaf 4.3. behandelt de temperatuurmetingen c. en d. die in het vervolg metingen bij afkoeling genoemd worden. De temperatuurmetingen bij blokkering van de rotor worden in het vervolg temperatuurmetingen bij blokkering genoemd en zijn het onderwerp van paragraaf 4.4 (meting e.). Tenslotte behandelt paragraaf 4.5. de vermogensmetingen (meting f.).

Hoofdstuk 4. Meetresultaten

51

4.1. Meetproblemen Bij de meting van de lokale statorwikkelingstemperatuur en de gemiddelde statorwikkelingstemperatuurzijn de volgende meetproblemen opgetreden: de bepaling van de thermische tijdconstante van de combinatie Pt100-sensor en meetplaats; de schommelingen van de temperatuur van de omgeving gedurende een klein tijdsbestek; de verandering van de lijnspanning als functie van de tijd en hiermee de verandering van de lijnstroom en dissipatie als functie van de tijd. De laagfrequent storingscomponent bij het meten van de gemiddelde statorwikkelingstemperatuur is reeds beschreven in het hoofdstuk Meetopstelling en zal hier niet herhaald worden.

4.1.1. Bepaling van de thermische tijdconstante van de combinatie Pt100-sensor en meetplaats. Bij de hier uitgevoerde lokale temperatuurmetingen treden, tengevolge van de overgang van de meetplaats naar de sensor en in de sensor zelf, altijd ongewenste thermische tijdconstanten op. De thermische tijdconstante bepaalt de snelheid waarmee de temperatuur gemeten kan worden, en is afhankelijk van twee factoren. Deze twee factoren - reeds in hoofdstuk 1, paragraaf 1.5.1.1 behandeld - zijn: de warmteweerstand(en) bij warmtegeleiding en warmteoverdrachtsweerstand(en) van de media welke zich tussen de te meten plaats en temperatuursensor bevinden, alsmede de warmteweerstand(en) bij warmtegeleiding en warmteovergangsweerstand(en) in de temperatuursensor zelf; de warmtecapaciteit van de media welke zich tussen de te meten plaats en de temperatuursensor bevindt, alsmede de warmtecapaciteit van de temperatuur-sensor zelf. Bij temperaturen welke in de tijd langzaam 1 varieren - hetgeen bijvoorbeeld het geval is bij de temperatuurcurven bij opwarming en de temperatuurcurven bij afkoeling - treden er nauwelijks problemen Op2. Varieert daarentegen de temperatuur zeer snel - bijvoorbeeld bij een geblokkeerde rotor - dan dient met de thermische tijdconstante tussen meetplaats en Pt1 DO-sensor terdege rekening te worden gehouden. Het is gewenst de waarde van de thermische tijdconstante, in deze situatie, te kunnen inschatten. Voor de open machine houdt dit de bepaling van de thermische tijdconstante tussen een Pt1 DO-sensor en de in de statorgleuven gelegen spoelen in. Tevens dient de thermische tijdconstante bepaald te worden tussen een Pt1 DO-sensor en de in de rotorgleuven gelegen spoelen. De bepaling van de in de gesloten machine optredende therrnische tijdconstante tussen een Pt1 DO-sensor en de in de statorgleuven gelegen spoelen is - vanwege tijdgebrek niet uitgevoerd. De thermische tijdconstante, optredend tussen een Pt1 DO-sensor Gezien ten opzichte van de grootte van de thermische tijdconstante van de temperatuursensor

ze1f. 2

52

Aannemende dat de warmteweerstand tussen de meetplaats en de sensor een niet te hoge waarde aanneemt Hoofdstuk 4. Meetresultaten

en een rotorstaaf van de gesloten machine is niet bepaald. De thermische tijdconstante zal hier aanmerkelijk kleiner zijn dan de waarde van de thermische tijdconstante welke bepaald is bij de rotorwikkeling van de open machine. De Pt1 DOsensor is hier name/ijk in een voor hem op maat gefreesde gleuf gemonteerd en rondom voorzien van warmtegeleidende pasta. Voor de bepaling van de thermische tijdconstante optredend tussen een Pt1 DO-sensor en een meetplaats van de open machine is zowel in een statorgleuf alsook in een rotorgleuf een bedding gemaakt (zie figuur 4.1.).

Pt lOO-sensor siliconenki t r::::=::=====r-

hou ten pI aa t je spoelen

Figuur 4.1.

Schematische voorstelling van een in een statorgleuf en een in een rotorgleuf van de open machine gefabriceerde bedding.

a

Hiema is een Pt1 DO-sensor in een bakje kokend water verhit tot ongeveer 90 ·C 100 ·e, en is deze direct in de geprepareerde bedding gestoken. Vanaf het moment dat deze in de bedding werd geschoven is de bepaling van de thermische tijdconstante gestart. Figuur 4.2. toont de afkoeling van de Pt100-sensor in de bedding van de statorgleuf.

I::

" . < ,. . . .

·· · ·· · ·

•••••••••••••••••••••••••

E- eo 40

0

••• : . . . . . .

·· ·· ·

._

.. .. . .. .

_• • • • • • • • • • • • • •

• • • •:

••

o

30

.. ... ,

•••••••••

;

.

.

••

0.0

•••••••• : ••••••••

0

.

..

.. . ..

• • • • •:

••••••••••

••••

0.

. 0

•••

0·0.

. . . •

. .. .

,

.. . ..

•••••••••••••••••••••••••••

.. . _0

..

. ..

•

•

.

200~--~S---~,o---~,S~----=2..,...O------,2"=S------=!30

t

Figuur 4.2.

3

[s]

>

Afkoeling van de Pt1 DO-sensor in de bedding van de statorgleuf.

De gemeten data (fIlenaam a:\tbertijd\tauw2.dat) alsmede bet in Matlab gescbreven programma (fJ1enaam a:\tbertijd\tau2.m) waarmee deze temperatuurcurve wordt berekend zijn op diskette Nr.1. opgeslagen.


53

·· . -_ -.. . __ : ·· .......................................:

.. .. :

·· ·. '--:. ..;

: _

:

:

.......

E--t

&0

40 30

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

··· ·· .......•........

.....•• ,......

•

. .. ..

:-.~

. ..

..

. . . . . . . • . . . . . . . . .:

... ..

.

:

.

: --

•••••••

.

:

[5]

.

:

... ..

:

t

Figuur 4.3.

,~

... ..

. .

>

Afkoeling van de Pt1 DO-sensor in de bedding van de rotorgleut4.

De thermische tijdconstante 5 van de Pt1 DO-sensor in de bedding van de statorgleut ligt in de orde van grootte van 7 seconden. Figuur 4.3. toont de afkoeling van de Pt1 DO-sensor in de bedding van de rotorgleuf. De thermische tijdconstante ligt hier eveneens in de orde van grootte van 7 s. Het blijkt dus dat de thermische tijdconstante in het geval van een temperatuurmeting bij geblokkeerde rotor waarbij korte meettijden gehanteerd worden «60 s.) niet te verwaarlozen is. Hiervan uitgaande is besloten de Pt1 DO-sensor nog beter te positioneren. Het resterende hout in de statorgleuven is voorzichtig weggestoken en de Pt1 DO-sensor is direct op de spoelen geplaatst (zie figuur 4.4). De thermische tijdconstante is in deze nieuwe situatie niet opnieuw bepaald. Bij de rotorgleuven - in het geval van blokkering van de rotor - is het hout tot op circa 0.1 mm dikte weggestoken6 • De Pt100-sensor is hierna met behulp van warmtegeleidende pasta op de rotorspoelen gemonteerd, waarna het resterende deel van de gleuf met behulp van siliconenkit is opgevuld. De siliconenkit heeft als doel de Pt1 DO-sensor "vast" te zetten in de gleuf, zodat deze bij een draaiende rotor - tengevolge van de hierbij optredende turbulentie niet lostrilt. Het nadeel van de siliconenkit is zijn - ten opzichte van warmtegeleidende pasta - beperkte warmtegeleidbaarheid. Er ontstaat een extra warmteweerstand en warmtecapaciteit tussen de meetplaats en Pt1 DO-sensor. De thermische tijdconstante is in deze nieuwe situatie wederom niet meer bepaald.

De gemeten data (ftlenaam a:\thertijd\tauwS.dat) alsmede het in Matlab geschreven programma (ftlenaam a:\thertijd\tauS.m) waarmee deze temperatuurcurve wordt berekend zijn op diskette Nr.l. opgeslagen. s

6

54

In werkelijkheid zal de temperatuurcurve niet met Un thermische tijdconstante te benaderen zijn. De waarde die hier vermeld is, geeft echter wei een indicatie. De grens van het praktisch mogelijke is bier bereikt. Hoofdstuk 4. Meetresultaten

Pt 100-sensor siliconenkit

statorspoelen Figuur 4.4.

Definitieve wijze waarop de Pt100-sensor in de statorgleuf van de open machine is gemonteerd.

4.1.2. De schommelingen in de temperatuur van de omgeving gedurende een klein tijdsbestek. De temperatuur van de omgeving is bij de eerste proet via een Pt1 DO-sensor welke direct aan de temperatuur van de omgeving blootgesteld was - op twee meter atstand van de machine gemeten. Figuur 4.5. toont het resultaat.

r

30

.

.

; : : . ..: . ... ... .. ·. ... .. . .. . . . . · . , . .. . · . . . . · . . . ..................................................................................... ·· .. . ... ... ... ... ·· .. ... . . . .. · .; : : :·· .. ..: .. .. .. . · . . . . . ..

2"

•

SJ 24

f-<

••••••• ,

"0"

~

•••••••••• "

0°

••••••••••

,

~

•••••

-

•

•

•

•

•

•

•

•

~

22

20

· ··;

·

28

0

1000

2000

3000

.000

•

•

•

•

•

••

•

~

eooo

~ooo

t

Figuur 4.5

•

[s]

7000

>

De gemeten temperatuur van de omgeving als functie van de tijd indien de Pt1 aD-sensor direct aan de omgeving bloot gesteld is7 •

Kleine temperatuurvariaties gedurende een klein tijdsbestek « 500 S.)8 zijn vanwege de kleine massa van de Pt100-sensor direct merkbaar. De invloeden van deze temperatuurvariaties op de machinetemperatuur zijn daarentegen vanwege de grote massa van de machine te verwaarlozen. Via een Pt1 aD-sensor welke in een blokje messing gestoken is (omringd met warmtegeleidende pasta) zijn deze temperatuurvariaties gedempt. Figuur 4.6. toont het resultaat.

7

De gemeten data (fUenaam a:\omge.var\preof2.dat) alsmede bet in Matlab geschreven programma (fUenaam a:\omge.var\oef.m) waarmee deze temperatuurcurve wordt berekend zijn op diskette Nr.l. opgeslagen.

8

Gerelateerd aan de snelbeid waarmee de temperatuur in de grote machinebal van de vakgroep EMV varieert.


55

t

~o

I

2e

...................: .........

24

.

.

·

...

···

· . . .. · .,," "0"········· ··, . . . · .. .

·

.

...

••••••••••••.••••.•••••.•••.••••.•.•••.•....

22

:

·· ·

.

' °

..,

-0-

.

... . 0' ...•..... . . ...

"

0' •.. 0•.... ,,"

"0' • • • •

..

20 0~----:1~OO..,....O,.....----"2-,.100".....,O,...------::;,.".OO,,.....,O--40.,..,O:-::O----::lO.,.,.,o.....,..0--e..,....0,L,.0...,....0 ----:7"""'0J.".O""""0- - e - o.... oo-----l

>

t [5]

Figuur 4.6.

Gemeten temperatuur van de omgeving als functie van de tijd indien de Pt100-sensor in een messing blokje gestoken is (omringd met warmtegeleidende pasta)9.

4.1.3. De verandering van de fijnspanning als functie van de tijd. Het testen van de totale meetopstelling - welke in paragraaf 4.2. behandeld wordt is met behulp van de open machine gebeurd. Nadat de asynchrone machine ongeveer 1.25 uur onder nominale omstandigheden gedraaid had, viel het op dat de statorstroom verminderd was. De reden hiervan is waarschijnlijk dat de voedingsspanning niet constant gebleven was. Na deze constatering is de statorstroom weer ingesteld op de waarde welke deze in het begin van de proef aannam en is daarna via regeling met de hand constant gehouden. De gemeten temperatuurcurven waarvan figuur 4.7. er een toont, laten nu aile een plotselinge temperatuurtoename zien: het tijdstip waarop de temperatuurtoename optreedt komt overeen met het tijdstip waarop de statorstroom is bijgesteld.

t

70

:

:

:

:

:

:

:

I :: ::::::::L::::::::t:::::::::t:········~····:::::~:::::::::1:::::::::~:

~:: ~:::::,:::::::::,:::::::.:,:::::::::.::::.::::~: .. . 20

.

.

.

.

.

'000

2000

3000

4000

5000

• • . . . . . . . o.

o

.

.

8000

7000

_

-~>

Figuur 4.7.

9

10

56

.

t[s]

Temperatuurcurve indien de statorstroom niet constant gehouden wordt 10•

De gemeten data (filenaam a:\demping\proef24.dat) alsmede het in Matlab geschreven programma (filenaam a:\demping\oef.m) waarmee deze temperatuurcurve wordt berekend zijn op diskette Nr.I. opgeslagen. De gemeten data (fJJenaam a:\omge.var\preof2.dat) alsmede het in MatIab geschreven programma (filenaam a:\omge.var\oef.m) waarmee deze temperatuurcurve wordt berekend zijn op diskette Nr.I. opgeslagen. Hoofdstuk 4. Meetresultaten

Wil men dus een bij benadering constante dissipatie in de machine hebben dan dient de statorstroom constant te worden gehouden 11. Bij de hieropvolgende metingen is dit in acht genomen. In een hierna volgend onderzoek behoeft hiermee geen rekening te worden gehouden indien naast de temperatuur ook een bemonstering plaatsvindt van twee van de drie lijnstromen en twee van de drie Iijnspanningen.

4.2. Temperatuurmetingen bij opwarming De metingen bij opwarming beschrijven als functie van de tijd het temperatuurverloop van de omgeving, het temperatuurverloop van een achttal plaatsen op de statorwikkeling, alsook het gemiddelde temperatuurverloop van de statorwikkeling. Figuur 4.8a en figuur 4.8b tonen van de open machine de posities waar de lokale temperatuur gemeten is (zie eveneens de foto's op bijlage 11). De getwiste draden in de machine die naar de 8 Pt100-sensoren leiden zijn aile aangesloten op aansluitklemmen. Deze aansluitklemmen zijn gemonteerd in een kastje welke bevestigd is aan de machine. De groepen aansluitklemmen behorende bij een Pt100-sensor zijn voorzien van het nummer overeenkomend met die vermeld in figuur 4.8. De ingangen en uitgangen van de meetelektronica-opstelling zijn ook voorzien van een nummer, het meetkanaal-nummer genoemd. Zowel de ingang alsook de hierbij behorende uitgang hebben hetzelfde meetkanaal-nummer. Tabel 4.1. toont de relatie tussen het meetplaats-nummer en het meetkanaal-nummer. De spanningen die de computer via de analoog-digitaal-omzetter inleest worden aile in een bestand opgeslagen. Het aantal rijen van dit bestand komt overeen met het aantal bemonsteringen, het aantal kolommen van dit bestand komt overeen met het aantal Pt100-sensoren in de machine vermeerderd met drie. De eerste 10 kolomnummers van het bestand komen overeen met het meetkanaal-nummer van de meetelektronica-opstelling. De kolomnummers 1 tot en met 8 van het bestand worden gebruikt ten behoeve van de lokale temperatuur, kolomnummer 9 van dit bestand wordt gebruikt ten behoeve van de temperatuur van de omgeving en kolomnummer 10 van het bestand wordt gebruikt ten behoeve van de gemiddelde statorwikkelingstemperatuur. Kolomnummer 11 van het bestand komt overeen met het nummer van bemonstering.

II

De dissipatie kan natuurlijk niet exact gelijk gehouden worden daar de statorweerstand met de temperatuur van de statorwikkeling verandert.


57

Poslties Bezien vanuit de veotilatorzijde. Voor de andere zijde seIde: 7~2. 6U 7 beviodt zich op de statorspoelkop in de luwte.

Figuur 4.8a Posities gezien in de dwarsdoorsnede, waar de Pt100-sensoren bij de temperatuurmeting van de open machine in nominaal bedrijf zijn gemonteerd.

.-.-.-~ ~AI ------- ---------7---------7------------_

koellucht

I Q)

~ N

~ -0 Cl

\I

koellucht .---

~-

d 1• _--

_-C.-.---~3::'..'~~_

----.

/

------

~ "'-,

2

'"'"

,~

7

'

Figuur 4.8b Posities gezien in de langsdoorsnede waar de Pt100-sensoren bij de temperatuurmeting van de open machine in nominaal bedrijf zijn gemonteerd.

Tabel 4.1.

58

meetplaats-nummer

1

2

3

4

5

6

7

8

meetkanaal-nummer

1

2

3

4

5

6

7

8

Relatie tussen het meetplaats-nummer en het meetkanaal-nummer bij de temperatuurmeting van de open machine in nominaal bedrijf.


De temperatuur van de - van bandage voorziene - statorspoelkoppen is met behulp van vier Pt100-sensoren (meetplaatsen 1, 2, 6 en 7) gemeten. Twee Pt100-sensoren (meetplaatsen 6 en 7) zijn gemonteerd op de statorspoelkoppen aan de aandrijfzijde en twee Pt100-sensoren (meetplaatsen 1 en 2) zijn gemonteerd op de statorspoelkoppen aan de niet-aandrijfzijde. Twee Pt100-sensoren (meetplaatsen 2 en 7) zijn zodanig gemonteerd dat deze zich in de luwte van de luchtstroming op de statorspoelkoppen bevinden, de twee andere Pt100-sensoren juist niet (meetplaatsen 1 en 6). De vier voorgenoemde Pt100-sensoren zijn aile met siliconenkit op de bandage vastgeplakt. Tevens zijn de zijden van deze vier Pt100-sensoren die aan geforceerde koellucht en turbulentie bloat staan, afgedekt met een plastic folie, ter voorkoming van afkoeling van de sensor. De Pt100-sensoren in de statorgleuven (meetplaatsen 3, 4 en 5) zijn, over de lengte van het statorblikpakket gezien in het midden geplaatst (zie figuur 4.8b). De wijze van montage van deze sensoren is reeds besproken in paragraaf 4.1.1 De opnemers zijn am de andere, statorgleuf geplaatst. Deze variatie in de plaats heeft ten doel eventuele invloeden van staande, inductie velden te detecteren. Figuur 4.9a en figuur 4.9b tonen van de gesloten machine de posities waar de temperatuur gemeten is (zie eveneens de foto's op bijlage 12). Tabel 4.2. geeft net zoals behandeld bij de open machine de relatie weer tussen het nummer van de meetplaats en het nummer van het meetkanaal.

Posities sezien vanuit de ventilatorzijde, Voor de andere zijde seldt: 7Q4.

5~8

5 bevindt zich op de statorspoelkop in de luwte

Figuur 4.9a Posities gezien in de dwarsdoorsnede waar de Pt100-sensoren bij de temperatuurmeting van de gesloten machine in nominaal bedrijf zijn gemonteerd.


59

· ..>

koellucht

.

. koellu·clit . . . . . . . . . . ... . .....

>

.... .

......

Figuur 4.9b Posities gezien in de langsdoorsnede waar de Pt100-sensoren bij de temperatuurmeting van de gesloten machine in nominaal bedrijf zijn gemonteerd. meetplaats-nummer

4

5

1

2

3

6

7

8

meetkanaal-nummer

1

2

3

4

5

6

7

8

Tabel 4.2.

Relatie tussen het meetplaats-nummer en het meetkanaal-nummer bij de temperatuurmeting van de open machine in nominaal bedrijf.

Wederom zijn twee Pt100-sensoren (meetplaatsen 7 en 8) op de statorspoelkoppen aan de aandrijfzijde en twee Pt100-sensoren (meetplaatsen 4 en 5) op de statorspoelkoppen aan de niet-aandrijfzijde gemonteerd. De statorspoelkoppen zijn, in tegenstelling tot bij de open machine, nu niet voorzien van een bandage. De zijden van de vier Pt100-sensoren die gemonteerd zijn op de statorspoelkoppen (meetplaatsen 4, 5, 7 en 8) zijn niet afgedekt met een plastic folie. De Pt100-sensoren in de statorgleuven (meetplaatsen 1, 2 en 3) zijn nu niet direct op de statorspoelen geplaatst. De reden hiervan is dat de statorspoelen middels een isolerend kapje (bijvoorbeeld nomex, mylar etc.) - dat niet verwijderbaar is - worden afgeschermd. De Pt100-sensoren zijn nu direct op dit kapje gemonteerd (zie figuur 4.10).

60


Pt lOO-sensor siliconenki t

sta torspoelen Figuur 4.10. De wijze waarop een Pt100-sensor in een statorgleuf van de gesloten machine is gemonteerd.

4.2.1. De meetschakeling Deze paragraaf behandelt de opbouw van de meetschakeling en de procedure die gevolgd dient te worden bij een temperatuurmeting. De meetschakeling is in principe opgebouwd uit twee delen. Deze twee delen zijn: de meetelektronica-opstelling (MEG) reeds behandeld in hoofdstuk 2; de Ward-Leonard-opstelling. Figuur 4.11 a toont het eenfasig vervangingsschema van de meetschakeling. De meetelektronica-opstelling en de asynchrone machine zijn in deze figuur respeetievelijk als een blok en een cirkel weergegeven (zie omkadering).

~ 1---

1;51 W 53

W 52

NS2

T

T

N. ~

_---r--i- _ _-----,

1R

NSI

I

! I

WLA 1

i

~

I

i

TI

i ----1--------'

WLG 1

VVWLG I

VVWLM/RG

,, ,,

,

, -

Figuur 4.11 a.


MEO. ~_~

pA

__

•

__

,

Schema van de totale meetopstelling

61

WLA 1 Ward-Leonard-aandrijfmachine WLG 1 Ward-leonard-generator VVWLG 1 Veldvoeding Ward-leonard-generator VVWLM/AG Veldvoeding Ward-leonard-motorI -remgenerator WLMlAG Ward-leonard-motorI -remgenerator AS Asynchrone machine MEO Meetelektronica-opstelling IR Induetie-regelaar NS1 Noodstop asynchrone machine NS2 Noodstop Ward-leonard-motor/-remgenerator Werkschakelaars WS1 'Ws2,Ws3 In figuur 4.11 b is deze omkadering gedetailleerd weergegeven.

- .-

.'~'::-", ,~;~:~I::"

"'''\\Wfllll'\' " ' \ '\ 1''t'W'I'' I I I \ \ , • I ......... "''''''') ,

, I

I ,

A" A ,

•

",., .,

.,

2a

1\

'\. \ 'I

17

'\

'\

\ \

ClOOCXX)OOOO 109 B 7 6 54 3 2 1

15

,--------+----e ~

16

y

P3 -

•

18

Figuur 4.11 b Detail-uitwerking van de meetelektronica-opstelling in combinatie met de asynchrone machine (de renvooi-Iijst is op bijlage 5a en bijlage 5b weergegeven) . De volgorde van handelingen 12 die genomen dienen te worden om de machine nominaal te belasten en om een temperatuurcurve bij opwarming te kunnen meten, zijn hieronder weergegeven: De 24 V gelijkspanningsvoedingsbron (zie figuur 4.11 b, nummer 7) inschakelen ten behoeve van de instrumentatie-versterkers die zich in de meetelektronica-opstelling bevinden. De 10 V gelijkspanningsvoedingsbron (zie figuur 4.11b, nummer 6) inschakelen ten behoeve van de overige elektronica die zich in de meetelektronicaopstelling bevindt.

12

62

Sommige handelingen behoeven niet in de beschreven volgorde doorlopen te worden. Hoofdstuk 4. Meetresultaten

De voltmeter inschakelen (zie figuur 4.11 b, nummer 4) voor visuele controle van de werking van de meetelektronica-opstelling tijdens een temperatuurmeting. De oscilloscoop inschakelen (zie figuur 4.11 b, nummer 5) voor visuele controle van de werking van de meetelektronica-opstelling tijdens een temperatuurmeting. De computer inschakelen (zie figuur 4.11 b, nummer 1) en het op de harde schijf van deze computer aanwezige applicatieprogramma ''Turbo-Pascal 5.0" opstarten. Het oproepen en starten van het in de programmeertaal pascal geschreven programma Temp1.pas (listing van dit programma zie bijlage 13). Dit programma verzorgt de communicatie met de analoog-digitaalomzetter en schrijft de meetwaarden weg naar een bestand op de harde schijf. Bij de executie van het programma Temp1.pas worden een vijftal invoer gegevens gevraagd. Deze vijf gegevens dienen ingevoerd te worden en zijn: De eerste bemonsteringstijd (deltaT1): deze bemonsteringstijd geeft de tijd weer tussen de opeenvolgende bemonsteringen van de 10 meetkanalen. Naast deze eerste bemonsteringstijd wordt er nog om een tweede bemonsteringstijd gevraagd. Het is namelijk mogelijk om in het begin met een kleinere bemonsteringsfrequentie te meten dan op een later tijdstip. Zodoende kan het temperatuurverloop in het begin van de meting nauwkeuriger geregistreerd worden. De tweede bemonsteringstijd (deltaT2): deze bemonsteringstijd geeft de tijd weer tussen de opeenvolgende bemonsteringen nadat de bemonsteringen met de eerste bemonsteringstijd reeds afgelopen zijn. Het aantal bemonsteringen behorende bij de eerste bemonsteringstijd (numbersamples1). Het aantal bemonsteringen behorende bij de tweede bemonsteringstijd (numbersamples2). De naam van het bestand waarin de meetgegevens worden opgeslagen. Nadat deze vijf invoergevens. ingevoerd zijn wacht het programma op intoetsing van de < Enter> toets. Het moment waarop deze intoetsing plaats mag vinden word verderop in deze opsomming behandeld. Indien deze toets aangeslagen wordt tast de computer vanaf dat moment sequentieel aile ingangen af met de vooraf ingegeven bemonsteringsfrequentie. Het inschakelen van het toestel-van-Van-Gils (zie figuur 4.11 b, nummer 12) ten behoeve van de gemiddelde statorwikkelingstemperatuur. De ampere-meter (zie figuur 4.12, nummer 13) behorende bij het toestel-vanVan-Gils inschakelen. Het inschakelen van de werkschakelaar Ws2 ten behoeve van de Ward-Leonard-tussenkring (zie figuur 4.11 a). De induktie-regelaar (zie figuur 4.11 a, IR) inschakelen middels werkschakelaar WS1 ' voor het verkrijgen van een instelbare lijnspanning op de klemmen van de asynchrone machine. Het inschakelen van de Ward-Leonard-aandrijfmachine (zie figuur 4.11, WLA 1) middels werkschakelaar Ws3 voor het aandrijven van de Ward-Leonardgenerator (zie figuur 4.11a, WLG 1). Hoofdstuk 4. Meetresultaten

63

De veJdvoeding van de Ward-leonard-motor/ -remgenerator (zie figuur 4.11 a, VVWLM/RG) inschakelen voor het verkrijgen van een magnetisch veld in deze machine. De veldvoeding van de Ward-leonard-generator (zie figuur 4.11a, WWLG 1) inschakelen en instellen op een zodanige spanning dat de rotor van de Ward-Leonard-motor/-remgenerator met 1500 omw./min. roteert. De voedingsspanning van de asynchrone machine op het niveau van 380 V lijnspanning brengen door het instellen van de induktie-regelaar. De rotor van de asynchrone machine draait dan synchroon met de snelheid van het statordraaiveld. Er vloeit een kleine nullaststroom die gelijk is aan de magnetiseringstroom door de statorwikkeling. De veldvoeding van de Ward-leonard-motorI -remgenerator zodanig instellen dat de gelijkstroommachine als remgenerator gaat werken. De statorstroom door de asynchrone machine zal dan tors toenemen (de remgenerator wordt als belasting gezien). De instelling dient zodanig te zijn dat de statorstroom van de asynchrone machine overeenkomt met de waarde vermeJd op de kenplaat van deze machine. Het aanslaan van de reeds hiervoor besproken < Enter> toets. Het constant houden van de statorstroom van de asynchrone machine. Dit middels continue regeling - met de hand - van de veJdvoeding van de WardLeonard-motorI -remgenerator.

4.2.2. Temperatuurcurven bij de opwarming van de open machine. Tabel 4.3. toont de condities waaronder de temperatuurcurve bij opwarming van de open machine zijn bepaald. lu' Iv en Iw zijn de gemeten lijnstromen van de asynchrone machine. Het toerental van de asynchrone machine wordt met n weergegeven, de Iijnspanning met UJ en het atgegeven vermegen met Tas' Ig geeft de waarde van de door het toesteJ van-Van-Gils opgewekte gelijkstroom weer, dT1 staat hier veer deltaT1, dT2 staat voor deltaT2, samp1 staat veer numbersamples1 en samp2 staat voor numbersamples2.

lu

Iv

Iw

n

U1

Tas

10

dT1

dT2

A

A

A

om-

V

Nm

rnA

s

s

379

66

126

1

4

samp1

samp2

500

1___-

w/min 21.5

22

Tabel4.3

64

20.3

1453

Condities waaronder de temperatuurcurven bij opwarming van de open machine zijn bepaald.


Tijdens de gehele meting - die ~~geveer 2 uur duurde - is de stroom door de statorwikkeling ~iddels regeling van de veldvoeding constant ge,fWuden. De meetresultaten 1 worden op bijlagen 15 tot en met 24 weergegeven . De hoogste temperatuur van de machine treedt op in een statorgleuf. De variatie in de temperatuur van de curven bij opwarming, gemeten met drie in verschillende statorgleuven gelegen Pt100-sensoren (zie bijlagen 17, 18 en 19) is te verwaarlozen «2Ok). Invloeden van staande inductie velden zijn dus niet te detecteren. De Pt1QOsensoren geplaatst op de statorspoelkoppen aan de niet-aandrijfzijde zijn het laagst in temperatuur (zie bijlagen 15 en 16). De reden hiervan is dat aan deze kant de koude koellucht wordt aangezogen. De variatie in de temperatuur tussen twee aan dezelfde zijde gemonteerde Pt100-sensoren komt in de bijlagen 15 en 16 duidelijk naar voren (niet-aandrijfzijde). De Pt100-sensor op de statorspoelkop die in de luwte Iigt (zie bijlage 16) wordt beduidend warmer (ongeveer 7 ·C) dan de Pt1QOsensor op de statorspoelkop die niet in de luwte Iigt, zie bijlage 15. De Pt100sensoren nummer 6 en nummer 7 (zie respectievelijk bijlage 20 en bijlage 21) die op de statorspoelkoppen aan de aandrijfzijde geplaatst zijn, worden ongeveer even warm ondanks het feit dat de Pt1 DO-sensor nummer 7 in de luwte gelegen is en de Pt100-sensor nummer 8 niet in de luwte gelegen is. Kennelijk heeft de koellucht die hier reeds opgewarmd is - hier weinig invloed. De temperatuur van de omgeving stijgt met ongeveer 2 ·C (zie bijlage 23). Op bijlage 22 - het temperatuurverloop van het statorblikpakket - is in het begin het effect van een cascade schakeling van warmteweerstanden bij warmtegeleiding en warmtecapaciteiten herkenbaar. Het duurt enige tijd voordat de warmte afkomstig uit zowel het statorblikpakket alsook de warmte afkomstig uit het koper deze meetplaats bereikt. De eindwaarde van de gemiddelde statorwikkelingstemperatuur (zie bijlage 24) komt redelijk overeen met de gemiddelde eindwaarde van de temperatuur berekent uit de lokale statorwikkelingstemperaturen (respectievelijk 44 ·C en 41 ·C).

13

De regeling is met de band uitgevoerd.

14

Het programma - geschreven in Matlab - welke, in geval van opwarming, de inge1ezen meetdata verwerkt naar temperatuurcurven is opgenomen in bijlage 14.

IS

De gemeten data (fJJenaam a:\opwarmin\meetdata\proeOO.dat) alsmede bet in Matlab geschreven programma (fJJenaam a:\opwarmin\meetdata\proef30.m) waarmee deze temperatuurcurven worden berekend zijn op diskette Nr.2. opgeslagen.


65

4.2.3. Temperatuurcurven bij de opwarming van de gas/oten machine. Tabel 4.4. toont de condities waaronder de temperatuurcurven bij opwarming van de gesloten machine zijn bepaald.

lu

Iv

Iw

n

U,

Tas

Ig

dT1

dT2

A

A

A

omw min

V

Nm

rnA

s

s

21

22

21

1433

378

68

121

1.024

4.024

Tabel 4.4.

samp1

samp2

500

1500

Condities waaronder de temperatuurcurven bij opwarming van de gesloten machine zijn bepaald.

Tijdens de gehele meting die wederom ongeveer twee uur duurde is de stroom door de statorwikkeling middels regeling van de veldvoeding constant geho~den. De meetresultaten worden op bijlagen 25 tot en met 34 weergegeven 1 . De hoogste temperatuur van de machine (zie bijlage 31) treedt op aan de statorspoelkop van de aandrijfzijde. De waarschijnlijke reden hiervan is dat aan deze zijde de temperatuur van de geforceerde luchtstroming - opgewekt door de ventilator aan de niet-aandrijfzijde - reeds opgewarmd is door het trajeet dat deze afgelegd heeft. Hierdoor neemt het temperatuurverschil tussen de machinebehuizing en de geforceerde luchtstroming af, en zal er minder warmte worden afgedragen. De variatie in de temperatuur van de curven bij opwarming, gemeten met drie in verschillende statorgleuven gelegen Pt100-sensoren (zie bijlagen 25, 26 en 27) is te verwaarlozen « 2OA»). Invloeden van staande, induetie velden zijn, net als bij de open machine, niet te deteeteren. De Pt100-sensoren gemonteerd op de statorspoelkoppen aan de aandrijfzijde (zie bijlagen 31 en 32), worden beduidend warmer (ongeveer 15 ·C) dan de pt100-sensoren gelegen op de spoelen in de statorgleuven (zie bijlagen 25, 26 en 27). Er dus een hoge radiale warmtegeleidbaarheid, of een slechte warmteafgifte van de statorspoeikopppen. De variatie in temperatuur tussen twee aan dezelfde zijde - niet-aandrijfzijde of aandrijfzijde gemonteerde Pt100-sensoren komt duidelijk naar voren. De Pt1 DO-sensoren gemonteerd op de statorspoelkoppen die niet in de luwte gelegen zijn (zie bijlagen 28 en 31) worden beduidend warmer (ongeveer 10 "C) dan de Pt100-sensoren die wei in de luwte op de statorspoelkoppen gemonteerd zijn (zie bijlagen 29 en 32). Kennelijk heeft de optredende turbulentie hier geen grote koelende werking of zijn de dichter bij het statorhuis gelegen zjjden van de statorspoelkoppen beter in staat warmte af te voeren. De temperatuur van de omgeving kan bij deze meting constant worden verondersteld (zie bijlage 33). De eindwaarde van de gemiddelde statorwikkelingstemperatuur komt redelijk overeen met de gemiddelde eindwaarde van de temperatuur berekent uit de lokale statorwikkelingstemperatuur (respeetieve-

16

66

De gemeten data (filenaam a:\opwarming\meetdata\proef24.dat) alsmede bet in Matlab geschreven programma (ftlenaam a:\opwarming\curve\oef24.m) waarmee deze temperatuurcurven worden berekend zijn op diskette Nr3. opgeslagen. Hoofdstuk 4. Meetresultaten

lijk 104 ·C en 105 ·C). Op bijlage 30 - het temperatuurverloop van het statorblikpakket - is ook nu weer in het begin het effect van een cascade schakeling van warmteweerstanden bij warmtegeleiding en warmtecapaciteiten herkenbaar.

4.3. Temperatuurmetingen bij afkoeling De temperatuurmetingen bij afkoeling geven het verloop van de temperatuur als functie van de tijd weer indien een machine vanuit een warme-toestand - zonder toevoer van elektrisch vermogen en dus ook zonder geforceerde venti/atie - naar de koude-toestand afkoelt. De toestand bereikt bij het eind van de opwarming is hier de begintoestand. De volgorde van de te nemen acties - uitgaande van de eind-situatie zoals deze bij de vorige paragraaf optreedt - zijn: Het oproepen en starten van het reeds beschreven programma Temp1.pas. Bij de executie van het programma Temp1.pas worden wederom een vijftal invoer gegevens gevraagd: de eerste bemonsteringstijd (deltaT1); de tweede bemonsteringstijd (deltaT2); het aantal bemonsteringen behorende bij de eerste bemonsteringstijd (numbersamples1); het aantal bemonsteringen behorende bij de tweede bemonsteringstijd (numbersamples2) ; De naam van het bestand waarin de meetgegevens worden opgeslagen. Nadat deze vijf invoergevens ingevoerd zijn wacht het programma wederom op intoetsing van de < Enter> toets. Het moment waarop deze intoetsing plaats mag vinden word verderop in deze opsomming behandeld. De veldvoeding van de Ward-leonard-generator (zie figuur 4.11 a, VVWlG 1) instellen zodanig dat de asynchrone machine onbelast gaat draaien. De asynchrone machine uitschakelen door werkschakelaar WS1 uit te schakelen. De veldvoeding van de Ward-leonard-motor/ -remgenerator (zie figuur 4.11, VWlLM/RG) uitschakelen. Het aanslaan van de reeds hiervoor besproken < Enter> toets. 4.3.1. Temperatuurcurven bij de afkoeling van de open machine Tabel 4.5 toont de condities waaronder de temperatuurcurven bij afkoeling van de open machine zijn bepaald.

Ig

I

mA 121

Tabel4.5

dT1

I I

s 2

samp1

dT2

I I

s 18

I I

500

samp2

I I

I 1999

Condities waaronder de temperatuurcurven bij afkoeling van de open machine zijn bepaald.


67

De meetresultaten17 worden op bijlagen 36 tot en met 45 weergegeven18. De temperatuur van de in de statorgleuven gelegen Pt1 QO-sensoren (zie bijlagen 38, 39 en 40) zakt meteen. De temperatuur op de andere meetplaatsen (zie bijlagen 36, 37, 41 en 42) stijgt daarentegen in hetbegin. De waarschijnlijke reden hiervan is dat een deel van de warmte, afkomstig uit de in de statorgleuven gelegen spoelen, naar de statorspoelkoppen wegvloeit. De statorspoelkoppen zullen hierdoor in temperatuur stijgen. De reden dat de temperatuur van het statorblikpakket (bijlage 43) in het begin van de temperatuurcurve nog in temperatuur stijgt, Iigt in het feit dat de geforceerde luchtkoeling wegvalt en dat de in de machine aanwezige resterende warmte naar ~e buitenkant wegebt. De plotseling optredende storing rond het tijdstip t = 1.8*10 s. is waarschijnlijk het gevolg van schakelende frequentie-omvormers: de meting. viel gelijktijdig samen met een practicum waarbij frequentie-omvormers werden gebruikt. De scherpe afname in de temperatuur van de omgeving (zie bijlage 44) ontstaat waarschijnlijk doordat de verwarming om 17.00 uur uitvalt. (De afkoeling duurt van 10.00 uur tot ongeveer 21.00 uur)

4.3.2. Temperatuurcurven bij atkoeling van de gas/oten machine Tabel 4.6 toont de condities waaronder de temperatuurcurven bij afkoeling van de open machine zijn bepaald.

Ig

dT1

dT2

rnA

s

s

125

2

18

Tabel4.6

samp1

samp2

500

1999

Condities waaronder de temperatuurcurven bij afkoeling van de gesloten machine zijn bepaald.

De meetresultaten worden op bijlagen 46 tot en met 55 weergegeven19. 0p aile meetplaatsen, uitgezonderd die van het statorblikpakket (zie bijlage 51) daalt de temperatuur meteen. De waarschijnlijke reden dat de temperatuur van het statorblikpakket in het begin van de curve nog in temperatuur stijgt, is reeds bij de open machine beschreven. De zeer snelle afkoeling in het begin van de krommen is waarschijnlijk het gevolg van straling. De abrupte knik daarentegen is op dit moment nog niet te verklaren. (Bij een ter controle van dit effect uitgevoerde meting

17

18

19

68

Het programma - geschreven in Matlab - welke, in geval van afkoeling, de ingelezen meetdata verwerkt naar temperatuurcurven is opgenomen in bijlage 35. De gemeten data (ftienaam a:\afkoelin\meetdata\proef.3l.dat) a1smede bet in Matlab geschreven programma (ftienaam a:\afkoelin\curve\proef31.m) waarmee deze temperatuurcurven worden berekend zijn op diskette Nr.3. opgeslagen.

De gemeten data (ftienaam a:\afkoel\meetdata\proef23.dat) a1smede bet in Matlab geschreven programma (ftienaam a:\afkoel\curve\oef23.m) waarmee deze temperatuurcurven worden berekend zijn op diskette NrA. opgeslagen. Hoo~&uk4.Meetffiswm~n

trad hetzelfde verschijnsel op). De verklaring van de scherpe afname in de temperatuur van de omgeving rond het tijdstip t=2.5*10 4 s. is reeds in de vorige paragraaf genoemd.

4.4. Temperatuurmetingen bii blokkering. De temperatuurmetingen bij geblokkeerde rotor geven het temperatuurverloop als functie van de tijd weer van zowel de meetplaatsen op de statorwikkeling alsook op de rotorwikkeling c.q. rotorstaven, indien de machine vanuit koude-toestand tengevolge van de onder blokkering van de rotor optredende dissipatie kortstondig «60 s.) verwarmd wordt. De temperatuurmetingen bij geblokkeerde rotor zijn onder verlaagde voedingsspanning uitgevoerd; de reden hiervan is dat het laboratorium van de vakgroep EMV een beperkt elektrisch vermogen kan leveren (max. 380 V/100 A).

4.4.1. Temperatuurmetingen bij geblokkeerde rotor van de open machine. Figuur 4.12a en figuur 4.12b tonen de posities waar de Pt100-sensoren gemonteerd zijn. Tabel 4.7. beschrijft de relatie tussen het nummer van de meetplaats en het nummer van het meetkanaal.

Posities gezien vanuit de ventilatorzijde. Voor de andere ziJde geldt H2. 7 bevindt zich op de statorspoelkop in de luwte

Figuur 4.12a


Posities gezien in de dwarsdoorsnede waar de Pt100sensoren bij de temperatuurmetingen van de open machine met geblokkeerde rotor zijn gemonteerd.

69

A. B. C. D en E

I Icoellucht

•

I

3 en 4

~"------

Figuur 4.12b

~

Posities gezien in de langsdoorsnede waar de Pt100sensoren bij de temperatuurmetingen van de open machine met geblokkeerde rotor zijn gemonteerd.

meetplaats-nummer

2

7

3

4

A

8

C

D

E

meetkanaal-nummer

1

2

3

4

5

6

7

8

9

TabeI4.7.

Relatie tussen het meetplaats-nummer en het meetkanaal-nummer bij de temperatuurmeting van de open machine met geblokkeerde rotor.

De temperatuur van de omgeving alsook de gemiddelde statorwikkelingstemperatuur worden niet gemeten. Tabel 4.8 toont de tijdens de temperatuurmeting bij geblokkeerde rotor opgetreden condities. De door sen der rotorspoelen vloeiende stroom wordt weergegeven met Ir20 • De inschakelduur van de Iijnspanning U1 wordt weergegeven met de letter t. Ttotaal stelt de totale meettijd weer, Rroto/1 geeft de ohmse weerstand weer van een der rotorspoelen in koude toestand. Is

U1

A 76 Tabel4.8

:1D

21

70

t

Ttotaal

Rrotor

V

r ' A

s.

s

n

193

110

65

65

0.236

Condities waaronder de temperatuurmetingen bij geblokkeerde rotor van de open machine zijn uitgevoerd.

De rotorstroom is bij deze machine in tegenstelling lot bij de gesloten machine meetbaar (sleepringankermachine). Afkomstig uit bet originele beproevingsrapport van deze machine (zie bijlage 9). Hoofdstuk 4. Meetresultaten

De uit de temperatuurmeting 22 verkregen temperatuurcurven van de sensoren welke geplaatst zijn in de statorgleuven en op de statorspoelkoppen zijn op de bijlagen 56 tot en met 59 weergegeven. De meetresultaten verkregen uit de temperatuurmeting van de sensoren welke gemonteerd zijn op de spoelen in de rotorgleuven zijn op de bijlagen 60 tot en met 64 weergegeven. De ongewenste thermische tijdconstante van de combinatie meetplaats en Pt100-sensor komt in het begin van de curven (zie bijlagen 56 tot en met 64) duidelijk naar voren. Middels een vereenvoudigd thermisch model van de combinatie rotor, meetplaats en Pt1OQsensor is de daadwerkelijke rotortemperatuur via simulatie en curve-fitting bepaald. Het thermische vervangingsschema hiervan is weergegeven in figuur 4.13.

Io L 65" Figuur 4.13. Thermisch vervangingsschema van de rotor, meetplaats en Pt100-sensor

De rotor wordt gerepresenteerd door de combinatie G1en C1. G2 en R2 representeren de combinatie meetplaats en Pt100-sensor. De warmtebron steft de in de rotor optredende ohmse verliezen voor. De in de rotor optredende ijzerverliezen worden vanwege de verlaa~Se voedingsspanning, ondanks het feit dat de slip groot is, (s=1) verwaarloosd .Door het varieren van de modelparameters G1, G2, C1 en C2 zijn de temperatuurcurven van de Pt100-sensoren welke geplaatst zijn in de rotorgleuven gefit (zie de bijlagen 60 tot en met 64). Indien de curve-fitling overeenkomt met de gemeten curve zijn aile vier de modelparameters G1, G2, C1 en C2 bekend, en kunnen de temperatuurcurven van de rotor T1gesimuleerd worden (zie bijlagen 6OA, 61A, 62A, 63A en 64A). Tabel 4.9 toont de voor deze curven gebruikte modelparameters.

22

De gemeten data (fIlenaam a:\openmach\stall5.dat) alsmede bet in Matlab geschreven programma (fIlenaam a:\openmacb\staJ15.m) waarmee deze temperatuurcurven worden berekend zijn op diskette Nr.I. opgeslagen.

Z3

De thermische invloed van de stator op de rotor wordt eveneens verwaarloosd.


71

G1

G2

C1

C2

WrC

WrC

J(C

J(C

sensor A

40

40

22800

750

sensor 8

40

40

18500

350

sensor C

40

40

18000

300

sensor 0

40

40

20200

400

sensor E

40

40

22500

550

tabel4.9

Modelparameters voor de simulatie van de rotortemperatuur verkregen uit curve-fitting.

4.4.2 Temperatuurmetingen bij geb/okkeerde rotor van de ges/oten machine.

Figuur 4.14a en figuur 4.14b tonen de meetplaatsen waar de Pt100-sensoren gemonteerd zijn. Tabel 4.10 beschrijft de relatie tussen het nummer van de meetplaats en het nummer van het meetkanaal. De temperatuur van de omgeving alsook de gemiddelde statorwikkelingstemperatuur worden wederom niet gemeten.

Posities Bezien vanuit de ventilatorzijde. Voor de andere zijde Beldt 7 A4 7 beVlndt zich op de statorspoelkop niet in de luwte.

Figuur 4.14a

72

Posities gezien in de dwarsdoorsnede waar de Pt100sensoren bij de temperatuurmetingen van de gesloten machine met geblokkeerde rotor zijn gemonteerd.


...

:>;

~

~...

"0

'"':'

... 'a

9

~

...

:0

~

..

b

[

"0 d

\/

t'I\

'"

I koellucht

A, B. C, D. E en T

[

d

t

b ~ -;

~

- I en 2

.c:

a0

Figuur 4.14b Posities gezien in de dwarsdoorsnede waar de Pt100-sensoren bij de temperatuurmetingen van de gesloten machine met geblokkeerde rotor zijn gemonteerd. meetplaats-nummer

4

7

1

2

A

B

C

0

E

meetkanaal-nummer

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Tabel 4.10.

Relatie tussen het meetplaats-nummer en het meetkanaal-nummer bij de temperatuurmeting van de gesloten machine bij geblokkeerde rotor.

Ter controle is een aan een schrijver gekoppelde thermokoppel (type K) aangebracht. In tegenstelling tot bij de open machine heeft de gesloten machine geen rotor met een rotorwikkeling, maar een rotor met rotorstaven. In een vijftal rotorstaven is, over de lengte van het rotorblikpakket gezien (zie figuur 4.14b) aan de zijde van een der kortsluitringen, een vijftal voor de Pt100-sensoren op maat gefreesde gleuven gefreesd 24 (zie foto's op bijlage 65). In deze gleuven zijn met behulp van warmtegeleidende pasta de Pt100-sensoren gemonteerd. De thermische tijdconstante van de overgang meetplaats en Pt1 DO-sensor zal naar verwachting tengevolge van deze montagemethode kleiner zijn dan de thermische tijdconstante bij de temperatuurmeting met geblokkeerde rotor van de open machine. Tabel 4.11 toont de tijdens de blokkering van de rotor opgetreden condities

2f

De PtlOO-sensoren zijn steeds om de andere gleuf gemonteerd.


73

Is

UI

t

A

V

s.

s.

62

220

55

180

Tabel 4.11.

ttotaal

Condities waaronder de temperatuurmetingen bij geblokkeerde rotor van de gesloten machine zijn uitgevoerd.

De meetresultaten25 worden op de bijlagen 66 tot en met 75 weergegeven. De thermische tijdconstante tussen meetplaats en Pt1 DO-sensor in de rotor (zie bijlagen 70 tot en met 74) is zoals te verwachten was te verwaarlozen. De thermische tijdconstante tussen meetplaats en Pt100-sensor op de overige plaatsen - die op de statorspoelen - zijn in dezelfde van ordergrootte als die bij de temperatuurmeting bij geblokkeerde rotor van de open machine. De temperatuurcurve van de in de staven gemonteerde Pt100-sensoren (zie bijlagen 70 tot en met 74) vertonen, nadat er een eerste-orde effect aan voorafgegaan is, een bij benadering adiabatisch verloop. De verschillen tussen de eindtemperaturen in de rotorstaven onderling zijn te verwaarlozen « 4%). De hoogste temperatuur treedt op in een rotorgleuf. De temperatuur van de op de statorspoelen gelegen Pt100-sensoren worden tengevolge van de lage warmteovergangsweerstand tussen statortanden en statorspoelen niet erg hoog « 40 ·C). Tevens zal het grootste deel van de warmte die in de rotor wordt opgewekt door het statorblikpakket en niet via het statorkoper in axiale richting worden afgevoerd. De statorspoelkoppen (zie bijlagen 68 en 69) zijn in tegenstelling tot de spoelen in de gleuf (zie bijlagen 66 en 67) niet in staat veel warmte af te voeren. De statorspoelkoppen worden daarom aanmerkelijk warmer dan de spoelen in de gleuven). Bijlage 75 toont de middels de thermokoppel verkregen temperatuurcurve. De reden dat de thermokoppel een hogere temperatuur (ongeveer 10 ·C) bereikt dan de vijf andere Pt100-sensoren ligt in het feit dat de thermokoppel iets dieper in de aluminium rotorstaaf gemonteerd is.

25

74

De gemeten data (filenaam a:\geslomach\staU7.dat) a1smede bet in Matlab geschreven programma (filenaam a:\geslomach\staU7.m) waarmee deze temperatuurcurven worden berekend zijn op diskette Nr.1. opgeslagen. Hoo~~uk4.Meetres~ten

4.5 Vermogensmetingen Deze paragraaf bespreekt de metingen die verricht zijn ter bepaling van de in beide machines optredende vermogensverliezen. Deze vermogensverliezen zijn conform het in paragraaf 5.1. te behandelen model: de ohmse verliezen in de wikkeling van de stator; de ohmse verliezen in de wikkeling c.q. de staven van de rotor; de ijzerverliezen in het blikpakket van de stator. Hiertoe wordt in paragraaf 4.5.1. de hier gehanteerde meetmethode uitgelegd, waarna paragraaf 4.5.2. de op deze manier verkregen meetresultaten weergeeft.

4.5.1 Meetmethode Uitgangspunt bij de bepaling van deze vermogensverliezen is het in figuur 4.15 weergegeven vermogensschema. p cu .s

Stator

PCe,s

P ex,s Luchtspleet : : : : : : : ::

:: p~:

:::: P cu ,!" Pre,!"

Rotor

P.,r

lagering en ventilatie

Pveot Pas

Figuur 4.15 Vermogenschema van de kortsluitankermachine.

Pcu,S PcU,r Pte s Pte :r

Pg Pwr Pvent P8,S Pex,s Pex.r

Pas Pem

Ohmse verliezen in de statorwikkeJing Ohmse verliezen in de rotorwikkeling IJzerverliezen in het statorblikpakket IJzerverliezen in het rotorblikpakket Vermogen dat de luchtspleet (gap) oversteekt WrijvingverJiezen in de lagers Ventilatieverliezen tengevolge van de op de as gemonteerde ventilator Toegevoerd elektrisch vermogen aan de statorzijde Extra verliezen in de stator Extra verliezen in de rotor Netto afgegeven mechanisch asvermogen Elektromechanisch vermogen


75

In dit vermogensschema worden de volgende vereenvoudigingen toegepast: de extra verliezen optredend in zowel stator als rotor I worden geconcentreerd gedacht in de stator. Zij varieeren kwadratisch met de statorstroom en zijn bij nominale belasting gelijk aan 0.5 % van het nominaal elektrisch toegevoerd vermogen [] P8,8 de ijzerverliezen in de rotor worden tengevolge van de -in nominaal bedrijf optredende - lage slip verwaarloosd. Het nu ontstane vereenvoudigde vermogensschema wordt in figuur 4.16 weergegeyen:

P eu .s

Stator

PCe,s

P ex .. Luchtspleet

' .. p' ......... ... g

. ..

Rotor

Pem lagering ventiJatie

Pwr Pveot

Figuur 4.16 Vereenvoudigd vermogensschema van de kortsluitankermachine. De in dit schema aanwezige vermogens zijn middels drie vermogensmetingen te bepalen. Deze vermogensmetingen zijn: de koppel-compensatie-meting; Met deze meting worden de ventilatie- en wrijvingsverliezen bepaald. de nullastmeting; Met deze meting worden de ijzerverliezen in het statorblikpakket bepaald. de belastingsproef; Met deze meting worden de ohmseverliezen in zowel de statorwikkeling alsook in de rotorwikkeling c.q. rotorstaven in belaste toestand bepaald. AI deze vermogensmetingen zijn uitgevoerd in warme-toestand van de kortsluitankermachine. Tevens is steeds het toegevoerd vermogen aan een der statorfasen gemeten. Het totaal toegevoerd elektrisch vermogen is dan - onder de aanname dat de beide andere statorfasen elektrisch identiek zijn - een factor drie hoger.

76


De koppel-eompensatie-meting Bij deze meting drijft de Ward-leonard-motor/ -remgenerator (zie figuur 4.11 a) de rotor van de onbelaste asynchrone machine aan. Het hierbij benodigd koppel is gelijk aan de sommatie van het - de door de asynchrone machine gevraagde wrijvingskoppel en ventilatiekoppel (Twr + Tvant [N.m])26. De hierbij behorende wrijvingsverliezen en ventilatieverliezen (Pwr + Pvent [W]) zijn te berekenen met formule 4.1 waarbij C£>m de mechanische hoekfrequentie van de as voorstelt. (4.1)

De sommatie van de wrijvingsverliezen en ventilatieverliezen worden in het gehele werkgebied (zie figuur 4.17) van de asynchrone machine constant verondersteld. De reden van deze aanname is dat in dit gebied de slip s en hiermee het toerental slechts weinig varieert (vanaf ongeveer 1450 omw/min. tot en met 1500 omw/min.).

De nullastmeting Bij deze meting drijft de asynchrone machine de in dit geval elektrisch onbekrachtigde Ward-leonard-motor/ -remgenerator aan. Het hierbij benodigd afgegeven asvermogen bestaat uit de - ten opzichte van de koperverliezen en ijzerverliezen relatief kleine, reeds bepaalde wrijvingsverliezen en ventilatieverliezen. De evenwichtstoestand tussen het door de asynchrone machine afgegeven elektromechanisch koppel Tem en het door de as gevraagde mechanische koppel wordt bereikt bij een mechanische hoekfrequentie (C£>m [rad/s]) die dichtbij het synchroon toerental ligt (zie figuur 4.17) ~:

:

:<E--: Wertgebied

T. r

Figuur 4.17

26

+

T.... eDt

Koppeltoerenkrommen van: de asynchrone machine Tern; de door de ventilator en wrijving be/aste as.

De waarde van dit koppel kan afgelezen worden op een balans welke aan de behuizing van de Ward-Leonard-motor/ -remgenerator gemonteerd is.


77

De ohmse verliezen in de rotor kunnen nu tengevolge van de lage geTnduceerde spanning in deze verwaarloosd worden (in werkelijkheid zijn deze niet nul daar er anders geen elektromechanisch vermogen kan worden afgegeven). Het toegevoerd elektrisch vermogen verminderd met de sommatie van de in de stator optredende ohmse verliezen, de wrijvingsverliezen en ventilatieverliezen, geeft de ijzerverliezen in de stator (zie formule 4.2).

(4.2)

De ijzerverliezen in de stator worden in het gehele werkgebied constant verondersteld. De reden hiervan is dat de kleine spanningsval over de statorweerstand Rs (zie figuur 4.18) als constant verondersteld kan worden, en dus ook de spanningsval over de magnetiseringsimpedantie (Zy [0]).

is +

oL s (1-0) Zy

Figuur 4.18 Elektrisch vervangingsschema van de kortsluitankermachine.

De belastingsproef Bij deze meting drijft de asynchrone machine de - in dit geval - als remgenerator werkende Ward-leonard-motor/ -remgenerator aan. Doelstelling is in deze toestand zowel de ohmse verliezen in de statorwikkeling, alsook de ohmse verliezen in de rotorwikkeling c.q. rotorstaven, te meten. Het ohmse verlies in de rotor voigt uit formule 4.3. (4.3)

78


4.5.2. Meetresultaten

De koppe/-compensatie-meting Tabel 4.12 en tabel 4.13 tonen respeetievelijk de voor de open en gesloten machine verkregen ventialtie- en wrijvingsverliezen als funetie van het toerental: <'>m

I

I

omw/min.

Nm

Pas

I

W

200

0.50

10.5

400

0.50

20.9

600

0.60

37.7

800

0.60

50.2

1000

0.70

78.5

1200

0.90

113

1400

1.00

146

1500

1.10

172

1600

1.20

201

Tabe/ 4.12.

T as

I

omw/min

Nm

Pas

I

W

200

0.50

10.5

400

0.60

25.1

600

0.70

44.0

800

0.75

62.8

1000

0.80

83.8

1200

0.90

113

1400

0.95

139

1500

1.00

157

1600

1.05

175

TabeI4.13.

I

Meet- en berekeningsresu/aten van de open machine bij de koppel-compensatie-meting.

(o)m

I

T as

I

Meet- en berekeningsresulaten van de ges/oten machine bij de koppel-compensatie-meting.


79

De nullastmeting Tabel 4.14 en tabel 4.15 tonen respeetievelijk de voor de open en gesloten machine verkregen meet- en berekeningsresulaten van de nuJlastmeting. De ohmse waarde van de koude statorfase Rs koud is met behulp van een ohmmeter gemeten en blijkt, bij de open machine, exact overeen te komen met de waarde, afkomstig uit het - bij deze machine behorende - beproevingsrapport (zie bijlage 9). De ohmse weerstand van de statorfase van de open machine in warme-toestand Rs.warm is met formule 2.4 berekend. De ohmse weerstand van de statorfase van de gesloten machine in warme-toestand is daarentegen gemeten (deze komt niet overeen met de waarde vermeld in het beproevingsrapport, zie bijlage 10). De waarde 1/3*Pes geeft het aan de gemeten fase toegevoerde elektrische vermogen weer.

.

m

Is

Rs koud

Rswarm

1/3Pes

Pes

Pcus

Pte s

omw/min

A

mn

mn

W

W

W

W

1499

9.9

213

232

386

1158

68.4

916.7

Tabe14.14

Meet- en berekeningsresultaten van de open machine bij de nuJlastmeting

m

Is

Rswarm

1/3Pe s

Pes

Pcus

Pte s

omw/min

A

mn

W

W

W

W

1499

6.7

470

325

975

63.3

754

Taber 4.15

Meet- en berekeningsresultaten van de gesloten machine bij de nullastmeting

Ter illustratie zal de meting van tabel 4.14 - de nUllastmeting bij de open machine - worden uitgewerkt. Meetgegevens: (a)m = 1499 omwImino 1.=9.9 A Rl,koud=213*10·3 C T1 (koude temperatuur ult het beproevlngsrapport zie bijlage 9) =20.5 ·C T2 (warme temperatuur uit bijlage 24) = 44 ·C 1/3 P... =386 W Berekening: R•.warm = R•.koud + (T2-T1)/(235 +T1)*R•.koud = 232.9*10-30 P e,1 = 3*1/3*Pe,s =1158W Pcu.. =3*1.2 *R.=3*9.!i*232*10-3 W = 68.4 W Pie.. = p... - (P... + Pvent + Pcu.J PI... = 1158 W - (172.8+68.4) W = 916,7 W

80


De belastingsproef Tabel 4.16 en tabel 4.17 tonen respeetievelijk de voor de open en gesloten machine verkregen meet- en berekeningsresultaten van de belaste metingen.

.

<&>m

Is

1/3Pes

Tas gemeten

Pcu,r

Pcu,s

Tas berekend

omw/min

A

W

Nm

W

W

W

1454*

21.2

3.9

66

319

314

65.1

1455

20.7

3.8

63.5

304

299

63.3

1471

15.5

2.5

41.0

123

167

39.5

1481

12.8

1.8

27.0

55

114

26.5

1490

10.8

1.0

12.0

13

81

11.5

Tabe14.16

Meet- en berekeningsresultaten van de open machine bij de belastingsmeting

Wm

Is

1/3Pe ,s

Tas gemeten

Pcu,r

Pcu,s

Tas gemeten

omw/min

A

kW

Nm

W

W

W

1441

22

4.2

69

433

682

69

1454

18

3.4

55.6

274

456

55.9

1460

16.6

3.1

49.5

216

388

50.6

1470

13.7

2.5

39.5

127

264

39.6

1480

11.1

1.9

27.5

62

173

28.8

Tabel 4.17

Meet- en berekeningsresulaten van de gesloten machine bij de belastingsmeting.

Ter Ulustratle zal de meting van de open machine welke gekenmerkt Is met Meetgegevens: m=1454 omw/mln

* worden

uitgewerkt:

1.=21.2 A 1/3*P.,.=3.9 kW Tu =66 Nm Berekening:

p... = 3*1/3*P... = 3*3.9*103 W = 11.7*103 W PCU,' = 3*1.2 *R. = 313.6 W p.Il,' = 0.5%*P•.• = 0.005*11.7*10 3 W = 58,5 W P9 = p... - (PCU,' + Pie,. +P•.J Pg = 11.7*103 W - {313.6 + 916 + 58.5} W


81

Pg = 10.4*103 W 2 S = (C&)./p- C&)m)/C&)./P = 3.1*10. 3 Pem = (l-S)*Pg = 10.1*10 W p. = (Pem-(p... +P-.t))/C&)m =9918/152.3 = 65.1 Nm.

Uit de twee bovenstaande tabellen voigt dat het verschil in het gemeten en het berekende askoppel Tas te verwaarlozen is «4%).

82


5. Het Warmtemodel Doelstelling van dit hoofdstuk is te onderzoeken of de gemeten temperatuurcurven van de hot-spot (zie hoofdstuk 4 "Meetresultaten") middels een tweede-orde thermisch model gesimuleerd kunnen worden. Het betreft hier een simulatie van de gemeten temperatuurcurven van de hot-spot van de beide machines bij zowel opwarming alsoak bij afkoeling. De reden waarom juist de temperatuur van de hotspot gesimuleerd dient te worden, wordt in paragraaf 5.1 behandeld. Paragraaf 5.2 behandelt het tweede-orde thermisch model. De items die in deze paragraaf aan bod komen zijn: de bij dit model gehanteerde uitgangspunten; het berekende temperatuurverloop als funetie van de tijd indien er elektrisch vermogen wordt toegevoerd (opwarming); het berekende temperatuurverloop als funetie van de tijd indien er geen elektrisch vermogen wordt toegevoegd (afkoeling). Het verband tussen de uit paragraaf 5.2. verkregen berekeningen en de gemeten temperatuurcurven van de hot-spot is het onderwerp van paragraaf 5.3. Bovengenoemd verband wordt met behulp van curve-fitting tot stand gebracht. Het bepalen van de modelparameters uit de door de curve-fitting berekende temperatuurcurven van de hot-spot wordt behandeld in paragraaf 5.4. Tevens worden in deze paragraaf de door de curve-fitting berekende curven met behulp van de hier berekende modelparameters tijd-discreet gesimuleerd. In paragraaf 5.5. worden de temperatuurcurven van de meting bij een geblokkeerde rotor tijd-discreet gesimu/eerd. De in deze simulatie gebruikte waarden van de modelparameters kamen avereen met die waarden van de mode/parameters bepaald bij opwarming (zie paragraaf 5.4).

5.1. De temperatuur van de hot-spot De reden waarom de statorwikkelingstemperatuur van de hot-spot gesimuleerd dient te worden, is dat dit d~ plaats is waar de veroudering van de statarwikkelingsiso/atie het snelst optreedt . De overige gemeten temperatuurcurven (de zeven andere lokale statorwikkelingstemperaturen, alsmede de gemiddelde statorwikkeIingstemperatuur) hebben hun maximum bij een lagere temperatuur en zijn dus niet meer interessant - althans voor dit onderzoek - en zullen derhalve in het verdere onderzoek niet meegenomen worden.

Hierbij wordt aangenomen dat de belde machines statorkritlsch zljn - hetgeen In dlt onderzoek nlet gecontroleerd is. Met andere woorden de p1aats waar de temperatuur het hoogst Is. treedt op In de stator. Hoofdstuk 5. Het Warmternodel

83

5.2. Het tweede-orde thermisch model Het tweede-orde thermisch model is in figuur 5.1. weergegeven. A

Figuur 5.1.

G1

B

G

Het tweede-orde thermisch model.

5.2.1. De gehanteerde uitgangspunten. In dit model worden in tegenstelling tot hetgeen gebruikelijk is (zie hoofdstuk 1, paragraaf 1.5.2.2) slechts drie fysische uitgangspunten gehanteerd. Deze zijn: T, de temperatuur van de hot-spot; P, de sommatie van de ohmse verliezen in zowel de statorwikkeling alsook in de rotorwikkeling c.q. rotorstaven; P2 de ijzerverliezen die in het statorblikpakket optreden. De modelparameters G" G21 C, en C 2 worden niet temperatuurafhankelijk veronderstelif. T2 representeert niet de temperatuur van het statorblikpakket. De reden hiervan is dat de temperatuur van het statorblikpakket zoals deze in [25] beschreyen is, eenvoudigweg niet bestaat. In het ijzerpakket zullen afhankelijk van de plaats waar de temperatuur gemeten wordt (binnenkant statorblikpakket, buitenkant statorblikpakket) verschillende temperaturen voorkomen. Hieruit voigt dat het niet mogelijk is te spreken over de warmteweerstand tussen het statorkoper en het statorblikpakket en de warmteweerstand tussen het statorblikpakket en de omgeving. De extra verliezen welke geconcentreerd gedacht waren in de stator (zie hoofdstuk 4, paragraaf 4.5) worden hier - vanwege hun relatief klein verondersteld aandeel (::::4%) in de totale verliezen verwaarloosd. 5.2.2. Het berekende temperatuurverloop Deze paragraaf geeft twee formules van T, als funetie van de tijd welke uit het model berekend zijn. De eerste formule is geldig indien er elektrisch vermogen wordt toegevoerd (paragraaf 5.2.2.1). De tweede formule is geldig indien er geen elektrisch vermogen wordt toegevoerd (paragraaf 5.2.2.2). Ondanks het feit dat T2 als funetie van de tijd voor de in dit onderzoek gehanteerde oplossingsmethode niet te verifieren is, wordt deze ten behoeve van een eventueel volgend onderzoek ook gegeven.

2

84

In de praktljk zijn de modelparameters wei temperatuurafhankelljk. maar bij de hier gemeten temperatuurvariaties volstaat een gemiddelde waarde. Hoofdstuk 5. Het Warmtemodel

5.2.2.1. T, als functie van de tijd bij toevoer van e/ektrisch vermogen. De twee differentiaalvergelijkingen opgesteld aan de hand van de twee knooppunten - knooppunt A en knooppunt B - van figuur 5.1. zijn het uitgangspunt (zie formule 5.1). P1

= C 1 dT,dt(t)

+

T, (t)G , - T (t)G 1 2

(5.1) De twee differentiaalvergelijkingen zijn met behulp van laplace-transformatie3 opgelost, waarbij de initiele condities van de temperaturen aan nur gelijk gesteld zijn. De beide vermogensbronnen P, en P2 worden voorgesteld door eenheidsstapfuneties. waarvan de amplitude vermenigvuldigd wordt met respeetievelijk P, en P2 • De oplossing wordt in formule 5.2. weergegeven: -...!...

-...!...

(5.2)

Beide temperatuursprongen ~T", en ~T2,' alsook de beide thermische tijdconstanten T, en T 2 zijn funeties van Gil G2 • C, en C2 • Ten behoeve van de hanteerbaarheid zijn ~ T"IJ ~ T2,lI T, en T 2 uitgedrukt in de constanten All 8" E, en F, (zie formu/e 5.3.r5

3

De vergelijklng Is vanuit het tijddomeln naar hat s~omein getransformeerd, waama achtereenvolgens breuksplitsing en terugtransformatie naar het tijddomein hebben p1aatsgevonclen.

4

Deze temperaturen zijn In de praktijk - mits de machine in thermisch evenwicht met de omgeving verkeert - gelijk aan de omgevingstemperatuur. Het model dat hler gepresenteerd wordt, heeft de omgevingstemperatuur als referentievlak. De term (E/ - F/) = G,G2/C,C2 alsook de tenn 2F1 Is altijd groter dan nul, mits de modelparameters groter dan nul zijn (hetgeen bij opwarming tot nu toe nog altijd het het geval geweest Is).

Hoofdstuk 5. Het Warmtemodel

85

2 A, (E , +F,) - B, (E:-F, ) (E,2-F,2)2F,

A,2F, + B, (E,2_F,2) - A, (E,+F,)

=---------(E,2 -F,2}2F,

1

T--2

E, +F,

(5.3)

Deze vier constanten (A" B" E, en F,) zijn op hun beurt weer uitgedrukt in de 6 modelparameters P,1 P21 G'l G21 C ,1 en C2 (zie formule 5.4).

A

=

C,C2

1

E,

P,G, +P ,G2+P2G,

=

C,G, +G2C, +G 1C2 2C ,C2

(5.4)

Na enige tijd (t>5T,) zullen beide e-machten volledig uitdempen en zal T, de thermische evenwichtstoestand bereiken. Vergelijking 5.1. zal dan de in formule 5.5. weergegeven vorm aannemen. Deze formule voigt ook rechtstreeks uit figuur 5.1. indien - in geval van thermisch evenwicht - de invloed van de beide warmtecapaciteiten niet behoeft te worden meegenomen. (5.5)

86


5.2.2.2. 12 als functie van de tijd bij toevoer van e/ektrisch vermogen. De gehanteerde oplossingsmethodiek is gelijk aan de methode die gevolgd is in paragraaf 5.2.2.1. Derhalve zullen hier aileen de oplossingen gegeven worden, en indien nodig, van commentaar worden voorzien. (5.6)

2

~(E, +F,) - B2(E,2 -F, )

(E ,2-F,2)2F ,

(5.7)

P2 C2

B =2

(5.8)

De formules voor de constanten E, en F, - welke de beide thermische tijdconstanten f 1 en f 2 bepalen - zijn vanzelfsprekend gelijk aan die die getoond zijn formule 5.4. Na enige tijd (t> 5f 1) zullen beide e-machten volledig uitdempen en zal T2 de thermische evenwichtstoestand bereiken (zie formule 5.9). Wederom is deze formule - formule 5.9. - via figuur 5.1. eenvoudig te controleren. (5.9)

5.2.2.3.

1, als functie van de tijd indian er geen e/ektrisch varmogen wordt

toegevoerd. De twee differentiaalvergelijkingen opgesteld aan de hand van de twee knooppunten - knooppunt A en knooppunt B - van figuur 5.1. zijn wederom het uitgangspunt. De initiale waarden van de beide warmtecapaciteiten C, en C2 zijn nu in tegenstelling tot bij de twee vorige paragrafen niet gelijk aan nul, maar gelijk aan respeetievelijk T,(O+) en T2 (O+). De oplossing welke via Laplace-transformatie verkregen is, wordt in formule 5.10 weergegeven. De formule is opgebouwd uit twee temperatuursprongen ~ T,,3 en AT2,3 en twee thermische tijdconstanten f 1 en f 2'

Hoofdstuk 5. Het Wanntemodel

87

-t

-...!..

(5.10)

De thermische tijdconstanten T 1 en T 2 zijn vanzelfsprekend gelijk aan de thermische tijdconstanten die berekend zijn in de twee vorige paragrafen. Beide temperatuursprongen ~ T,.3 en ~ T2,3 zijn daarentegen naast de vier bovengenoemde modelparameters nu ook afhankelijk van de begincondities op het tijdstip t=O+ (zie formule 5.11). ~

~T,.3 =

- T , (O+)(E, -F,) 2F,

T, (O+)(E, +F t ) 2F,

~T203 =

T,

T

2

-

~

1 E, - Ft

=E

,

1 + F,

(5.11 )

De constanten A.a, f; en F, zijn op hun beurt weer uit te drukken in de 4 modelparameters (zie formule 5.12). C ,Tt (O+)G , + C,T , (0+)G2 + C2G,T2 (O +) ~=----------C,C2 C,G, +G 2C , +G,C2

2C t C2

(5.12)

T, neemt vanzelfsprekend op het tijdstip t=O de waarde van de beginvoorwaarde T,(0+) aan. Na enige tijd (t> 5T ,) zullen beide e-machten uitdempen en zal T, naar 0 tenderen8 •

8

88

In de praktijk dus naar de temperatuur van de omgevlng. Hoofdstuk 5. Het Warmtemodel

5.2.2.4.

T2 als functie van de tijd indien er geen e/ektrisch vermogen wordt toegevoerd.

De gehanteerde oplossingsmethode is gelijk aan de methode die gevolgt is in paragraaf 5.2.2.3. Derhalve zullen hier aileen de oplossingen gegeven worden. (5.13)

AT14 =

AT2,4 =

T2 (0+)(F1-E l) + A4 2Fl T2(0+)(Fl +E 1) - A4 2F1

A = _C_2T_2_(0_+)_G_l_+_G_1C_l_T_l(_0_+) 4

C 1C 2

(5.14)

T2 neemt vanzeltsprekend op het tijdstip t=O de beginconditie T2 (0+) aan. Na enige tijd (t>5T 1 ) zullen beide e-machten uitdempen en zal T 1 naar 0 tenderen.

.5..3

Het verband tussen de oplossing T 1 Ct) en de temperatuurcurven van de hotmQ!

Deze paragraaf geeft het verband tussen de gemeten temperatuurcurven van de hot-spot - de curve bij opwarming en de curve bij afkoeling - en de oplossing van T 1 (t) uit het tweede-orde thermische model die bij deze curve behoort (respeetievelijk formule 5.2 en formule 5.10). Middels curve-fitting (een soort regressie analyse) wordt getracht de gemeten temperatuurcurve te benaderen met de formules die berekend zijn in de vorige paragraaf. Paragraaf 5.3.1. beschrijft de curve-fitting van de gemeten temperatuurcurve bij opwarming, paragraaf 5.3.2. beschrijft de curvefitting van de gemeten temperatuurcurve bij afkoeling.

5.3.1. Curve-fitting van de curven bij opwarming De curve-fitting7 is uitgevoerd met als criterium de kleinste kwadraten methode. De gemeten curve wordt benaderd met een curve zodanig dat de som van de afwijkingen in het kwadraat tussen de beide curven over het gehele meetgebied zo klein mogelijk is. De formule die gebruikt wordt om de gemeten curve te benaderen, is in formule 5.2 weergegeven. De waarden van de variabelen in deze formule AT1,l' AT2,1J T 1 en T 2 worden zeit door het programma berekend. De curve-fitting is uitgevoerd op de curven bij opwarming van de hot-spot van zowel de open alsook

7

De curve-fitting Is met het programma Matlab ultgevoerd.

Hoofdstuk 5. Het WarmtemodeJ

89

de gesloten machine. Conform het model is eerst de temperatuur van de omgeving van de gemeten curve bij opwarming van de hot-spot afgetrokken. Bijlage 76 toont de curve bij opwarming van de hot-spot van de open machine zander aftrek van de temperatuur van ~e omgeving, bij/age 77 toont deze met aftrek van de temperatuur van de omgeving . Bij/age 78 toont de curve bij opwarming van de hot-spot van de gesloten machine zander aftrek van de temperatuur van de o~geving, bijlage 79 toont deze met aftrek van de temperatuur van de omgeving . Bijlage 80 en 81 tonen zowel de gemeten curve alsook de temperatuurcurve di~ ~rekend zjjn m~t1 behu/p van de curve-fitting. Oit veor respectieve/ijk de open en de ges/oten machine. Het blijkt dat de beide gemeten curven, althans veor de beschouwde gevallen, zeker tot op 1·C benaderd kunnen worden. Over de mate van nauwkeurigheid wordt van deze methode in het algemeen geen uitspraak gedaan. Tabe/ 5.1. toont de voor de beide machines verkregen constanten. De hier gemeten thermische tijdconstanten komen rede/ijk overeen met de thermische tijdconstanten vermeld in de /iteratuur [26] [27] [28] [29] [30] en [31]. ~T11

~T21

1"1

12

·C

·c

5

5

open machine

24.13

2.28

1399

227

gesloten machine

80.83

10.23

2029

160

Tabe/ 5.1.

De voor de beide machines middels curve-fitting van de curve bij opwarming verkregen constanten ~ T1,1 ,AT2,1,1"1 en 12·

5.3.2. Curve-fitting van de curven bij afkoeling. De curve-fitting is wederom uitgevoerd met als criterium de kleinste kwadraten methode. De curve-fitting is uitgevoerd op de curven bij afkoeling van de hot-spot van zowe/ de open alsook de ges/oten machine. Conform het mode/ is de temperatuur van de omgeving van de afkoelcurve van de hot-spot afgetrokken. De curve-fitting is in beide gevallen uitgevoerd met formule 5.10. Bijlage 82 toont het

8

Het In Matlab geschreven programma (filenaam a:\opwarmln\curve_2.m) alsmede de hierbij benodigde inputfile (filenaam a:\opwarmin\curve\temp30 1.mat) zljn op diskette nr.2. opgeslagen. -

8

Het In Matlab geschreven programma (filenaam a:\opwarmln\curve_2\0ef24_1.m) a1smede de hierblJ benodigde Inputfile (filenaam a:\opwarmln\curve\temp24.mat) zljn op diskette nr. 3. opgeslagen.

10

11

90

De In Matlab geschreven programma's (filenaam a:\opwarmln\2eorde\tben30.m en a:\opwarming\2eorde\temp30.m) a1smede de hierblj benodlgde inputfile (filenaam a:\opwarmin\curve_2\temp30_2.mat) zijn op diskette nr.2. opgeslagen. De In Matlab geschreven programma's (filenaam a:\opwarmin\2eorde\tben24.m en a:\opwarmin\2eorde\temp24.m) alsmede de hlerbij benodigde Inputfile (filenaam a:\opwarming\curve_2\temp24_1.mat) zljn op diskette nr.3. opgeslagen. Hoofdstuk 5. Het Warmtemodel

gemeten temperatuurverJoop van de Pt1 DO-sensor op de statorspoel in de gleuf van de open machine bij afkoeling. Bijlage 83 toont het hierbij behorende gemeten temperatuurverloop van de om;eving. De in bijlage 83 aanwezige storing (de pieken rond het tijdst¥2 t=2*10 s.) is door manipulatie van de meetdata weggewerkt, zie bijlage ~ . Het tijdSin.tervai waarop de curve-fitting is toegepast is ingekort van 3.5*10 s. tot 2.0*10 seconden. De reden hiervan is dat de snelle daling van de temperatuur van de omgeving op het eind van de meting te veel invloed heeft op het thermisch gedrag van de machine. Bijlage 85 toont voor de open machine zowel de gemeten temperatuurcurve (waarop inkorting en aftrek van de temperatuur van de omgeving heeft ~I~atsgevonden) a1sook de curve die berekend is met behulp van de curve-fitting .Bijlage 86 toont het temperatuurverloop van de Pt100-sensor op de statorspoelkop van de gesloten machine tijdens afkoeling. De curve waarop inkorting van de tijd heeft plaatsgevonden (van 3.5*104 s. naar 2.5*104 seconden) a1smede de aftrek van de temp'~atuur van de omgeving heeft plaatsgevonden, wordt op bijlage 87 weergegeven 1 . Bijlage 88 toont zowel de temperatuurcurve van bijla~5 87 alsook de temperatuurcurve die berekend is met behulp van de curve-fitting .Het blijkt dat de beide gemeten curven - net als bij opwarming - binnen circa 1·C benaderd kunnen worden. Tabel 5.2. toont de voor de beide machines verkregen constanten. 4T13

4T23

1'1

1'2

·C

·C

s

s

open machine

19.02

6.31

1.06E4

692

gesloten machine

64.74

26.84

7.14E3

156

TabeI5.2.

De voor de beide machines middels curve-fitting van de curve bij afkoeling verkregen constanten 4T1,3AT2,3,1' 1en l' 2

12

Het In Matlab geschreven programma (filenaam a:\afkoelin\meetdat2\curve\0ef31 2.m) a1smede de hlerbij benodigde Inputfile (filenaam a:\afkoelin\meetdat2\meetdata\pr0ef31.dat) zijn op diskette nrA. opgeslagen.

13

De in Matlab geschreven programma's (filenaam a:\afkoelin\rneetdat2\2eorde\tben31.m en a:\afkoelin\meetdat2\2eorde\temp31.m) alsmede de hierblj benodlgde Inputfile (filenaam a:\afkoelin\meetdat2\curve\temp31_3.mat) zijn op diskette nr.4. opgeslagen.

14

Het In Matlab geschreven programma (filenaam a:\afkoel\2eorde\0ef23 1.m) a1smede de hlerbij benodigde Inputfi1e (filenaam a:\afkoel\curve\temp23.mat) zljn -op diskette nr.5. opgeslagen.

15

De in Matlab geschreven programma's (filenaam a:\afkoel\2eorde\tben23.m en a\afkoel\ 2eorde\temp23.m) alsmede de hierblj benodigde Inputflle (filenaam a:\afkoel\2eorde\temp23_1.mat) zijn op diskette nr.5. opgeslagen.


91

5.4. De mode/parameters Deze paragraaf behandelt de bepaling van de mode/parameters GIl G21 C 1 en C2. Deze modetparameters worden mede bepaald aan de hand van de in paragraaf 5.3. verkregen constanten 4 TIl 4 T21 1'1 en 1'2. Paragraaf 5.4.1. behandelt de bepaling van de mode/parameters in geval van opwarming, de modelparameters in geval van afkoeling worden bepaald in paragraaf 5.4.2.

5.4.1. De mode/parameters bij opwarming. De formules (5.3) en (5.4) zijn het uitgangspunt bij het bepalen van de mode/parameters in geval van opwarming. Het zijn - indien de vergelijkingen uit formule 5.4 in formu/e 5.3 gesubstitueerd worden - 4 niet-lineaire vergelijkingen met vier onbekenden Gl' G2• C11 en C2. De vermogens PI en P2 zijn bekend. De constantan E1 en F1 volgen uit twee oplosbare Iineaire vergelijkingen voor de thermische tijdconstanten f 1 en 1'2 (zia de twee laatste vargelijkingen van formule 5.3). 8ij hat bekend zijn van de constanten E1 en F1 volgen twee oplosbare Iineaire algebraische vergelijkingen voor Al en 8 , (zie de eerste twee vergelijkingen van formule 5.3). Het probleem heeft nu de volgende vorm: A'l 8 1, Ell Fl' PI en P2 Gegeven: Gevraagd: G'l G2 • G1, en C 2 De eerste modelparameter - modelparameter C, - voigt rechtstreeks uit formule 5.4: PI c=8

(5.15)

1

I

Na enige substitutie van de drie overgebleven vergelijkingen van formule 5.4 in elkaar voigt een kwadratische algebraische vergelijking voor G, (zie formule 5.16). G,2 + G,z + Y

=0

(5.16)

In deze vergelijking zijn ten behoeve van de eenvoud enige nieuwe hulp-variabelen P, I, Z en Y ingevoerd. De definitie van deze hulpvaraibelen is in formule 5.17 weergegeven.

92

Hoofdstuk 5. Het Wanntemodel

Z=

[

AIC, - EI2P] C

P

I

(5.17) De twee mogelijke oplossingen van Gl uit deze kwadratische algebraische vergelijking Gl• en Glb zijn in formule 5.18 weergegeven.

G,.

=

G'b

=

-z

+

JZ2-4Y 2

-z - JZ2-4Y

(5.18)

2

Met de verkregen uitdrukkingen volgen de hierbij behorende waarden van G2 en C2 (zie formule 5.19). De oplossingen die voorzien zijn van eenzelfde onderschrift - a of b - behoren bij elkaar, deze vormen dan een totale oplossing veor het gestelde probleem.

G2a

=

IPG,. AIG,. - PII

G2b

=

IPG'b A,G'b - P,I

C2a

=

G,.G2a IC,

C2b

=

GlbG2b IC,

(5.19)

De waarden van P, (de som van Pcu,r + Pcu,J en P2 (P,.,J volgen uit de vermogensmeting die uitgevoerd is in hoofdstuk 4, paragraaf 4.4. Tabel 5.3. geeft nog eens de in nominaal bedrijf - de toestand waarbij tevens de curve bij opwarming Hoofdstuk 5. Het Warmtemodel

93

bepaald is - gevonden waarden.

Pcu••

pcu•r

P,

p",..

P2

W

W

W

W

W

open machine

314

319

633

916

916

gesloten machine

682

433

1115

754

754

TabeI5.3.

De vermogens P, en P2 tijdens nominaal bedrijf.

Tabel 5.4. toont de voor de beide machines met de waarden uit tabel 5.2 verkregen parameterwaarden van G,•• G ,b • G2a • G2b • C ,I C2a en C2b• Bijlage 89 toont het in Matlab geschreven programma'8 die de bovengenoemde parameters volgens het gegeven voorschrift bepaalt.

G,. W( C

G'b W(C

G2a

G2b

C,

C2a

C2b

W(C

W(C

J(C

J(C

J(C

open machine

76.66

13.0

85.31

-70.07

2.3*10"

9.0*10"

-1.25*10"

ges/oten machine

52.36

2.73

26.78

-5.91

1.0*10"

4.2*10"

-489.19

TabeI5.4.

De berekende modelparameters G,•• G'b' G2a • G2b • C,• C2a en C2b in geval van opwarming.

De via de curve-fitting berekende curve is hierna nog eens met behulp van de bovenstaande berekende modelparameters tijd-discreeet gesimuleerd. Hierbij zijn de beide differentiaalvergelijkingen van formule 5.1. in matrixvorm opgeschreven en naar het tijddiscrete domein getransformeerd (zie formule 5.20).

'8

94

Hat In Matlab geschreven programma voor de open machine (filenaam a:\opwarmin\discr\param4.m) Is op diskette nr.2. opgeslagen. Het in Matlab geschreven programma voor de gesloten machine (filenaam a: \opwarmin\discr\param4.m) Is op diskette nr.3. opgeslagen. Hoofdstuk 5. Hat Warmtemodei

[i]

= [A] [l] + [B][P]

(5.20)

De in deze formule - formule 5.20 - voorkomende matrices - matrix-A en matrix-B worden door het model bepaald en zijn in formule 5.21 weergegeven. G1

G1

C1

C1

-A=

-(G 1 +G 2 )

G1 -

C2

C2

1 B

=

C1 0

0 (5.21) 1

C2

Bijlage 90 toont het in Matlab geschreven programma welke de tijddiscrete curven van zowel T 1 als T2 als funetie van de tijd berekent. De voor de open machine, respeetievelijk gesloten, machine gemeten temperatuurcurven en via deze methodiek berekende curven T1 als funetie van de tijd worden in bijlage 91 17 , respeetievelijk 92 18 , weergegeven 19 • Het blijkt dat de gemeten curven en de berekende

17

Het In Matlab geschreven programma (filenaam a:\opwarmln\discr\discrS.m) a1smede de hlerbij benodlgde Inputfile (filenaam a:\opwarmin\2eorde\temp30 2.mat) zijn op diskette nr.4. opgeslagen. -

18

Het In MatJab geschreven programma (filenaam a:\opwarmin\dlscr\dlscrS.m) a1smede de hierbij benodigde Inputfile (filenaam a:\opwarmln\curve2\temp24_1.mat) zijn op diskette nr.5. opges/agen.


95

curven exact met elkaar overeenkomen. De temperatuurcurve van T2 toont eenzelfde verloop als die bij T, doch zal bij een lagere temperatuurwaarde eindigen. De constanten met het onderschrift b geven hetzelfde resulaat voor T, als die met het onderschrift a. Het temperatuursvertoop T2 daarentegen toont bij constanten met het onderschrift been afwijkend verloop. De temperatuur zakt in dit geval direct onder de 0 ·C.

5.4.2. De modelparameters bij afkoeling De formules gegeven in (5.11) en (5.12) zijn het uitgangspunt bij het bepalen van de modelparameters in geval van afkoeling. In formule (5.11) zijn ~ T,,3' ~ T2 ,3' T", en T" 2 bekend met de in paragraaf 5.3.2 beschreven curve-fitting. T, (0+) stert de begintemperatuur bij het afkoelen voor en is bekend. De constanten A" E, en F, zijn direct uit formule 5.11 op te lossen. Er ontstaat nu een stelsel - zie formule 5.12 - van drie niet-Iineaire algebraische vergelijkingen met 4 onbekenden. (T:z(0+) is "bekend" via de tijddiscrete simulatie uit paragraaf 5.4.1). Voor het invoeren van een drie-tal verhoudingen tussen de modelparameters G" G2 , C, en C2 (zie formule 5.22) is het stelsel te herschrijven tot een stelsel van drie niet-Iineaire algebraische vergelijkingen met drie onbekenden (zie formule 5.23).

G, a =C:z

(5.22)

E, = aD.5

+ ~O.5 +

yO.5 (5.23)

Het probleem is nu dus gereduceerd tot de volgende vorm: gegeven A" E" F" T,(O+) en T:z(O+) gevraagd a, ~, y. De constanten a, ~ en y kunnen nu worden opgelost en zijn in formule (5.24) gegeven.

'8

96

De modelparameters hler gebrulkt zijn die met het onderschrlft a.

Hoofdstuk 5. Het Warrntemodel

~

- 2E,T, (O·) y = T2 (O·) - T,(O·)

~

- 2E ,T, (O·)

(5.24)

T2 (O·) - T, (O·) Bij de aanname van een der modelparameters Gil G2 , C, of C 2 volgen met formule 5.22 de resterende parameters. Bijlage 93 toont het in Matlab geschreven programma welke de drie bovengenoemde verhoudingen a, f3 en y volgens het gegeven voorschrift bepaalt. Tevens berekent het programma de overige modelparameters C 2 , G, en G2 indien C, als bekend verondersteld wordt opgegeven. Met een kleine aanpassing is het ook mogelijk een andere modelparameter als bekend te kiezen. Tabel 5.5 toont de voor de beide machines verkregen waarden indien C2 = 1000 J(C als uitgangspunt gekozen is2O •

C2

G,

G2

T,(O+)

T2 (0+)

J(C

C, J(C

W(C

W(C

·C

·C

open machine

1000

-23.73

-0.0352

0.0911

26

18

gesloten machine

1000

-196.7

-1.5694

0.1119

90

68.7

Tabel5.5

De mogelijke modelparameters van G G2 , C, of C 2 in het geval " T,(O+) en T2 (OT van afkoeling, en tevens de waarden van

Tabel 5.6 toont de voor de open en gesloten machine verkregen waarden indien voor C2 de waarde wordt gebruikt overeenkomstig met die berekend in tabel 5.4.

20

Hat In MatJab geschreven programma voor de open machine (filenaam a:\afkoelin\meet. dat2\discr\para11.m) Is op diskette nr.4. opgeslagen. Het In Matlab geschreven programma voor de gesloten machine (filenaam a:\afkoelln\discr\para10.m) Is op diskette nr.5. opgeslagen.

Hoofdstuk 5. Het Warrntemodel

97

C2

C,

G,

G2

T,(O+)

T2 (0+)

J(C

J(C

W(C

WrC

·C

·C

open machine

9.0*10~

-2.13*1Cf

-3.16

8.20

26

18

ge510ten machine

4.2*10~

-8.26*103

-65.1

4.69

90

68.7

Tabe15.6

De mogelijke modelparameters van G1• G2 • C 1 of C2 in het gevaJ van afkoeling. de waarde van C2 is overeenkomstig met die vermeld in tabel 5.4.

Opmerkelijk zijn de negatieve modelparameters, die niet fysisch interpreteerbaar zijn. hoewel deze mathematisch correct zijn. De uit deze modelparameters berekende curve is - net zoals beschreven is in paragraaf 5.4.1. - tot stand gekomen via tijd-discrete simulatie. De in formule 5.21 gegeven matrix A zal onveranderd blijven, matrix B zal daarentegen de nul-matrix aannemen daar het toegevoerde vermogen nul is. Bijlage 94 toont het in Matlab geschreven programma welke de tijddiscretecurve berekent. De voor de open, respectievelijk gesloten machine, gemeten temperatuurcurven als functie van de tijd tijdens afkoeling (met aftrek van de temperatuur van de omgeving) en de via de tijd-discrete simulatie berekende temperatuurcurven als functie van de tijd worden in bijlage 9521 , respectievelijk 9622 , weergegeven. Het blijkt dat de beide gemeten temperatuurcurven zeker tot op 1·C benaderd23 kunnen worden.

5.5 Simulatie van de temperatuur bij een geblokkeerde rotor. In deze paragraaf worden de gemeten temperatuurcurven bij blokkering van de rotor gesimuleerd met de waarden van de modelparameters bepaald bij opwarmingo De waarden van de gehanteerde modelparameters G1• G2 • C 1 en C2 alsmede de waarden van de twee variabelen P1 en P2 zijn weergegeven in tabel 5.7 (zie tabel

5.4).

98

21

Het In Madab geschreven programma (fdenaam a:afkoel\meetdat2\dlscr\discr12.m) a1smede de hlerbij benodigde Inputfile (f1lenaam a:\afkoek\meetdat2\curve\temp31_3.mat) zljn op diskette nr.4. opgeslagen.

22

Het In Matlab geschreven programma (filenaam a:afkoel\dlscr\dlscr10.m) Is op diskette nr.5. opgeslagen.

23

De gemeten curve kan nlet exact benaderd worden, daar blj de w1skundige berekening de ult de curve-fitting berekende curve als uitgangspunt genomen Is. Hoofdstuk 5. Het Warmtemodel

G1

G2

C1

C2

P,

P2

W(C

W(C

J(C

J(C

W

W

open machine

76.66

85.31

2.3*104

9.0*104

3690

930

gesloten machine

52.36

26.78

1.0*10

4

4150

873

Tabe15.7

4

4.2*10

De gebruikte modelparameters G" G2 , C 1 en C 2 en de variabelen P, en P2 bij de simulatie van de temperatuur in geval van een gelokkeerde rotor.

Het ohmse verlies in de statorwikkeling PI voigt uit de statorstroom bij de meting met de geblokkeerde rotor (zie tabel 4.8 voor de open machine en tabel 4.11 voor de gesloten machine). Het ijzerverlies P2 wordt berekend met de meetresulaten van de nullastmeting (zie tabel 4.14 voor de open machine en tabel 4.15 voor de gesloten machine). Het ijzerverlies Pie.• gemeten bij nominale voedingsspanning (Un) is omgerekend tot het verlies P2 behorende bij de verlaagde voedingsspanning (U I) waarbij de blokkeringsmeting is uitgevoerd. Tevens zijn de ijzerverliezen in de rotor bij deze blokkeringsmeting gelijk gesteld aan de ijzerverliezen in de stator (zie formule 5.25). (5.25)

A!s voorbeeld worden de verliezen P, en P2 berekend bij de open machine. Gegevens:

I. = 76 A (zle tabel 4.8) R. = 0.213 C (zie het beproevingsrapport bijlage 9) Ul = 193 V Un = 380 V (zie tabel 4.8) Pie. = 916.7 W (zie tabel4.14)

Berekening:

P,

= 3*1.2 *R. = 3*76*0.213 W = 3690 W

P2 = Pie..*UdU n*2 = 916.7 * 193/380 * 2 = 931 W.

24

De meet- en simulatieresultaten worden op bijlage 97 (open machine) en bijlage 9821 , (gesloten machine) weergegeven. De tijd waarover de simulatie is uitgevoerd is langer dan de bij de meting opgetreden blokkeringstijd. Bij het vergelijken van de grafieken mag derhalve aileen naar de eertse 60 seconden gekeken worden (de tijdens de meting opgetreden blokkeringstijd). Het blijkt dat in beide gevallen

24

Het In MatJab geschreven programma (filenaam a:openmach\disstall.m) a1smede de hlerblj benodlgde Inputme (filenaam a:\openmach\stalI5_l.mat) zijn op diskette nr.1. opgeslagen.

21

Het In MatJab geschreven programma (filenaam a:geslomach\disstall.m) a1smede de hierblj benodigde Inputfile (filenaam a:\geslomach\staIl7 1.mat) zijn op diskette nr.1. opgeslagen.


99

(bijlage 97 en 98) dat de gesimuleerde temperatuur Jager uitkomt dan de gemeten temperatuur. Er kan op deze manier dus geen beveiliging plaatsvinden.

100


6. Praktlsche Interpretatle. Het doel van dit hoofdstuk is tweeledig: te controleren of de door Holec gebruikte vuistregels ter bepaling van de modelparameters correct zijn [25]; te onderzoeken of de modelparameters bepaald in het hoofdstuk MHet Warmtemodel" te berekenen zijn aan de hand van de kenplaatgegevens, de beproevingsrapporten1 en de fysische opbouw van de machines. Paragraaf 6.1 behandelt de berekening van de modelparameters indien er elektrisch vermogen wordt toegevoerd (opwarming). De berekening van de modelparameters indien er geen elektrisch vermogen wordt toegevoerd (afkoeling), is het onderwerp van paragraaf 6.2.

6.1.

De berekening van de modelparameters indien er elektrisch vermogen wordt toegevoerd. Indien er elektrisch vermogen wordt toegevoerd, bepalen - conform het tweedeorde thermisch model - de vier modelparameters G" G2 , C 1 en C2 en de twee variabelen P1 en P2 het temperatuurverloop van T, als functie van de tijd. In deze paragraaf worden P" P2' C1 en C2 berekend. De modelparameters G, en G2 worden vanwege de complexiteit niet berekend. Wei worden in deze paragraaf de berekende temperatuurvallen over G, en G 2 vergeleken met de temperatuurvallen berekend met de vuistregels van HoJec.

6.1.1

De berekening van het totale ohmse verlies P, en het statorijzerverlies P2 bij nominaal bedrijf. Van de in nominaal bedrijf gemeten verliezen P, en P 2 - zie het hoofdstuk MMeetresultaten M- is getracht ze twee manieren te berekenen: berekening van de verliezen P, en P2 met de vUistregels gebruikt door HoJec; berekening van de verliezen P, en P2 met de gegevens afkomstig uit beproevingsrapporten. 6.1.1.1

De berekening van het tota/e ohmse verlies P, en het statorijzerverlies P2 met de vuistrege/s gebruikt door Ho/ec. De uitgangspunten van deze berekeningsmethode zijn: de totale verJiezen Pv die in de machine optreden worden uitgesplitst in: de totale ohmse verliezen Pohm = P, optredend in de statorwikkeling en de rotorwikkeling c.q. rotorstaven; de ijzerverliezen p.... =P2 optredend in het blikpakket van de stator. de ijzerverliezen in het blikpakket van de stator bedragen een vast percentage van de totale ohmse verliezen namelijk; Pie.. = (75%)2 * Pohm.

De bij de beide gemeten machines verkregen beproevingsrapporten zijn weergegeven op bijlagen 9 en 10. Hoofdstuk 6. Praktische interpretatie

101

De wrijvings- en ventilatieverliezen, de extra verliezen in zowel de stator alsook in de rotor en de ijzerverliezen in het blikpakket van de rotor worden niet berekendz• Het bovenstaande leidt tot de vergelijkingen gegeven in formule 6.1.

Pv

(6.1)

p oh• = ---~ 1+0.752

De resultaten van de aidus berekende verliezen PI en Pz zijn in tabel 6.1 voor beide gemeten machines weergegeven. Tevens zijn in deze tabel de gemeten verliezen uit het hoofdstuk "Meetresultaten" weergegeven. gesloten machine

open machine PI =POhm

Pz=Pre..

PI =POhm

Pz=Pre..

W

W

W

W

vuistregels

837

470

1002

572

gemeten

633

916

1115

754

Tabel6.1

De verliezen PI en Pz gemeten en berekend via de vuistregels gebruikt door Holec.

A1s voorbeeld worden de belde ver1iezen P 1 en P2 bij de open machine berekend. Gegevens afkomstig van de kenplaat: U1 = 380 V : I. = 22 A)3 ; cos rp = 0.85 : p.. = 11 *103 W Berekenlng:

p... = .f3*U1*1.* cos rp = (J"3*380*22*0.85)W = 12.3*103 W Py = p... -p.. = (12.3*10 3 -11*103)W = 1308W Pohm = Py j(l +0.75~ = 1308Wj(1 +0.75~ = 837 W Pte,. = 0.752 *pohm = 0.752 * 837W = 470 W

De berekeningsmethode met de Holec-vuistregels leidt bij de ijzerverliezen tot grote afwijkingen met de gemeten waarden. De gemeten ijzerverliezen zijn beduidend hoger dan de ijzerverliezen berekend met de vuistregels. Een verklaring voor het verschil bij de beide machines is vooralsnog niet te geven. z

De ijzerverliezen in de rotor en de extra verliezen in zowel de stator alsook in de rotor worden in bet model uit boofdstuk 5 "Het warmtemodel" ook Diet meegenomen.

3

Dit is de Iijnstroom van de kortsluitankermachine die tijdens de temperatuurmeting bij opwarming is opgetreden. De nominate lijnstroom van deze kortsluitankermachine is 22.5 A.

102

Hoofdstuk 6. Praktiscbe interpretatie

6.1.1.2

De berekenlng van het ohmse verlies P, en het statorijzerverlies P2 met de gegevens afkomstig uit het beproevingsrapport. Aan de hand van de in de beide beproevingsrapporten (zie bijlagen 9 en 10) gegeven meetresultaten4 - van zowel de nullastmeting alsock de belastingsmeting zijn de totale ohmse verliezen Pohm en de statorijzerverliezen Pie.. te berekenen5 • De resultaten van deze berekening zijn afhankelijk van de extra verliezen. Er worden hier - met betrekking tot de extra verliezen - drie verschillende situaties onderscheiden. Deze drie situaties zijn: a. de extra verliezen worden niet meegenomen; b. de extra verliezen worden geconcentreerd gedacht in de koppen van de statortanden; c. de extra verliezen worden geconcentreerd gedacht in de koppen van de rotortanden. Ter verduidelijking wordt de gehanteerde berekeningsmethode b uitgewerkt. De berekeningsmethode bij de beide andere situaties - situatie a en c - zijn in principe gelijk. De berekeningen leveren in aile drie de gevallen niet het gewenste resultaat; de waarden van de ijzerverliezen worden negatief.

Bij nullast is het verband tussen het toegevoerde elektrische vermogen Pnul' de optredende koperverliezen PCU,. nul' de extra verliezen in de stator Pex,s nul en de sommatie van de ijzer-, ventilatie- en wrijvingsverliezen weergegeven in formule 6.2. P nul = {Pfe,s + (P wr + P vent »

+ Pelt,s nul + Peu,s IYJl

(6.2)

De extra verliezen die optreden in het blikpakket van de stator zijn conform [32] evenredig met het kwadraat van de Iijnstroom die door de asynchrone machine wordt opgenomen. In nominaal bedrijf van de asynchrone machine zijn de extra verliezen Pex,. nom gelijk gesteld aan een half procent van het toegevoerd elektrisch vermogen Peo [32] (zie formule 6.3t Pelt,snOlll

= 0.005·Pe ,s

(6.3)

Bij een lijnstroom ter grootte van de nullaststroom Inul - de nominale lijnstroom wordt met I. weergegeven - treedt er een extra verlies Pex.. nul op ter grootte van:

_

Pex , s IYJl - Pex , s

nOllI

(IlYJl)2 -

Is

(6).4)

In principe is het beproevingsrapport van de open machine zie bijlage 9 Diet meer geIdig daar de luchtspleet vergroot is van 0.7 mm tot 0.9 mm. 5

De ijzerverliezen in bet blikpakket van de stator zijo, althans in de bier beschouwde beproevingsrapporteo, Diet expliciet vermeId.

6

Bij kleine machines kunnen de extra verliezen groter zijn dan een 0.5% van bet toegevoerd elektrisch vermogen [32].

Hoofdstuk 6. Praktische interpretatie

103

Het verband - in nominaal bedrijf - tussen het vermogen dat de luchtspleet oversteekt en de in de stator optredende totale verliezen wordt weergegeven in formule 6.5. (6.5) Het verband tussen het vermogen dat de luchtspleet oversteekt PII en het vermagen aan de as afgegeven p., - het produkt van het rendement '7 en het toegevoerd elektrisch vermogen p... wordt weergegeven in formule 6.6. Pem stelt in deze formule het elektomechanisch vermogen weer7 • P eIII

-

(

P wr + P vent)

=P

8S

(6.6) Eliminatie van de wrijvings- en ventilatieverliezen (Py« + P-J uit formule 6.2 levert in combinatie met formule 6.6 formule 6.7; (6.7) Substitutie van formule 6.5 in formule 6.7 geeft formule 6.8. (l-s)· (Pe , s-Pcu , s-Pfe , s-Pex , s) -

(6.8) In deze formule zijn de extra verliezen gesteld en is Pie. de enige onbekende. Tabel 6.2 toont de resultaten van de berekening van de drie bovengenoemde situaties a, b en c alsmede de gemeten verliezen P1 en P2'

7

104

Het e1ektromechanisch vermogen is gedefmieerd in hoofdstuk 1 paragraaf 1.2.2. Hoofdstuk 6. Praktische interpretatie

situatie

open machine

gesloten machine

P,

P2

P,

P2

W

W

W

W

a

819

-1885

1151

-3970

b

763

-330

1096

-2630

c

763

-280

1096

-2581

gemeten

633

916

1115

754

Tabel6.2

De verliezen P, en P2 berekend met behulp van de beproevingsrapporten. Bij situatie a worden geen extra verliezen verondersteld op te treden terwijl bij situatie b en c de ijzerverliezen geconcentreerd gedacht worden in de stator- respeetievelijk in de rotortanden. Tevens worden de gemeten verliezen P, en P2 weergegeven.

A1s voorbeeld worden de verliezen P, en P2 uitgerekend van de open machine. De extra verliezen zljn geconcentreerd gedacht In de stator. Gegevens ult het beproevingsrapport (zie bijlage 1): Nullastmetlng: P nul = 0.82*103 W ; Inu, = 7.75 A Belastingsmeting: p.,. = 12.8*103 W ; I. = 22.25 A ; s = 3.5 % ; 11 = 87.5 % Berekenlng uit de nullastmeting: p••,. = 0.OO5*P.,. = 0.OO5*12.81*10:W = 64 W p••,.nul = p..... nom*(l nu lIJ2 = 64* (7.75/22.25)2W = 7.7W pcu.• nul=3*lnu,2*R.=3*7.752*213*10-3 W = 38 W P..,.+P\IIlftI = 820W -7.7W - 38W - Pie,. = 773W - Pie..

(1)

Berekening uit de belastlngsmeting: P CU,' =3*1,2*R. = 3*22.252*213*10-3 W = 316.3 W Vergelijking (1) in (6.6) substitueren levert: (l-o.035)*Pg - (773.8 W - PleJ = 0.875*12.8*10 3 W ' O,965Pg + Pie.. = 11.9*103 W

(2)

Formule 6.5 levert: P g = 12.8*10:W - 316,3 W - Pte,. - 64 W = 12.4*103 W • Pie,.

(3)

Vergelijking (3) In (2) substitueren levert: 3 0.965*(12.4*10 W - PIe,J + Pie" = 11.9*103 W Pte = -330.8 W

Bovengenoemde berekeningsmethode leidt bij de beide kortsluitankermachines tot negatieve waarden van de ijzerverliezen (zie tabel 6.2). Fysisch gezien is dit onvoorstelbaar. De conclusie is dat de gevolgde berekeningsmethode niet bruik-


105

baar is wegens zijn nummerieke instabiliteit'. Uit het beproevingsrapport van de open machine blijkt dat de wrijvings- en ventilatieverliezen circa 260 W bedragenll• Met het gegeven nullastvermogen 820 W, het statorkoperverlies bij nullast 38 W en hat gestelde extra verlies 64 W voigt voor hat ijzerverlies eenvoudig 458 W. Deze uitkomst is weliswaar positief doch komt niet overeen met de meting. Voor het instellen van de motorbeveiliging dienen de beide verliezen P1 en P2 in warmetoestand gemeten te worden, conform de methode beschreven in het hoofdstuk "Meetresultaten".

6.1.2. De berekening van de warmtecapaciteit C2 • De warmtecapaciteit C2 zoals deze in het hoofdstuk "Het Warmtemodel" bepaald is, wordt in deze paragraaf berekend uit het produkt van de massa m van de machine en een specifieke warmtecapaciteit CINCh (zie formule 6.9). De waarde van die specifieke warmtecapaciteit CINCh is gerelateerd aan het materiaal waaruit het grootste deel van de machine is opgebouwd. De waarde van de specifieke warmtecapaciteit voor staal bedraagt 500 J/kg·C, voor gietijzer 540 J/kg·C en voor magnetisch blik 470 J/kg·C (zie bijlage 6). De waarde hier aangenomen is een "gemiddelde" tussen de voorgenoemde waarden en bedraagt 500 J/kg·C'o. Cz =

C mach •

m

(6 •9 )

Tabel 6.3 toont de aldus berekende warmtecapaciteit C2 alsmede de warmtecapaciteit C2 bepaald in het hoofdstuk "Het Warmtemodel". Warmtecapaciteit C2 bepaald in het hoofdstuk "Het warmtemodel"

Warmtecapaciteit C2 berekend aan de hand van de massa

J(C

J(C

open machine

9.0*10"

9.0*10"

gesloten machine

4.2*10"

4.2*10"

Tabel6.3

De warmtecapaciteit C2 van de open en gesloten machine bepaald in het hoofdstuk "Het Warmtemodel" en berekend aan de hand van de totale massa van de desbetreffende machine.

8

Indien de ohmse verliezen gecorrigeerd worden voor de bedrijfstemperatuur ontstaan er positieve waarden van de ijzerverliezen. Deze kleine verandering beeft dus veel invloed op bet eind-resultaat.

9

Zie bijlage 9, de bovenste grafiek; hierbij zijn zeer waarschijolijk de bijschriften "Amp" en "kW" verwisseld.

10

106

De waarde van deze specifieke warmtecapaciteit is eveneens in overeenstemming met de waarde gebanteerd door Hole<: [25]. Hoofdstuk 6. Praktiscbe interpretatie

A1s voorbeeld wordt de warmtecapaciteit C2 van de open machine berekend.

gegevens: m = 180 kg)'1 ; CINCh = 500 J/kg·C berekenlng: C2 = c.-:h*m C2 = 180 kg * 500 J/kg·C = 9.0*10· J(C

De warmtecapaciteit C2 is - althans in de hier beschouwde gevallen - proportioneel gerelateerd aan de totale massa van de machine.

6.1.3 De berekening van de warmtecapaciteit C1 De berekening van de warmtecapaciteit C, welke in het hoofdstuk "Het Warmtemodel- gedefinieerd is, is op twee manieren getracht te berekenen. Beide manieren trachten de warmtecapaciteit C, te relateren aan de warmtecapaciteit van het koper van de statorwikkeling. Deze twee manieren zijn: het berekenen van de warmtecapaciteit C, met vuistregels van Holec; het berekenen van de warmtecapaciteit C 1 met behulp van de massa van het koper van de statorwikkeling.

6.1.3.1.

Het berekenen van de warmtecapaciteit C1 met de vuistregels van Holec. De formule voor het berekenen van de warmtecapaciteit C 1 wordt bepaald door de construetie van de machine en de omgeving waarin deze machine gebruikt wordt. Er worden twee gevallen onderscheiden: a. een machine geschikt voor toepassing in een explosiegevaarlijke omgeving (Ex-construetie), en die ook in een explosiegevaarlijke omgeving gebruikt wordt; b. een "normale" machine, die in een "normale" niet-explosiegevaarlijke omgeving gebruikt wordt. In geval a. wordt de warmtecapaciteit C, berekend met de maximaal toelaatbare tijd te die op mag treden bij een geblokkeerde rotor. De definitie van deze tijd te is conform [33]: "De tijd benodigd voor een wikkeling om, vanuit de temperatuur bij nominaaJ bedrijf opgewarmd te worden tot de maximaa/ toe/aatbare temperatuur, gemeten bij de maximaaJ toe/aatbare omgevingstemperatuur." De maximaal toelaatbare temperatuur TE is afhankelijk van de temperatuurclassificatie van het isolatiemateriaal en de zelfontbrandingstemperatuur van het medium waarin de machine opgesteld staat [34]. In geval van een medium met een zelfontbrandingstemperatuur lager dan de maximaal toelaatbare temperatuur behorende bij de temperatuurclassificatie van het isolatiemateriaal bepaalt de zelfontbrandingstemperatuur de maximaal toelaatbare temperatuur TE' Bij een medium met een zelfontbrandingstemperatuur hoger dan

11

De massa dient conform [13] op de kenplaat van de machine aangegeven te zijn maar dit ontbreekt bij de open machine. In het beproevingsrapport wordt de massa eveneens met vermeld.


107

de maximaaJ toelaatbare temperatuur behorende bij de temperatuurclasificatie van het isolatiemateriaal bepaalt de temperatuurclassificatie de maximaal toelaatbare temperatuur Te' De verhoging van de temperatuur in een wikkeling gedurende deze korte periode ( < 15 seconden) wordt adiabatisch verondersteld: er is geen thermische invloed van de rotor op een statorwikkeling en omgekeerd. Formule 6.10 geeft het verband tussen het, tijdens de blokkering van de rotor in een wikkeling gedissipeerde, vermogen Pk en de hierbij optredende toename in temperatuur ATe' ATe is hier gedefinieerd als het verschil tussen de maximaal toelaatbare temperatuur van de wikkeling en de temperatuur die optreedt bij nominaal bedrijf. (6.10)

In geval b. kan de warmtecapaciteit C1 berekend worden met behulp van: 1. de maximaal toelaatbare tijd gemeten vanuit de temperatuur bij nominaal bedrijf, de warme-start-tijd t.., genoemd; 2. de maximaal toelaatbare tijd gemeten vanuit koude toestand, de koude-starttijd l..t genoemd. In de brochures van de machinefabrikanten worden de waarden t_ en tok vermeld (zie [35], [36]). In beide gevallen wordt, voor het berekenen van de warmtecapaciteit C l , de warmteontwikkeling adiabatisch verondersteld. In geval 1. dient voor het berekenen van de toegelaten temperatuurstijging AT.... - het verschil tussen de maximaal toelaatbare temperatuur behorende bij de temperatuurclassficatie van het isolatiemateriaal en de temperatuur bij nominaal bedriijf - de temperatuur bij nominaal bedrijf bekend te zijn. In de praktijk wordt de waarde van de temperatuur bij nominaal bedrijf echter niet altijd door machinefabrikanten opgegeven; het temperatuurveschil AT_is dus niet altijd bekend 12 • In geval 2. wordt de toegelaten temperatuurstijging ATIdasM bepaald door de temperatuur overeenkomend met de temperatuurclassificatie van het isolatiemateriaal minus de maximale omgevingstemperatuur (40·C) [13]. Voor de berekening van de warmtecapaciteit C 1 wordt in deze paragraaf uitgegaan van situatie 2. Formule 6.11 geeft het verband tussen het tijdens het starten in de statorwikkeling gedissipeerde vermogen Pill en de hierbij optredende toename in temperatuur ATIlIuM' p sk • t sk C, = -r=---

(6.11)

!J.Tklasse

Het tijdens het starten van de machine in de statorwikkeling gedissipeerde vermogen kan bepaald worden uit de onder verlaagde voedingsspanning uitgevoerde meting bij blokkering. De hierbij optredende fasestroom wordt weergegeven met

12

108

In de praktijk worden machines met isolatieklasse F vaak in overeenstemming tussen afnemer en fabrikaat zodanig ontworpen dat de temperatuur in nominaal bedrijf overeenkomt met de temperatuur behorende bij isolatieklasse B. Indien dit expliciet vermeld is treedt dit probleem niet op. Hoofdstuk 6. Praktische interpretatie

I..",. Het gedissipeerde vermogen PIlk behorende bij nominale voedingsspanning Un' (U. representeert de verlaagde voedingsspanning) wordt weergegeven in formule 6.12.

(6.12) Zowel de koude-start-tijd t. alsook de temperatuurclassificatie van het isolatiemateriaal van de open machine zijn - in tegenstelling tot die bij de gesloten machine niet in het beproevingsrapport opgenomen. Het toegepaste isolatiemateriaal is bij de open machine echter wei in het beproevingsrapport weergegeven. Het toegepaste isolatiemateriaal is formex. De aangenomen temperatuurclassificatie bij dit materiaaJ is temperatuurklasse B. De maximaal toegestane koude-start-tijd is bij een andere machine-fabrikant in de prospectus opgezocht en ligt bij machines met vergelijkbaar asvermogen, tussen de 12 en 15 seconden [35]. Voor de open machine zal hier een koude-start-tijd t. worden aangehouden van 15 seconden. Tabel 6.4 toont de resultaten van de meting bij blokkering (I. en U1, zie het hoofdstuk "Meetresultaten", tabel 4.8 en tabel 4.11), het berekende vermogen bij verlaagde voedingsspanning PI respectievelijk nominale voedingsspanning PIlk' de toelaatbare toename in de temperatuur .:1T k\aM' de warmtecapaciteit C 1 bepaald in het hoofdstuk "Het warmtemodel" en de via de koude-start-tijd berekende warmtecapaciteit C 1•

C1 bepaald

I. uI

U1

PI

P

IIk

t llk

.:1TIdaIM

A

V

W

kW

s

·C

J;-C

76

193

3690

14,3

15

90

2.38*103

62

220

4150

12,3

15

115

1.66*103

J;-C 4

open machine

2.3*10

gesloten machine

1.07*10·

Tabel6.4

C, berekend via de toegestane blokkeringstijd

in het hoofdstuk "Het Warmtemodel"

De resultaten van de meting bij blokkering (I. en UJ,het berekende vermogen bij verlaagde voedingsspanning, respectieveIijk nominale voedingsspanning, de toelaatbare toename in temperatuur .:1Tk\aM' de warmtecapaciteit C 1 bepaald in het hoofdstuk "Het warmtemodel" en de uit de koude-start-tijd berekende warmtecapaciteit C,.


109

Als voorbeeld wordt de warmtecapaciteit C 1 van de open machine berekend aan de hand van belde fonnules 6.11 en 6.12. Gegevens: R. = 213*10-3 Q ; Ia,ut = 76 A; U1 = 193 V ; t,. = 15 s ; ATw- = 130·C - 4O·C = 9O·C Berekening: PI = 3*Ia,uI2*R. = 3*7~*213*10-3 W = 3690 W PIlk = P,*(U n /UJ 2 = 3690*(380/193)2 W = 14,3 kW C 1 = PIIk*t.JATw- = {(14.3*1031r 15)/90} JrC = 2.38*103 J(C

Uit tabel 6.4 voigt dat de warmtecapaciteit C 1 bepaald in het hoofdstuk "Het warmtemodel groter is dan de warmtecapaciteit van het koper van de statorwikkeling. M

,

6.1.3.2.

Het berekenen van de warmtecapaciteit C1 met behulp van de massa van het koper van de statorwikkeling. De berekeningsmethode is in principe gelijk aan de methode beschreven in paragraaf 6.1.2: getracht wordt de massa van het koper van de statorwikkeling te bepalen. Dit is op twee manieren geprobeerd: berekening van de statorkopermassa met behulp van de gemeten statorfaseweerstand; berekening van de statorkopermassa met behulp van het geschatte volume van het koper van de statorwikkeling. De berekening van de massa met behulp van de gemeten ohmse weerstand van een statorfase. De ohmse weerstand van een statorfase is eenvoudig te meten en is tevens vermeld in het beproevingsrapport. Bij de open machine komt de gemeten ohmse weerstand van een statorfase in koude-toestand overeen met de ohmse weerstand vermeld in het beproevingsrapport (zie bijlage 9). De gemeten ohmse weerstand van een statorfase van de gesloten machine in koude- en warme-toestand komt daarentegen niet overeen met de ohmse weerstand vermeld in het beproevingsrapport (zie bijlage 10). De gemeten ohmse weerstand blijkt een factor twee lager te zijn 13 dan de waarde die vermeld is in het beproevingsrapport. Oat het beproevingsrapport toch bij deze machine behoort blijkt uit de belastingsmeting in nominaal bedrijf. AIle meetgegevens die in het beproevingsrapport met betrekking tot de nominale belastingsmeting vermeld zijn blijken tot op 5% overeen te stemmen met de zeit gemeten resultaten.

De statorfase van een kortsluitankermachine kan opgebouwd zijn uit een aantal seriewindingen N.. Elk van deze windingen kan weer opgebouwd zijn uit een aantal parallel geschakelde draden Np14• Figuur 6.1 toont ter iIIustratie een statorfase met vier in serie geschakelde spoelen waarbij elke spoel opgebouwd is uit drie parallel geschakelde windingen of draden (N_=4; Npu=3).

13

U

110

Navraag bij zowel Leroy-Somer Nederland alsook bij Yan-Bodegraven (het bedrijf die deze machine gereviseerd heeft) hebben met betrekking hiertoe geen duidelijkheid kunnen verschaffen. Uitteraard kan men per fase ook groepen spoelen in serle alsook parallel schakelen even aIs men binnen een spoel windingen zowel in serle aIs parallel kan schakelen. Hoofdstuk 6. Praktische interpretatie

Figuur 6.1

Een statorfase met vier seriewindingen. Elke seriewinding is weer opgebouwd uit drie parallel geschakelde speelen.

Met de gemeten ohmse weerstand van een statorfase ~. de soortelijke weerstand van het koper P. de gemiddelde lengte van een parallel geschakelde winding I,. en de doorsnede-oppervlakte van een draad AdrtJlJd kan de verhouding berekend worden tussen het aantal serie windingen N_ en het aantal parallel geschakelde draden NplIT' De gemiddelde lengte I,. van een spoel voigt uit de gemiddelde lengte van een statorspoelkop I. en de lengte van een statorgleuf Ig • zie formule 6.13. l

w

= 2· I g

+ 2· Is

(G.!3)

Het aantal seriewindingen N. is niet exact te berekeken, maar kan benaderd worden met het verband tussen de circuitflux I, de hoekfrequentie Ca). en de fasespanning U, (zie formule 6.14. (G.14)

De magnetische fluxdichtheid B ligt in praktijk tussen de 0.7 T en 1.1 T. Bij deze berekening wordt voor de magnetische fluxdichtheid Been waarde van 1 T aangenomen. Het aetieve oppervlakt Agg van een winding waar doorheen de flux priemt, wordt berekend uit de lengte van de statorgleut Ig - de axiale lengte van het blikpakket - en de gemiddelde afstand - tangentieel gemeten langs de binnenkant van de statorboring • tussen de statordraden die een spoel vormen 15 bgg (zie formule 6.15). (G.lS)

Het aantal parallel geschakelde spoelen kan nu berekend worden: de verhouding

15

Bij beide machines is de wikkeling uitgevoerd als een verdeelde wikkeling.


III

N_/Npar is uit formule 6.13 bekend en het aantal seriewindingen N. is met de beide formules 6.14 en 6.15 bekend. Tabel 6.5 toont de benodigde gegevens voor deze berekening: de fasespanning U" de hoekfrequentie (a)., de gemeten diameter van een der statordraden ddrud' de gemeten gemiddelde lengte I. van een statorspoelkop, de gemeten lengte van een statorgleuf 19 , de gemeten afstand tussen de statordraden die een spael vormen bgg en de gemeten ohmse weerstand F\. Tabel 6.6a toont de berekende waarde van de gemiddelde lengte '- van een parallel geschakelde spoel, de oppervlakte van een statordraad Adrud , de verhouding van het aantal seriewindingen en het aantal parallel geschakelde spoelen NJN p , de oppervlakte Agg van een door een statorspael ingesloten gebied, het aantaJ seriewindingen N_ en het aantal parallel geschakelde spoelen Npar per seriewinding. De totale koperlengte van een statorfase I voigt door vermenigvuldiging van het aantal parallel geschakelde draden Npar en het aantal seriewindingen N_ en de gemiddelde lengte Iw van een winding. Het totale volume V van het koper van de statorwikkeling - opgebouwd uit drie statortfasen - is met formule 6.16 te berekenen. l=N·N·l p s w

v = l·ll. ~r8ad

·3

(6.16)

De eerste vergelijking van formule 6.17 toont het verband tussen de massa, de soortelijke massa Q en het volume V van het koper van de statorwikkeling. Het verband tussen de warmtecapaciteit l , de soortelijke warmte Ccu en de massa van het koper van de statorwikkeling wordt in de tweede vergelijking van formule 6.17 weergegeven.

e

m

= V· Q

c, = ccu·m

112

(6.17)


U,

(a).

I.

Ig

bgg

d ckMd

R,18

V

rad/ sec

em

em

em

mm

n

open machine

ster

220

314

18.2

24.5

14.5

1.8

0.23

gesloten machine

ster

220

314

15.0

17.5

11.3

0.9

0.47

De tasespanning Ut , de hoekfrequentie (a)., de gemeten diameter van een der statordraden d_. de gemeten gemiddelde lengte I. van een statorspoelkop, de gemeten lengte van een statorgleut Ig • de gemeten afstand tussen de statordraden die een spoel vormen bgg en de gemeten ohmse weerstand F\.

Tabel6.5

Iw

Adrwtd

em

mm2

open machine

85.4

2.54

39.2

gesloten machine

65.0

0.64

26.0

Tabel6.6a

N_/N...,

Aoa

N_

N...,

3.6*10'2

28

0.71::::1

2.0*10'2

50

1.92::::2

m2

De berekende waarde van de gemiddelde lengte '- van een parallel geschakelde spoel, de oppervlakte van een statordraad AdrutJ , de verhouding van het aantal seriewindingen en het aanttal parallel geschakelde spoelen N_/N""" de oppervlakte Agg van een door een statorspoel ingesloten gebied, het aantal seriewindingen N_ en het aantal parallel geschakelde draden N"", per tase.

Ter IIlustratie worden de bovengenoemcle parameters I., ~rutJ' NJNp • ~, N. en Np van de open machine berekend. gegevens: zie tabel 6.5 '.. = 2*lg + 2*1. = (2*24.5 +2*18.2) em = 85.4 em berekenlng: 2 ~rutJ = 0.25*1t*DdrutJ2 = 2.54 mm2 = 2.54*10" dm NJN p = (R,*~raad)/(P*'-) = (0.23*2.54)/ (0.0175*0.854) = 39.2 ~ = B *I g = 24.5*10'2 * 14.5*10'2 = 3.6*10'2 m2 N. = ~ / «a)*B*~ = 22012 / (314*1*3.6*10·~ = 28 Np = 28/39.2 = 0.71

16

Dit is de waarde van de ohmse weerstand van de machine in bedrijfswarme toestand.


113

Tabel 6.6b toont de totale lengte I van een statorspoel, het volume V van de statorwikkeling, de massa m van de statorwikkeling alsmede de warmtecapaciteit ClOP de aidus berekende methode en de waarde van de warmtecapaciteit C1 bepaald in het hoofdstuk "Het ·warmtemodel". De specifieke warmtecapaciteit Ccu en de soortelijke massa Q van het koper zijn - conform hoofdstuk 3 tabel 3.1. gesteld op 400 J/kg-C respeetievelijk 8.9 kg/dm 3 • C1 bepaald in het hoofdstuk "Het Warmtemodel"

I

V

m

C1 berekend met behulp van de ohmse weerstand

J(C

m

dm 3

kg

J(C

open machine

2.3*10·

17

0.129

1.15

461

gesloten machine

1.0*10·

63

0.119

1.05

421

TabeI6.6b.

De totale lengte 1 van een statorspoel, het volume V van de statorwikkeling, de massa m van de statorwikkeling alsmede de warmtecapaciteit ClOP de aldus berekende methode.

Ter Ulustratle worden de bovengenoemde parameters I, V, m en de aldus berekende warmtecapaciteit C1 van de open machine berekend. zie tabel 6.6a gegevens: berekening: I = Np *N.*Iw = 0.71 *28*0.854 m = 16.9 m V = 1*3*Aa.-t = 169.7*3*2.545*10'" dm3 = 0.129 dm3 m = V*Q = 0.129 dm-3 * 8.9 kgjdm-3 = 1.15 kg C1 = Ccu * m = 400 Jjkg·C * 1.15 kg = 461 JrC

De conclusie is dat de warmtecapaciteit C1 bepaald in het hoofdstuk "Het warmtemodel", niet gerelateerd kan worden aan de warmtecapaciteit van het koper van de statorwikkeling. De berekening van de statorkopermassa met behulp van het geschatte volume van het koper van de statorwikkeling. Bij deze methode worden de statordraden in een gleuf van de stator en de bijbehorende draden van de statorspoelkoppen als een rechthoekige massieve geleider voorgesteld. De gegevens benodigd ter bepaling van de massa van een zo'n spoel (opgebouwd uit twee statorgleuf-delen en twee statorspoelkop-delen zijn: de gemiddelde lengt!3l. van een statorspoel, te berekenen met (6.13): de doorsnede-oppervlakte van een statorgleuf Ag , te berekenen uit: de breedte van een statorleuf (bJ; de diepte van een statorgleuf (dJ; de soortelijke massa van koper. 114


Het volume VI van een aidus voorgestelde speel voigt uit formule 6.18. 1w

= 2' 1 9

+ 2'1 s

(6.18)

Het totale aantal spoe/en is, op deze wijze beschouwd, gelijk aan de helft van het aantal statorgleuven N.17• Het totale volume van het koper in de stator VI is dan: N v t -"2 s·v1

(6.19)

De berekening van de warmtecapaciteit C1 vanuit het volume is in formule 6.17 weergegeven. Tabel 6.7 toont van de beide machines de gemeten gemiddelde lengte van een statorspoelkop 1" de gemeten lengte van een statorgleuf Igl de gemeten breedte van een statorgleuf bill de gemeten diepte van een statorgleuf dill en het aantal statorgleuven N•.

N.

I.

III

bll

d!l

cm

em

cm

cm

open machine

18.2

24.5

0.5

2.5

48

gesloten machine

15.0

17.5

0.5

1.5

48

TabeJS.7

De gemiddelde lengte van een statorspoelkop I,. de lengte van een statorgleut Igl de breedte van een statorgleut bgl de diepte van een statorgleut dill en het aantal statorgleuven N. van beide machines.

TabeJ 6.8 toont de warmtecapaciteit C 1 bepaald in het hoofdstuk -Het warmtemodel" alsook de via de bovengenoemde methode berekende warmtecapaciteit C 1•

17

Deze situatie geldt aileen bij cen eenlaagswikkeling.


115

Warmtecapaciteit C, bepaald in het hoofdstuk "Het warmtemodel"

Warmtecapaciteit C, berekend via het geschatte volume van het koper

J(C

J(C

open machine

2.3*10"

9.1*103

gesloten machine

1.0*10"

4.1*1~

Tabel6.S

De warmtecapaciteit C, bepaald in het hoofdstuk "Het warmtemodel" en berekend met behulp van het geschatte volume van het koper van de statorwikkeling.

A1s voorbeeld wordt de warmtecapaciteit C, van de open machine berekend. gegevens: zie tabel 6.5 berekenlng: I.- = (2*lg + 2*IJ = (2*0.182 + 2*0.245) m = 0.854 m V, = I*d g *bg = 0.854*2.5*10'2*0.5*10'2 m = 1.07*10'" m3 VI = (N./2) * V, = (48/2)*1.07*10'" m 3 = 2.56*10-3 m3 = 2.56 dm3 m = V* 0. = 2.56 dm~8.9 kg/dm3 = 22.8 kg C, = Ccu * m = 400 JrCkg * 22.8 kg = 9.12*103 JrC

Uit tabel 6.S blijkt dat de warmtecapaciteit C, bepaald door simulatie van de metingen in het hoofdstuk "Het warmtemodel" - atthans bij de hier beschouwde gevallen - groter is dan de aldus berrekende de warmtecapaciteit van het koper van de statorwikkeling. Tabel 6.9 toont de warmtecapaciteit C, berekend in het hoofdstuk "Het Warmtemode/" en de warmtecapaciteit C, berekend op de voorgaande manieren C, berekend in het hoofd stuk "Het Warmtemodel

C, berekend m.b.v. de ohmse weerstand

C, berekend via het geschatte volume

C, berekend via de toegestane blokkeerings tijd

J(C

J(C

J(C

J(C

open machine

2.3*10"

461

9.1*103

2.38*103

gesloten machine

1.0*10"

421

4.1*103

1.66*103

Tabel6.9

116

De warmtecapaciteit C, berekend in het hoofdstuk "Het Warmtemodel" en de warmtecapaciteit C, berekend op de voorgaande manieren


De conclusie is dat de warmtecapaciteit C t bepaald in het hoofdstuk "Het Warmtemodel· niet gerelateerd kan worden aan de warmtecapaciteit van het koper van de statorwikkeling.

6.1.4. De berekening van de temperaratuurvallen over de warmteweerstanden Gt en G2 • In deze paragraaf worden de temperatuurvallen ~ TGt en ~ T2t8 over de warmteweerstanden Gt en G2 berekend. Tevens worden de temperatuurvallen ~TGt en ~T2 vergeleken met de temperatuurvallen ~ TG/ en ~ T2' die berekend zijn met de vuistregels van Holec. De eindtemperatuur van T t (zie formule 5.2 en figuur 5.1) voigt door sommatie van de beide temperatuursprongen ~ T1,l en ~ T2,l welke via de regressie analyse bepaald zijn en in tabel 5.1. zijn gegeven. De eindtemperatuur T2 is te berekenen voor de thermische evenwichtstoestand (zie figuur 5.1) en voigt uit formule 6.20. Pt T2 = T 1 - ~TGl = T1 - -

(6.20)

G1

De temperaturen T1 en T2 alsook de beide temperatuurvallen de open en de gesloten machine in tabel 6.10 weergegeven.

~ TGt

en AT:! zijn voor

T1

T2

~TGt

~T2

·C

·C

·C

·C

open machine

26.4

18.1

8.3

18.1

gesloten machine

91.6

69.7

21.9

69.7

TabeI6.10.

De beide temperaturen T 1 en T2 alsook de beide temperatuurvallen ATGt en AT2 berekend voor de open en de gesloten machine.

De vuistregels gebruikt door Holec voor het berekenen van de temperatuurvallen over G1 en G2 maken gebruik van de maximaal toelaatbare temperatuurstijging AT.sa- van het isolatiemateriaaJ. De twee vuistregels zijn: het temperatuurverschil over G t (ATGl') is gelijk aan (3/8)*AT.sa-; het temperatuurverschil over G2 (AT:!') is gelijk aan (5/8)* AT.sa-. Tabel 6.11 toont voor de open en de gesloten machine de maximaal toelaatbare temperatuur overeenkomend met de temperatuurclassificatie van het isolatiemateriaal AT~ en de temperatuurvallen ATG1 ' en AT2' over de beide warmteweerstanden

Hoofdstuk 6. Praktische inlcrprelatie

117

G, en G2 berekend met de vuistregels van Holec en beide temperatuurvallen ATG, en ATG2 - -

Tabel 6.11

AT!daM

ATG,'

AT' 2

ATo ,

AT2

·c

·C

·C

·C

·C

open machine

90

33.8

56.2

8.3

18.1

gesloten machine

105

39.4

65.6

21.9

69.7

de maximaal toelaatbare temperatuur overeenkomend met de temperatuurclassificatie van het isolatiemateriaal AT!daM en de temperatuurvallen AT0' , en AT2 ' over de beide warmteweerstanden G1 en G2 berekend met de vuistregels van Holec en beide temperatuurvallen AT01 en 4.TG2 bepaald via de regressie-analyse.

De conclusie is dat de vuistregels gehanteerd door Holec bij de open machine voor de beide warmteweerstanden een te hoge temperatuurval geven. De reden hiervan is hoogstwaarschijnlijk de ouderdom van de machine (1957): vroeger werden de machines veelal overgedimensioneerd. De vuistregels toegepast bij de gesloten machine leveren voor de warmteweerstand G2 een goed resultaat (de afwijking bedraagt 6 %). De berekening van de warmteweerstanden G, en G2 met behulp van de grootheden waarvan deze afhankelijk zijn, de dikte 6 I de oppervlakte A, de specifieke warmtegeleidingscoeffient A. en de warmteoverdrachtscoeffient a is praktisch gezien gecompliceerd. De reden is dat G, en G2 opgebouwd zijn uit een combinatie van warmteoverdrachtsweerstanden en warmteweerstanden. Deze warmteweerstanden kunnen zowel in een serie- en of parallelschakeling of een combinatie tussen de beiden voorkomen. Hoe dit warmtenetwerk er precies uitziet is niet bekend. Tevens zijn de warmteoverdrachtsweerstanden tussen de verschillende machine-onderdelen lastig te berekenen, voornamelijk omdat de warmteoverdrachtscoeffient een zeer moeilijk te bepalen parameter is. G, en G2 zijn dan ook niet op deze wijze bepaald.

6.2

De berekening van de modelparameters indien er geen elektrisch vermogen wordt toegevoerd. Indien er geen elektrisch vermogen wordt toegevoerd zijn er vier onbekende modelparameters G" G2 , C, en C2 • De beide verliezen P, en P2 zijn vanzelfsprekend gelijk aan nul. Conform het hoofdstuk "Het Warmtemodel" zijn de waarden van de afzonderlijke modelparameters in geval van afkoeling niet van belang maar juist de verhoudingen tussen de modelparameters (zie formule 5.22). Er zijn oneindig veel oplossingen mogelijk, waarbij er tevens negatieve modelparameters kunnen optreden (zie de tabellen 5.5 en 5.6). Een fysische interpretatie van deze 118


modelparameters lijkt niet zinvol. De verhoudingen tussen de modelparameters onderling worden voor de beide machines volledigheidhalve in tabel 6.12 vermeld. Vanzelfsprekend geldt oak hier dat aan deze uitkomsten geen algemene geldigheid ontleend kan worden, daar er maar twee machines beproefd zijn.

y=GJC 1

W/J

P=G 2 /C2 W/J

open machine

-3.5*10-11

91.1*10-11

1.48*10-3

gesloten machine

-1.6*10-3

111.6*10-11

7.88*10-3

a=GJC2

Tabel 6.12

W/J

De berekende modelparameterverhoudingen a, p en y die in geval van afkoeling de modelparameters Gl' G2 , C, en C2 bepalen.


119

7. CONCLUSIES, EISEN EN AANBEVELINGEN In dit hoofdstuk worden na de conclusies, de eisen gesteJd door de opdrachtgever en de aanbeveJingen vaor het verdere onderzoek gegeven. 1.

Het door de opdrachtgever voorgeschreven tweede-orde thermisch model kan onder aile omstandigheden het temperatuurverJoop van de hot-spot simuleren, mits de modelparameters varieren met de bedrijtssituatie van de machine. Voor de praktijk is dit echter niet wenselijk.

2.

Een machine is met een of meerdere temperatuur-sensoren niet beveiligd bij een situatie met een geblokkeerde rotor.

3.

De simulatie van de temperatuur met behulp van de uit metingen bepaalde modelparameters geldig voor opwarming onder nominale omstandigheden, leidt in geval van een geblokkeerde rotor tot een onveilige situatie.

4.

Bij opwarming is er schlechts een fysisch verantwoorde oplossing van de waarden van de modelparameters.

5.

Bij afkoeling zijn niet de waarden van de afzonderlijke modelparameters van belang, maar verhoudingen tussen de modelparameters; er zijn oneindig veel waarden voor de afzonderlijke modelparameters.

6.

De modelparameters bij opwarming zijn niet aile te relateren aan fysisch aanwijsbare onderdelen van de kortsluitankermachine. De warmtecapaciteit C2 is proportioneel met de totale massa van de machine.

7.

Een fysische interpretatie van de modelparameters bij afkoeling is bij de gevolgde methode niet zinvol daar er oneindig veeI waarden (ook negatieve) van de afzonderlijke modelparameters mogelijk zijn.

8.

De plaats waar de hoogste temperatuur in een machine optreedt is afhankeIijk van het type en het fabrikaat van de machine.

9.

Het correct meten van de voor een beveiliging bepaJende temperatuur is aanzienlijk moeilijker dan het meten van een elektrische grootheid.

121

Voor vervolg-onderzoek zijn door de opdrachtgever twee eisen gesteld:

1.

De temperatuur van de hot-spot dient in de situatie van een geblokkeerde rotor correct gesimuleerd te worden.

2.

Op basis van een adiabatisch verondersteld gedrag wordt geeist dat de warmtecapaciteit C, gerelateerd is aan de toegelaten blokkeeringstijd van de rotor opgegeven door de machinefabrikant.

In principe zijn er drie aanbevelingen die tot bepaling van de modelparameters kunnen leiden:

*

Het ontwikkelen van een adaptieve motorbeveiliging. Via een in de motorbeveiliging aangebrachte geperfectioneerde snelle one-line weerstandsmeting van de statorwikkeling kunnen de temperatuur, en dus ook de waarden van de modelparameters, bepaald worden.

*

De hier gehanteerde methodiek toepassen met een accentverschuiving naar een meer fysische benadering van de modelparameters. In geval van afkoeling - de situatie met mogelijk negatieve modelparameters - geen tweede-orde curve-fitting maar een eerste-orde curve-fitting toepassen. Vanuit deze situatie kan in combinatie met de warmtecapaciteit C2 de warmteweerstand G2 bepaald worden.

*

122

Het oprichten van een commissie -bijvoorbeeld in I.E.C.- verband- die machinefabrikanten aanbeveelt de modelparameters G" G21 C, en C2 in het beproevingsrapport te vermelden.

Uteratuurlijst [1]

Sprecher & Schuh

Optimalisatie van produktie units en hun werking door middel van motorbeveiliging. Understanding Motor behaviour. The Need for motor protection. Thermal overload relays. Modern electronic protection relays. Electronic motor management (protection and control functions). (Nadere literatuurverwijzingen ontbreken) Bron: Fabrikanten

[2]

IEEE guide for AC motor protection New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1976, ANSI/IEEE standard, nr. C37.69. Bron: VUBIS

[3]

Blaschke, H.

Motorschutz Berlin: VEB Verlag Technik, 1954. Bron: VUBIS [4]

Clemens, H. und K. Rothe

Relaisschutztechnik in Eleldroenergiesystemen Berlin: VEB Verlag Technik, 1978. Bron: EG [5]

Fischer, A. und S. Wolf

Digitaler Motorschutz mit neuartigem thermischem Abbild des Lauferkreises. Siemens Energie und Automation, Bd. 12(1990), Heft 5-6, s. 36-39 Bron: INSPEC (EEA & CCA) [6]

Electrical Power Utilization - How to Achieve System Performance. Conference and Exhibition. Hamilton, K.M.

Latest developments in motor protection reporting and motor protection control systems. London, UK, 26-27 Feb. 1991. ERA Technol Leatherhead, UK: Vol. 5(1991), No.2, p. 1-12. Bron: INSPEC (EEA & CCA)

123

[7]

12th International Conference on Electricity Distribution. CIRED Morskieft, E.J.M. and M. Groenenboom Clink, a cost effective, high performance data collection, protection and control system for LV industrial switchboards. Birmingham, UK, 17-21 May 1993. lEE London, UK: Vol. 5(1993), p. 1-5 Bron: INSPEC (EEA & eCA)

[8]

F. Henning, H. Moser Temperaturmessung German democratic Republic, Verlaglizenz. Nr. 285-125/39/77 3', vollig neue bearbeitete Auflage, 1977.

[9]

Siemens Heissleiter, Datenbuch 1980/1981 Siemens AG, Bereich Bauelemente, Balanstrasse 73,8000 MQnchen 80. Bran: EMV

[10]

Siemens Kaltleiter, Datenbuch 1987/1988 Siemens AG, Bereich Bauelemente, Balanstrasse 73, 8000 MQnchen 80. Bron: EMV

[11]

Industrial Platinum resistance thermomter sensors Geneve, International Elevtric Committtee, 1983, IEC-publikatie 751, 1 editie 8

[12]

Mulder Hardenberg Data boek March-August 1994 Mulder Hardenberg, Westerhoutpark 1a, Haarlem Bron: EMV

[13]

Rotating electrical machines part 1: "Rating and performance". Geneve, International Elevtric Committtee, 1983, IEC-publikatie 34-1, 8e druk

[14]

Burr-Brown Integrated circuits data book; Volume 33 Burr-Brown Corporation; International Airport Industrial Park, 1989, U-356

[15]

Gils, J.A. van Weerstandsmeting aan draaistroomwikkelingen zonder onderbreking van de bedrijfsstroom. Polytechnisch tijdschrift editie Elektrotechniek/Elektronica, Vol. 36(1981) No.6, p. 304-309 Bron: EMV

124

[16]

Fursich, H. Erwfumungsberechnung fur einen Stromverdrangungslaufer im Stillstand und beim Anlauf. Siemens Forschung- und Entwicklungsberichte, Bd. 8(1979), Heft 4, s. 196203.

[17]

Nestler, H. and Ph. K. Sattler On-line estimation of temperatures in electrical machines by an observer Electric Machines and Power Systems, Vol. 21 (1993), p. 39-50.

[18]

Kylander, G. Temperature simulation of a 15-kW induction machine operating at variable speed. In: Proceedings. International Conference on Electrical Machines, Manchester, UK, 15-17 Sept 1992. Manchester UK: Manchester Univ. 1992. Vol. 3, p. 943-947.

[19]

Schuisky, W. Bestimmung der Erwarmung von e/ektrischen Maschinen und Transformatoren mit Hi/fe des Warmenetzes. Bulletin ASE, Bd. 50(1959), Heft 17, s. 825-832.

f2O]

Eckhardt, H. Beitrag zur Berechnung der stationfuen Temperaturverteilung in einer e/ektrischen Machine mit Hi/fe eines Warmequellennetzes Archiv fUr Elektrotechnik, Bd. 53(1969), Heft 1, s. 31-44.

[21]

Bates, J.J. and A. Tustin Temperature rises in electrical machines as related to the properties of thermal networks. lEE proceedings-A, Vol. 103(1956), p.471-482.

[22]

Mellor, P.H. and D.R. Turner Real time prediction of temperatures in an induction motor using a microprocessor. Electric Machines and Power Systems, Vol. 15(1988), p. 333-349.

(23]

Mellor, P.H. et al. Lumped parameter thermal model for electrical machines of TEFC design. lEE proceedings-B, Vol. 138(1991), No.5, p. 205-218.

[24]

Hak, J. Wfumequellen-Netze e/ektrischer Maschinen. Elektrotechnik und Maschinenbau, Bd. 76(1959), Heft 11, s. 236-243.

125

[25]

Bossink, P. Verificatie Thermisch Model KSA-motoren CLINK. Holec Systemen & Componenten B.V, Afdeling C&B/ITL, Hengelo, 1993. Afstudeerverslag. Bran: HOLEC

[26]

Schuisky, W. Elektromotoren Wien: Springer, 1951 Bran: EMV

[27]

Namburi, N.R. and T.H. Barton Thermal modelling of an induction motor. In: IEEE/PES 1983 Winter Meeting, New York, Jan. 30 - Febr. 4, 1983, New York: IEEE 1983. oak afgedrukt in: IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS102(1983), NO.8 Bran: INSPEC

[28]

Berger, Th. Beitrag zum Temperaturverlauf in den Wicklungen e/ektrischer Maschinen. Elektrie, Bd. 26(1972), Heft 11, s. 349-351 Bron: VUBIS

[29]

Vogel, J. Bestimmung der Typenleistung e/ektrischer Machinen tOr Kurzzeit- und Aussetzbetrieb nach dem Zweikorperprinzip. Elektrie, Bd. 30(1976), Heft 9, s. 472-474 Bran: VUBIS (sneeuwbalmethode)

[30]

Vogel, J. und A. Bey Bestimmung der Wicklungstemperatur e/ektrischer Maschinen mit Analogrechner. Elektrie, Bd. 34(1980), Heft 5, s. 227-229 Bran: VUBIS

[31]

Vogel, J. Digita/e Typenleistungsbestimmung e/ektrischer Maschinen auf der Grundlage thermischer Beanspruchungen. Elektrie, Bd. 37(1983), Heft 12, s. 621-{)22 Bran: VUBIS

[32]

Rotating electrical machines; part 2: "Methods for determining losses and efficiency of rotating machinery from tests (exclUding machines for traction vehicles)". Geneve, International Electric Committee, 1972, IEC publikatie 34-2 3- editie.

126

[33]

Electrical apparatus for explosive gas atmospheres; part 7: Increased safety "e". Geneve, International Electric Committee, 1972, IEC publikatie 79-7

[34]

Kerkenaar, R. Industriele netten en installaties: Hoofdstuk 4 "Motoren Technische Universiteit Eindhoven, Faculteit der Elektrotechniek, Vakgroep Elektrische Energiesystemen en de Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica. 1989 1- (voorlopige uitgave). v4. Collegediktaat (deel) Geneve, International Electric Committee, 1972, IEC publikatie 79-7 Q

[35]

ASEA Brown Boveri AG Three-phase Squirrel-cage motors single-5peed Type QU Enclosure IP 54. Publication No. 0 EM 4002 89 E, 8th edition, brochure. ASEA Brown Boveri AG, Mannheim, Electric motor division.

[36]

Leroy Somer 3-phase TEFV cage induction motors Aluminium alloy frame -0.09 to 169 kW Technical catalogue Ref. 1151 - #32/a-01.92. Brochure. Monteurs leroy-somer - 16015 Angouleme Cedex . France

127

Verklaring der gebruikte symbolen

F\,,g epth

rC/W] [W]

&

[m]

1

[W(m]

A

Gu..

[m'

9

F\,.o a

G.t..o C

c

m R I V

[W(C]

rC/W] [W(m' [W(C] [J(C] [J/kg'C] [kg]

[n] [A]

M

a

[W]

P1

[W] [W] [W] [W] [W] [W] [W]

Polu".

P2

p",.

p•.• p..

Pam

s

[%]

Pv

[W] [rad/s]

cp

I. InUI

[A]

p.... Pvent p.ll,' nul

Pnul

[W] [W] [W] [W] [W] [W] [W]

'1

[%]

U1

p.,.,. nom Pcu,' nul

Pcu..

[A]

M

[J/kg'C] [nm] [kg/dm3 ]

[m] [m]

Warmteweerstand bij warmtegeleiding Warmtestroom Materiaaldikte Specifieke warmtegeleidingscoefficient Doorsnede Reciproke waarde van de warmteweerstand bij warmtegeleiding Warmteovergangsweerstand Warmteoverdrachtscoefficient Reciproke waarde van de warmteovergangsweerstand Warmtecapaciteit Specifieke warmte Massa Ohmse weerstand Effeetieve stroom Effeetieve spanning Warmtebron Totale ohmse verliezen Totale ohmse verliezen Statorijzerverliezen Statorijzerverliezen Toegevoerd elektrisch vermogen in nominaal bedrijf Afgegeven asvermogen Elektromechanisch vermogen Slip Totaal verlies optredend in de machine Fasehoek tussen spanning en stroom Ujnstroom in nominaal bedrijf Ujnstroom in nullast Nominale Iinspanning Wrijvingsverliezen Ventilatieverliezen Extra verliezen in nullast Extra verliezen in nominaal bedrijf Ohmse verliezen in de stator in nullast Ohmse verliezen in de stator in nominaal bedrijf Toegevoerd elektrisch vermogen in nullast Rendement tussen het elektrisch toegevoerd vermogen en het afgegeven mechanisch vermogen. Specifieke warmtecapaciteit van de machine Soortelijke weerstand Soortelijke massa Gemiddelde lengte van een statorspoelkop Lengte van een statorgleuf

129

~

bg dll I V, Vt

[m1 [m] [m] [m] [m3 ] [m3 ]

N. Pall

[W]

T, T2 PI

rC] rC] [W]

te

[s]

t,.

[s]

4TIdaase

rC]

4TG ,

rC]

130

Doorsnede-oppervlakte van een statorgleuf Breedte van een statorgleuf Diepte van een statorgleuf Lengte van een spoel Volume van een spoel volume van het koper in de stator Aantal statorgleuven Het in de statorwikkeling gedissipeerde vermogen bij geblokkeerde rotor bij nominale voedingsspanning Temperatuur van de hot-spot Temperatuur van het statorblikpakket Het in de statorwikkeling gedissipeerde vermogen bij geblokkeerde rotor bij verlaagde voedingsspanning Maximaal toelaatbare blokkeringstijd bij een geblokkeerde rotor gemeten vanuit een bedrijfswarme toestand Maximaal toelaatbare blokkeringstijd bij een geblokkeerde rotor gemeten vanuit een koude-toestand. Maximaal toelaatbare temperatuursprong onder aftrek van de maximale omgevingstemperatuur behorende bij de temperatuurclassificatie van het isolatiemateriaal Temperatuurverschil over warmteweerstand G,

a

EG/94/724

FACULTEIT DER ELEKTROTECHNIEK

Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica

Vakgroep Elektrisehe Energiesystemen

Bijlage bij afstudeerverslag Tweede-orde thermische modellering van een beperkt aantal kortsluitankermachines ten behoeve van motorbeveiliglngen.

T.L.W. Smits

De Faculteit Elektrotechniek van de Technische Unlversiteit Eindhoven aanvaardt geen verantwoordelijkheid voor de inhoud van stage- en afstudeerverslagen.

Afstudeerwerk verricht o.l.v.: Prof.dr.-lng. H. Rijanto (EG) Dr.ir. V. Kalasek (EG) Jr. R. Kerkenaar (EMV) Ir. J. Sloat (EG) Ir. M. Groenenboom (Holec) Ir. R. Ritsma (Halee) Eindhoven, juni 1994.


Bijlage 1. IJking van de lokale temperatuurmeting. UR7

Tpt100

Tthermometer

~T

V

°C

°C

°C

7.81*

95.4

95.0

0.4

7.75

94.4

94.0

0.4

7.67

93.1

93.0

0.1

7.61

92.1

92.0

0.1

7.56

91.3

91.0

0.3

7.49

90.1

90.0

0.1

7.44

89.3

89.0

0.3

7.37

88.2

88.0

0.2

7.31

87.2

87.0

0.2

7.00

82.1

82.0

0.1

6.88

80.1

80.0

0.1

6.57

75.1

75.0

0.1

6.45

73.1

73.0

0.1

6.27

70.2

70.0

0.2

6.14

68.1

68.0

0.1

5.95

65.0

65.0

0.0

5.83

63.0

63.0

0.0

5.71

61.1

61.0

0.1

5.64

59.9

60.0

0.1

5.62

59.6

59.5

0.1

5.59

59.1

59.0

0.1

5.55

58.5

58.5

0.0

5.53

58.1

58.0

0.1

5.46

57.0

57.0

0.0

4.72

45.0

45.0

0.0

Bijlage 2a. IJking van de lokale temperatuurmeetmethode. .U R7

Tpt100

Tthermometer

~T

V

°C

°C

°C

7.57*

92.1

92.0

-0.1

7.512

91.1

91.0

-0.1

7.444

90.0

90.0

0.0

7.26

87.0

87.0

0.0

7.223

86.4

86.5

0.1

7.197

86.0

86.0

0.0

7.087

84.1

84.0

-0.1

7.036

83.3

83.5

0.2

7.01

82.9

83.0

0.1

6.95

81.9

82.0

0.1

6.76

78.8

79.0

0.2

6.71

78.0

78.0

0.0

6.65

77.0

77.0

0.0

6.58

75.9

76.0

0.1

6.37

72.4

72.5

0.1

6.31

71.5

71.5

0.0

6.155

69.0

69.0

0.0

6.117

68.3

68.5

0.2

6.094

67.9

68.0

0.1

4.876

48.2

48.5

0.3

4.844

47.6

48.0

0.4

4.809

47.1

47.5

0.4

4.723

45.7

46.0

0.3

4.694

45.2

45.5

0.3

4.630

44.2

44.5

0.3

4.596

43.6

44.0

0.4

4.544

42.8

43.0

0.2

Bijlage 2b. IJking van de lokale temperatuurmeetmethode.

UR7

Tthermometer

V

T DC

DC

AT DC

4.514

42.3

42.5

0.2

4.482

41.8

42.0

0.2

4.285

38.6

38.7

0.1

4.187

37.0

37.2

0.2

4.167

36.7

37.0

0.3

4.071

35.2

35.3

0.1

3.944

33.1

33.3

0.2

3.844

31.5

31.7

0.2

V2

C5

Dl

V3

R5

Bijlage 3b. Gegevens van de rneetschakeling. De instrumentatieversterker IC1 Burr-Brown XTR101 Precicision, Low Drift 4mA to 20 rnA Two wire transmitter. P-package R1 Potentiometer 200 n instelling ongeveer 100 n R2 Potentiometer 200 n instelling 123,07 n Ra Potentiometer 5 kn instelling 2,5 kn R4 Weerstand 470 n Pt100 PTC-weerstand Merk Sensycon, type P4 klasse B C 1,Ca Condensator 0.01 J,LF C2 Condensator 10 nF 01 Diode 1N4148 V1 Voedingsspanning 24 V DC (Delta D 030 1) De buffer IC2 Analog Devices Ultralow Drift Op-Amp AD707 Weerstand 1 Mn Rs C4 Condensator 1.8 nF Z1 Zenerdiode BZX10 V2 Voedingsspanning + 10 V DC Delta, type B202 Va Voedingsspanning -10 V DC Delta, type 8202 Het filter IC2 Analog Devices Ultralow Drift Op·Amp AD707 Weerstand 100 kn R6 R7 Weerstand 2,2 kn Cs Condensator 0.22 J,LF Ca Condensator 0.01 J,LF C6 Condensator 2,2 J,LF Elektrolyt.

Bijlage 4a. Overzicht van de totale temperatuur-meet-schakeling.

- --

/::\'~~~~..:.-::~',':~'.\\\ 20

17

II I \\\XX'b/1 1\\\ , ,

,

,

I I ' ' ' ' .... , .... 1 \ \ '\ I

"

r .. , , " ..... ,

, , , . , \I

..

,

41

.,'1"""" • a .... "

I

~

\

'\ '\

0000000000 0987654321

,----+--e U

15

V Y

16

P3 -

•

18

Renvooi 1.

2. 3. 4.

5.

6.

7.

8.

Computer inclusief labmaster (analoog-digitaal-convertor) Merk IBM TUE-nr: EM 1826 Monitor CM 8873 TUE-nr: KC 5397 Dochter-bord voor de labmaster. TUE-nr: EM 1866 Kast met ontworpen temperatuurmeetschakeling. TUE-nr. ontbreekt. Voltmeter Merk Fluke, type 75, multimeter (Persoonlijk bezit). Oscilloscoop Merk Tektronics, type 2201 digital storage. TUE-nr. ontbreekt. Gelijkspanningsvoeding + 10 V, -10 V Merk Delta, type 8202 TUE-nr: EM 1591 Gelijkspanningsvoeding + 24 V Merk Delta, type D 030 1 TUE-nr.778 Power analyzer (Versterker/filter/galvanische scheider) Merk Norma, type D 5135 TUE-nr. ontbreekt.

Bijlage 4b. Overzicht van de totale temperatuur-meet-schakeling. 9.

Omgevings-temperatuurmeter in messing blokje incl. warmte geleidende pasta K1emmenkast voor de Pt1OQ-signaien op de motor. 10. 11. Kortsluitankermachine Type. varierend per proef (zie bijlage ..) 12. Toestel van Van Gils Merk TUE TUE-nr: ontbreekt 13. Stroommeting Unigor 3s TUE-nr. EM 857 14,15Multicore flatcable 16. Coax kabels (acht stuks) 17. Meetsnoeren 0.75 mm2 18. Coax kabel inclusief spliter naar twee meetsnoeren. 19. Contact met aarde 20. Enkele coaxkabel welke door omsteking zowel vanuit de voltmeter alsook oscilloscoop iedere uitgang van de meetschakeling kan aflezen.

l:d

-

~:

lJ ~

VI

~ Rlt\gl

=' ~ (1)

_. 3 _. ~

~ I

C. ~

0

='

~ ~ ~

-3 ~

3 0

-t5

c. ~ <

~ ~

='

~

0

a -_.

t:

-J

l -l _ i

~ ~

a ~

_.

t')

::r

='

~

Bijlage 6 Materiaalconstanten van veel gebruikte materialen in machines. Q

1.

c

kg/dm3

W/m"C

Jj"Ckg

aluminium

2,7

220

890

brans

8,4

47

340

gietijzer

7,3

50

540

koper

8,9

375

400

messing

8,6

110

380

staal

7,9

50

500

IJzer

7,9

55

500

magnetisch blik II

7,5

30

470

magnetisch blik

..L

7,5

3,5

470

hars + kwartsmeel

2,0

0,3

1000

mica buis

2,7

0.2

850

polyurethaan

1,2

0,31

materiaal

isolatie

0,25

2

lucht (1 ata 40 ·C)

0,0011

0,025

1010

water (1 ata 40 "C)

0,9920

0,600

4180

olie (1 ata 40 'C)

0,8800

0,130

2000

Bijlage 7. Wannteoverdrachtscoefficienten van veel gebruikte materialen materiaal 1

materiaal2

ex

W/m2·C isolatie

wikkeling (d=1,7 mm)

125

nomex

wikkeling

150

blik

huis (normaal)

800

blik

huis (zeer goed)

10000

metaal

lucht (u =5 m/s)

60

metaal

lucht (u=10 m/s)

100

metaal

lucht (u = 15 m/s)

130

metaal

lucht (u =20 m/s)

160

metaal

lucht (u =25 m/s)

190

metaal

lucht (u =30 m/s)

215

Bijlage 8. Benarningen van elementen voorkomend in figuur 3.2. Onderdeel

Q

Rth.~

R tho

C

J

'C/W

'C/W

JrC

1

koellucht

2

koelrib/koellucht koelvinnen

3

24

statorhuis

4

25

5

statorblikpakket/huis statorblikpakket

Q1j

6a,6b

26

statortand

01t

7a,7b

27 8a,8b

luchtspleet rotorblikpakket

9

blikpakket in de omgeving van de beide rotorstaven

10

28

11

rotorstaaf/rotorblikpakket rotorstaaf

02ga,02gb

12

29

kortsluitringen

02ra,02rb

13

30 14

kortsluitringen/binnenlucht binnenlucht spoelkopruimte

15

statorwikkelingen/-pakket

16

statorwikkelingen

Qlg

17

31

statorspoelkoppen

Qlk

18

32

statorspoelkop/ spoelkopruimte binnenlucht

19

huis/koellucht

20

lagerschild/koellucht

21

spoelkopruimte binnenlucht/lagerschild

22

H8EMAP N.V.

~.1.Q...1.9.5.1

H

Ald.--X"

BEPROEVINGSRAPPORT Type ~...~.~~_...._..

leatftl _" ----2. Dre&1ltropenQna No: •... .s.s201~

N.:_.._.

a..

.....

.:lJ'.

N. --~~.•-.._...Caple _ :

..

No:.__ -'l.5-'L__.

kWI~ _..UL~' _....... V :2~CV}8.Q. A :'9/;l~.' ea." :_0:.a-."'"----4 0.",,.,.: ._14M!- ec:Mk/II:--_ - BP:. .._ ·/. tk:.-..ilL__ J,Ib.:..-. 4DL._ _. .__ . . ._ V : 246.- A:-28_

De w1llelsege.,.u 1'&11 4e•• u.ah1J2ea s1~' StaUra 48 gleuTell1 ~zll ValleiVi1eut. clraac1~t1q 2%1.7/1.82 tonaex en 1.X1..'11.72 toruz. aer1••ohaJr.el1D&. .

!!!!!!: , l).

,6

11euTeIl, 4zl0 4ra4eD/Il'ut, 4raac1afa. 1.4%/1,51 tor.u •

•• r1e.o~11Dl Iter.

naultahn

4, .eUllien

T&Jl

aach. DO. 55204' Y,rr1oht a1Jn.

&an

1 ••"r1tapc1s&et1pg'

_,.ntand per t ..1 gam1c1de14 O.213·Qha ,0,2" 0':.

Stator

Rotor

0Ili. tellP.1 20,5

2.

J!lllla.b.t~MI

tni T I ,.

-"

~§

I

t!A2

~Ol'hlu1"'l1p&'

5. !e.ll,ratuu1'IIIeUy. 1'. .,plratuurtotDaMll na

kcmUnu 101" bela.UIlS b1J lO~ Ipanid!l&1

fh,raometermet1!li Stat°icbl1k

n

6. HOOB8pann1ng8RJ'ott.

i

Gec1urenc1e 1 a1nuut. 2000 Volt, 50 'er., faaen aan a~d•• -2Get.

CS

._11_

129/10

Ga.Ur; j.,.-t--J/

'Y 7~

Bijlllea:

Onl.

Bat

DO. :

_

51.",1.".6.C2....-._0pcIr. _ : ~.~~.,~ .•. ~~.Q.,.~

121.52.

. .

HEEMAP N.V.

.... _

H

Aid. No

BEPROEVINGSRAPPORT Betreft:

__

_

__

No:

. kW/pJr./kVA:

eo.- UII:

Type: ..

Ber. No:

eo. ",:

A:

0...,1••:·..·· .

01.

BP:

RotatlShuat V: .

Ultv.L.... _._.....

----1

Hz :_

.

.

A:

.

-2.Ji ~l~, en: roe~evoe~~

zijn een

null~Btkromme

renQe~entskromme

cos" kromme ...-n lu'oClllle

-f Get.

Gez.

-nB;~",·,

Order

110. :

Beelemd voor

I.:.l'r. no. 2879 •.rr. no. 2879 ;" •.ir. nO. 2879 .1.. no. 276j ~

__._

Opdr.

IlO:

TYI'" NI(560-~ Ma~. No. '1: .. 4':il..O'lS V·I!.I!r'.J80 A Jo/U.,. Ber No. S1530 I. Wpk:SS!l ",/'5 ,:')'- j O.I1~ Hz 3"0 omw.min '~'IO n.F Roc, V~"6 A t¥ UiLv. c/;'41o' ~

fo

~

B

6

6

l(

~

z.

z

0

Q

'ot)

JOo

zoo

hid ..

MolPr. 2.979

~oo

O·fOWs'f 1.'(

q

Z:!l

J

l.l.

2-

Z1 10

°9 0

o,~o

IJ.10

Volt

320

KW riO ClI

1

!f OB

tal

c!

Jo

10

l.~

I

0./

~

0,6

I

0;1

(1

Ii 20

O.-Y ;

6

"

fS

O,J

.;

2.

fo

o:J.l.

1..

o

S' 0

0t-c::::I~

....._ _..L

J....

.....L---r

o

.........L-_

10

.;JI·.I~:·i,\I· .... . 1~"7.~ _...' . ;\':;:{j fll·,I\\~J·.:

I)

..-,-_._-

~~

_._ .:_.. ~--_. _.__ .!

{~r:f

.r,- 1-fIG~

(' .. [":"l':I"'(

at. q ;..:... .", SZ 'I'.. !' T.H.S. /:·.:,.,o'f,...,e".

-

_-

_..

I

,

1,-00

30('

i"o -. --__- - - - - - !r .

~----

100

lEROY ~ UOTEURS LEROY. SOMER C'r'\1'" rD ~ ..

!E -

~\JIYU:I'

1IlUlSLl

1Ia..· tI_1IiUIU

IPROCES VERBAL D'ESSAIS ELECfRIQUES I· TEST RESULT CIIent/~

!Code.~1ecl

CotNnInde ''''''

CEJ

Namw IIlMIdMI

Strte W I NtitI/ ,.. CATALOGUE g. ",. . .1I rest N, : E18~C6~2

DA09~

leI«:l.CDde :

MOTEUR

_

UOTOR

T~pe , ft1wne

LS 160M 4P 11,okW 50 400

• Polar'" 1 p01Mity : Pulsunc:. I poww : Fr6quJ ffllquetq (Hz) : [ Tension ~0IglI(Y):

L~!~I.!9n I~-,:,-_...:1P5~5

PLAQUE Rendernenl 1 . . ('%): Vlte_'!pHd(min-l):

CAGE ASL

Service I duty ..... ''Migllt AmbIance 111mb.

S1 8Skg

_~ ~~E

NAME PLATE 87,8 14SOm1n-1

ESSAI O'ECHAUFFEMENT 0,79070

SteiDl'. froid f cold: 51a\DI'. ct\aUd 1 hclt:

Type ....CIf 1rotor fof.- 1 mounting

0,9911Q

4Q°C

__ : __ ---:F~_ 0,85

21,3A

1n(400V):

TEMPERATURE RISE TEST 17,3·C o\T S&alor .: 13,o·C • Pa

70,1K 13,OkW

i1:

ESSAIS EN CHARGE

1

400V

TESTS ON LOAD

m .N U (V) I (A) Pa(kW) N (min-1) Q ('Y.) Pu r kWl Tl ('I.) CosCP 0,112 0,00 0,69 1500 vide .. '. __ . ....Q.~~_ . ._.'>.!C>2.... ..... _.- _._~.~Q ... L.~ ..... .._..8,L.... .. ..... ... ....... . _.. _......._.. -.. _. ..... 0,523 2,75 79.50 0.92 1/4 17,7 1486 400 9,6 .... .......... _ ..... .. 3,~ .... ..... . .... . ...... .. . .. .. ... .... ... 6,41 ._. 1474 1.75 214 .~,83 ..... P!~..... ._~,~ .... 400 . .... .12.6 .. .. 2,45 8.25 9,43 1463 3/4 16,5 400 .8!.!~ .... Q.,82!.. .. _~~ ... ....... ..... 1449 21,1 .... !.;~~ 414 400 111)0..... ..~!!~~ ... ..~.~ ....... ,.,~,~,~ .. ... ~,5 ... ._.•••.••._.w....... 0,879 85,99 4,44 13,75 16,00 1433 400 26,3 91,6 5/4 "

"

. . . s..5().....

..

MoILRT ...,BOT

..

TORQUE TESTS

ESSAIS DE COUPLES ""FLT

_

= =

72,5m.N 161,om.N 179,7m.N

MIlo'MM , LRTIFl T .. 2,22

Eaaal de aurvlte_1 OllfllSP"d I.., : £au i dWIeclrIqueI diM«:lric ,."

Eual "'1so1emen11 ~ /at &sal de suNMiDn 1Oil.,

lIOIt. :

Date ct Vis. dCI Contr6leUD ; Leroy-Somer :

... FlC to I LRC ".1

........ , BOTlFl T

=

BO spHd

= = =

2,48

1800 U/mn pendanl120. MotMMis) N ' types c:HSaQus _ 2000 V pendant 60s ~100 MO_5OIN AIoIDt(s} N •

480

vpe.-nt 120s

lYO ROO2 • Revision 0 du 04/11/92· Chapitre 12

125Omln-1 IDtINILRClFLC

= s,n

c:onforme(s) SUI: nJeurs lolefanCes sulva"t eEl 34-1. comply willi I/botIe l)J»-

Int resub· T ~ aa:orrIing 10 IEC :u.,.

CUcnt/aJSUmer.

29 ott. 1993

21,lA 121,6A

•

~Iiiil~iiilililil!iiliiiil"iiiiiiiiiiiiii ____driduc6en -..~eration

..

Penn1aslble starting t1ma and

locked rotor time

The *'1ing _ alculaled using .... ChatI on Ihe pnMOUS peoe _ remain

"IOIm'S

!!

20 -r---....,....---~-.......,I-;-

Wllllln lPle IImiIs opjlO5l" on c:onclition tIlaI .... number 01 stans IllIt' 00.. IS 6 or leas.

-_--...._-... - .... • _ml

Three successiYe cold SlIIrts aIld Iwo

~

SIar1lI_~.

....

.~

• .t.. :?::..:': ".4:;,r'~

~.. ;~,~,.'~

..

!

.,,5

","'>t; J :';~f' /~;~~r', : ......... ·te-i-li! '··.,va

~'-"';;.'

..-f"-

"',

J

2 ....

...•

~.,)

10

"',' ,... 4poM·.

:~j

......

...;,.~

--.~

15

"',d

'~!.~ ~j ~'.

.. to

I

•

~; .......:~:.,

::-';~"""'~::-T•.• t'lr._~ . ."I!;,'- " ' d

10

:l.5

15

II

20

LSIO

6

3

12

I

16

.' ·"':-·1iS~':;':.-~1 ) 'nne"

6

3

9

S

1.

LSl00

..:-, ',.~!!,r:! LSl32 - .. ·lS1al>'"' .) 4

LSllO

• •

. 1"""'-.,

J' lS~-:,~>.,j LSW

'Z,;t:,#; .':,. J ...

LS2IO

, .....tS31~ . .. .,:'. '

-

.:03 ..•

1 1

,

"

11

8

18

9

e

30

11

5

2.5

8

4

20

1

30

11

5

2.5

5

2.5

11

5

25

e

5

2.5

5

2.5

e

4

20

5

9

3

1S

5

20

II

25

10

10

35

15

5

20

8

2S

10

12

4

15

5

20

8

25

10 10

12

4

16

5

20

6

2S

13

4.5

17

II

20

8

25

10

15

5

18

6

20

8

2S

10

15

5

18

II

20

8

2!l

10

!E

Type ,tratn.: PoIarl16 ,pQlanty. Puluance , ~

lEROY@MOTEURSLEROYSOIiER

..... CD S'-AVlCI' ~

~"1WCSLf. .~·'U:IO"1C5lE

4P 11,okW

fftciu. , #twqUMCy:

~

~ ~ ~ ~

Evolution de fa v1tesse • dU COl cp •du rendement et de I'lntenslt' en fondon de Ia charge

50Hz

T~'1IObg«

380V

Service ,tIfiy: NlIInMo , nurnbet:

51 E18 C62

Speed.power foctor.9fffcJency orta current Ct.fY8$ vetSUS lOad

,

I,

,

I ;

I

,I

!

4/4

514

Evolution du couple/couple nominal et de I'lntensite en 'onction de fa vltesse

~

ii

tc

Torque and cu"ent culVes vetSus speed

~

U

Couple C/o. -

-

tbrOjJL TIFLT

3

Courant ClUTtlll

120

2.7

i

,

2,4 I

I

2.1

------- ------

i

96

:

:

I

1.5

I

:

12

, ;

0.9

!

0.6

,

!

i

;

212

,

o

ISO

300

450

600

170 R002· Revision 0 du 04/11/92· Chapltre 12

7SO

i\

i

, I

i

"{

!"""'\\ I

0.3

0

108

i

. : : _~'

,

1.8

·.

;

i

I

900

1050

1200

84

I I

I i

72 60

i

l\ \ , \\ \\ 12 I

36

I

I

1350

"

o

1500

(min· 1

L

t" ,;;;'

/;~} /~ I"

!. ..

Bijlage 13 {SF+,N +,B-,I-,R-,S-,V-} {initialisatie van Turbopascal 6.0} { --------------------------------------------------------------------------------------------------------- } {Naam: Thco Smits} {Idnr: 351717} {Afstudeerproject: intelligente motorbeveiligingsscbakelaars} {Programmanaam: temp.pas} {Datum: 01-04-1994} {Omschrijving: Programma voor bet inlezen van spanningen welke aan de ingang van een analoog-digitaal-convertor worden aangebodcn. Dc door dit programma gemaakte datafue wordt in het pc programma Matlab omgewerkt tot temperatuurcurven (De spanningen stellen temperaturen voor.) Een lo-tal analoge ingangen (kanaal 0 tIm 9) wordt sequentiel afgetast met een tussentijd welke instelbaar is. Het aantal keren dat deze ingangen worden afgetast is eveneens instelbaar} { ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- } program temp; {In dit gedeelte van bet programma worden de declaraties aangemaakt welke in bet resterende deel van bet programma gebruikt worden}

uses const

Dos,Crt; matrix1 = 2500; matrix2 = 10;

var

numbersamplesl,numbersamples2 deltaTl,delta1'2 dummyl, countl,count2,count3,count4 countS,count6,count7,count8 count9,countlO meetarray f fllenaam

{Declaratie van de meetmatrix waarin aIle} {te meten signalen worden opgeslagen} :integer; :integer; :integer; :integer; :integer; :integer; :array[1..matrixl,I..(matrix2+ 1)] of integer; :text; :string (12];

{$I TP4INCL} {Deze file bcvat aIle communicatieprocedures} {---------------------------------------------------------------------------------------------------------- } procedure initialise; {In deze procedure wordt de AID-convertor geinitialiseerd} begin ClrScr; lnitlabmaster;

{Het scboonvegen van bet scberm} {Het initialiseren van de AID-convertor}

end; {----------------------------------------------------------------------------------_._--------------------- } procedure scboonmaken; {Deze procedure veegt de matrix leeg waarin later de meetresulaten worden opgeslagen} begin for cooot6: = 1 to matrixl do begin for count7:= 1 to (matrix2+ 1) do begin meetarray[count6,count7]: =0; end; end; end;

{ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- }

Procedure frequentie; {In deze procedure worden de tijden welke tussen het bemonsteren } {liggen ingelezen} begin writeln('om de boeveel milliseconden wilt u in bet begin per kanaal meten'); write ('dit is bij de kleine tijdconstante '); readln (deltaTl); writeln; writeln('om de boeveel milliseconden wilt u na bet begin per kanaal meten'); write ('dit is de grootte tijdconstante '); readln (deltaTI); clrscr; end;

{--------------------------------------------------------------------------------------------------------- } procedure ADl; { In deze procedure wordt de AID conversie gepleegd die hoort bij de eerste bemonsteringsfrequentie } begin for count3: = 1 to (matrix2) do begin dummy1:=readad«count3-l),O); {reden: je moet twee maal Jezen wi) je eeo} {verandering goed opslaan} meetarrayfcount l,count3]: = (readad((count3-1),0»; end; end;

{---------------------------------------------------------------------------------------------------------- }

procedure AD2; { In deze procedure wordt de AID conversie gepleegd die hoort bij de tweede bemonsteringsfrequentie } begin for count4:=1 to (matrix2) do begin dummy1: = readad((count4-1),0); meetarrayf(numbersamplesl + count2),count4]: = (readad« count4-1),O»; end; end;

{---------------------------------------------------------------------------------------------------------- } procedure uitlees; { In deze procedure wordt de via de AID conversie verkregen meetarray naar het scherm gestuurd}

begin

clrscr; for count8:=l to (numbersamplesl+numbersampJes2) do begin for countS: = 1 to (matrix2 + l) do begin write(meetarrayfcount8,count5]); write(' '); end; writeln; end; end;

{-------------------------------------------------------------------------------------------.------------ } procedure sample;

{ In deze procedure wordt ingegeven hoeveel meetsamples er bij rowel de lage bemonsteringsfrequentie alsook bij de hoge bemonsterings gewenst zijn. A1smede wordt de fIlenaam aangemaakt waarin de meetgegevens worden opgeslagen} begin writeln('Hoeveel samples wilt u in het begin per kanaaI meten'); write ('dit is ter bepaling van de k1eine tijdconstante: '); readln (numbersamples1); writeln; writeln('Hoevccl samples wilt u na het begin per kanaal meten'); write ('dit is ter bepaling van de grootte tijdconstante: '); readln (numbersamples2); writeln; clrscr; writeln('Hoe heet de fIlenaam die u wilt aanmaken'); readln(fJJenaam); end; { ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- } procedure opslaan; { In deze procedure wordt de gehele meetarray naar een fIle geschrevcn} begin assign(f,fUenaam); rewrite(f); for count9: = 1 to (numbersamples1 + numbcrsamples2) do begin for countlo: =1 to (matrix2+ 1) do begin write(f,meetarrayfcount9,count10]); write(f,' '); end; writeln(f); end; c1ose(f); end;

{---------------------------------------------------------------------------------------------------------- } { MAIN PROGRAM } begin initialise; writeln ('Oruk op S voor start...'); repeat until readKey = 'S'; ClrSer; schoonmaken; frequentie; sample; count1:=O; for countl: = 1 to numbersamples1 do begin Oelay(deltaTl); AD1; meetarray [countl,11]: = (countl); end; count2:=O; for count2: = 1 to numbersamples2 do begin

Delay(delta1'2); AD2; meetarray [(numbersamplesl + count2), 11]; = numbersamplesl) + (count2»;

«

end; uitlees; opslaan; end.

Bijlage 14 Student: Datum: Programma naam: Afstucleeropdracht: meting:

Theo Smits ~2-1994

proef30.m Intelligente motorbevelligingen 1e machine

%Gebruikers handleiding. Eerst de naam van de meetfile invoeren via <Search en Replace>. Daama Samples1, Samples2, T1 en T2 conform het meetprogramma Invoeren.

c1g; clear; numbersamples1 =500; % AantaJ gemeten samples (tussentijd kort) numbersamples2 = 1500; % Aantal gemeten samples (tussentijd lang) deltan = 1; % Sample interval tijd (kort) deltaT2=4; % Sample Interval tijd Oang) Totsamp=numbersamples1 +numbersamples2; % Totaal aantal samples measuringti~e= «numbersamples1 *deltaT1 ) + (numbersamples2*deltaT2)); c1 pt1 00 = -5.802E-07; % Pt100 constante (IEC-norm) c2pt1 00 = 3.90802E-03; % Pt100 constante (IRC-norm) bitspanning = 7.498/1532; % Spanningsnivo per bit const1 =0.341097529; % Constante afk. uit de meetschakellng offset = 2; % Offset van de A/D convertor load proef30.dat;

% Het Inladen van de meetfile

% procedure voor het omrekenen van de ascii meetwaarden naar de bijbehorende tijd. for count1 = 1:numbersamples1 proef30(count1,11) = proef30(count1,11 )*deltaT1; end; for count2= (numbersamples1 + 1):(Totsamp) proef30(count2.11) = (numbersamples1 *deltaT1) + «count2-numbersamples1 )*deltaT2); end; % procedure voor het omrekenen van de ascii meetwaarden naar de bijbehorende spanningen. for count3=1:10; for count4= 1:(Totsamp); ·proef30(count4,count3) = (proef30(count4,count3) + offset)*bitspanning; end; end; % procedure voor het omrekenen van de spanning naar de temperatuur for countS = 1:9; for count6= 1:(Totsamp); proef30(count6,count5) = ((((proef30(count6,countS)/470)4E-03)/const1) +.1 )/001; C= (1-(proef30(count6,count5)/1 00)); proef30(count6,count5) = (-c2pt100 + sqrt«c2pt1 00."2)-(4*c1 pt1 OO*C)))/(2*c1 pt1oo); end; end;

% procedure voor het berekenen van de gemlddelde temperatuur van de % statorwlkkeling aan het begin van de meting. Tevens wordt de hierbij % behorende spanning uitgerekend. (via mlddeling van de eerste meetwaarden) meann = (proef30(1.1) + proef30(1,2) + proef30(1,3))/3; dummy4(1,1) = meanT1 ;dummy5(1,1) = meanT1 ;meanT(1 ,1) = meann ; dummy3 = O;dummy2 = 0; for count7=1:10

dummy3 = proef30(count7, 10); dummy2= dummy3 + dummy2; end; meanU1 =dummy2/10;

% procedure voor het berekenen van de gemiddelde statorwikkelingstemperatuur % gedurende de gehele meting. for count8=2:(Totsamp); dummy4(count8,l) = (proef30(count8,10)-meanU1)/meanU1; dummy5(countB,l) =dummy4(countB,1)*(235+ meanT1); meanT(count8,l) =dummy5(count8,l) + meanTl; end; % nu begint de eerste plot; delete p1otl.met; axls([O measurlngtime 15 SO)); plot(proef30(:,11),proef30(:,l»; titJe(Temperatuurver1oop van de statorspoelkop n.a.2. (sensor 1)'); x1abel('tijd [s]'); y1abel('temperatuur [C]'); grid; pause; meta plotl.met; % nu begint de tweede plot delete p1ot2.met; p1ot(proef30(:,ll ),proef30(:,2»; title('Temperatuurver1oop van de statorspoelkop n.a.2. (sensor 2)'); x1abel('tijd [s]'); y1abel('temperatuur [C]'); grid; pause; meta p1ot2.met; % nu begint de derde plot delete p1ot3.met; plot(proef30(:,ll ),proef30(:,3»; titJe('Temperatuurver100p van de statorspoel in de gleuf (sensor 3)'); x1abel('tljd [s]'); y1abel('temperatuur [C]'); grid; pause; meta p1ot3.met; % nu beglnt de vlerde plot delete p1ot4.met; p1ot(proef30(:,11),proef30(:,4»; titJe('Temperatuurver1oop van de statorspoelln de gleuf (sensor 4)'); x1abel('tijd [s]'); y1abel('temperatuur [C]'); grid; pause; meta plot4.met;

% nu begint de vijfde plot delete p1otS.met; p1ot(proef30(:,11),proef30(:,5»; titJe('Temperatuurver1oop van de statorspoel in de gleuf (sensor 5)');

x1abel('tljd [s]'); y1abel ('temperatuur grid; pause; meta plotS.met;

[C)');

% nu begint de zesde plot delete p1ot6.met; p1ot(proef30(:,11 ),proef30(:,6»; titJe(Temperatuurverfoop van de statorspoelkop a.z (sensor 6)'); x1abel('tijd [s]'); y1abel('temperatuur [C]'); grid; pause; meta p1ot6.met; % nu begint de zevende plot delete p1ot7.met; p1ot(proef30(:,ll ),proef30(:,7»; titJe(Temperatuurverloop van de statorspoelkop a.z (sensor 7)'); x1abel('tljd [s]'); y1abel('temperatuur [C]'); grid; pause; meta p1ot7.met;

% nu begint de achste plot delete plot8.met; p1ot(proef30(:,ll ),proef30(:,8»; titJe(Temperatuurverloop op het statorblikpakket (sensor 8)'); x1abel('tijd [s]'); y1abel('temperatuur [Cn; grid; pause; meta plot8.met; % nu begint de negende plot delete plot9.met; plot(proef30(:,11 ),proef30(:,9»; titJe('Temperatuurverloop van de omgeving (sensor 9)'); x1abel('tijd [s]'); y1abel('temperatuur [C]'); grid; pause; meta p1ot9.met; % nu beglnt de tiende plot delete p1otl0.met; plot(proef30«1 :2:{Totsamp»,11),meanT«1 :2: (Totsamp» ,1»; titJe('gemiddeld temperatuurverloop van de statorwikkelingen (sensor 10)'); x1abel('tijd [s]'); y1abel('temperatuur [C]'); grid; pause; meta p1otl0.met;

clear dummyl ; clear dummy2;

clear dummy3; clear dummy4; clear dummy5; clear dummy7; clear count1 ; clear count2; clear count3; clear count4; clear countS; clear count6; clear count7; clear count8; clear count9; clear count10; clear count11; save temp30_1 ;

De statorspoelkop-temperatuur gemeten in nominaal bedrijf van de open machine (sensor 1), De sensor is niet in de luwte van de - aan de nietaandrijfzijde bevindende - sta torspoelkop geplaa tst, 5 0 . . . . - - - - -..........- - - - - . . . . . - - - - - - - - - . - - - - - - . . . . . - - - - - - - - - . - - - - - - . , . . - - - - - ,

,---, U

45 _

L-J

40 _

o

~

35 _

~

30

;:::j

~

~

~

~

•

•

~ ; . . . . ~

. f-

~

4

:

j

;

.

'

~

~

;

•

•

•

•

j ~ . . ' ~

. .

_

~

-

~

~

~

~

-

j ' '

:

. :

:

:

:

2000

3000

4000

5000

eooo

.

.

:

1000

-

~

.

~

~ •

~ :: ~::.i.""""":::::::::":::::.1": : : : : : : : : : T:::::: : ::::::::::: r:.: : : : ":::::::::L::::::::::::::'::" r:::::::: o

Tijd

[sJ

De statorspoelkop-temperatuur gemeten in nominaal bedrijf van de open machine (sensor 2), De sensor is in de luwte van de - aan de niet-aandrijfzijde bevindende - statorspoelkop geplaatst,

r-------------,.......-------.------.--------....,......------.----, .. .. 45 fj ~ ~ " ,~ ,.~ , ,., ., ; ~o

:

40

f-

.:55 f-

~

~

:

: :

j ~ . . . .

"

i

j ..

_

; .

·1·

_

~

, ,

. : ~ , .i . . . ~

,

-

~ .

:: ~:::.:::::::.:::::::::::.::::L::::::::::::::::.:: :1:::::::::: :.:::::::::1::::::::::::::::::::::::::: ::::~ 20 1

~

~

_._

'----

o

'----

1000

2000

----l'----

4000

3000

Tijd

[s]

,. ----"_ _

~ooo

6000

~

De temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel gemeten in nominaal bedrijf van de open machine (sensor 3). ~o

r-I

U L-...J

4~

•

"

·

•••••••••

•

'0

•••

"

. ' . . ' . ' ' .:.

•••••••••••••••••••••

.

~

::5~

·

~

::50

..........j

2~

· .................... ~

20

·

~

~ ~

ill

p...

8

ill

~

1~

0

:

••••••••••••••••••••••

•

•

0

0:0

: : ; i

·· · 1000

2000

' . . ' . ' ' . . . .

••••••••••••

~

.

j' .. .

~

,° 0

'

,.............. .

40

~

;::j ;::j

;

'

~

: ~

:

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • : • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • :.

.,

•••••••

t .

. : .

; i

, 'r-'

"

j : ~

~

-..:

: :.

+

: ~

~

: ~

: : : : ~ ; ~ ~ .. . ::5000

Tijd [s]

4000

~ooo

eooo

.

. .

.

De temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel gemeten in nominaal bedrijf van de open machine (sensor 4). so ,-,

.

U L-...J

••••••••••••• 10

4S

·

°:·

:

. . .

· .....................,............

40

~

;::j ;::j

....., ~

~

30

•••0

Poi 25

••

OJ

b

' ' '

...).

•••••••••••0

;

·~·······················r·········

_

i,

+

·· ·

•••••••••••••••••••••

............... ......r

20

·

,~

0

~

: :

· ··:

•••••• :••••••••••••••••••••••

•••••• ;

~

T····· _

.................... j

3S

Q)

S

. '. . . . . . ...•••••.• : •••.•.•••.•.••••.•••••:'0 •••.•••••••••••••• - •• •.••••••• . ' . . ' . . ' . . . .

0••••••...•.. 0....

1000

"

• • • • • • • • • •o

i

j' .

2000

. ~

••••••••••••

:

:. ~

-

' ~

:

:,

• •

~

•••••••••

~

.

:.

.

. ' . . . ...

:."

~

.

'

3000

Tijd

:

.:

.. :

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •• : • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • _

:

.

~

.... 000

[s]

~ooo

eooo

De tempera tu ur van een in een sta torgleuf gelegen spoel gemeten in nominaal bedrijf van de open machine (sensor 5).

u

::C.~. ~. ~. ~. ~. ~. .~. ~. J.::[.~. .~.~.~. ~. ~.~. ~. ~. .~':["..~~. ~. ~. .~.~. ~. ~.=C..:.:.:.~. ~. ~. ;.;.~. ~. t:.~. ~. ~. ~. .~.~. ~. ~. ~. ~. F . .. . ~. ~. ~. ~. ~. ~. ~. ~. ~. ~. .~~~J ;

L-...J

40

~

.

'

. '~ ,............ .

i'

. .

f

.......

~ .

··

......... ... .. .. ..~ ..

1000

t· -

i·

_

·1·

~

:

. :

_

i

. 0:

2000

;

' '

~

············· .. ······t·····················~···········

o

~

.~ ... f"

~

;

·

1~

~

. '

.

20

f:. . . . . . .

. . . : . . "

~

_

3000

Tijd [s]

:

4000

~

;

'1" ~ .

.. ~ .. .

'.'"

.

. .

····~·······················t·········

~ooo

eooo

De statorspoelkop-temperatuur gemeten in nominaal bedrijf van de open machine (sensor 6). De sensor is niet in de luwte van de - aan de aandrijfzijde bevindende - statorspoelkop geplaatst. SO r-------r-----~-----...--------r-----~----____,r___-__, ~

45

· . ~

40

···

:3~

~

. '

.

~

... . .. : .

_

;

~

20

.

: :

;

'

········~·

············· ..

o

1000

2000

:3000

Tijd

_.. ~

.

. ... _. "0"·········

j ••••••••••••

~

25

~

..

: : .... ······.. ·;···· ·.. ·····.. ·····r······..···.. ···..····.. ······r·········..· i.. ··· .. ········· .. ·····r·····.. ··········..·· 'j'" ······r············ j·········.. ············r····················· ~

:30

1~

~

'

4000

[s]

. . _.•: . ' : : j _..~ ~

·i.. ··· .. ········ .. ··· _. ~ ~ooo

.

.

t.. · · . ·

-··r········· &000

De statorspoelkop-temperatuur gemeten in nominaal bedrijf van de open machine (sensor 7), De sensor is in de 1u wte van de - aan de nietaandrijfzijde bevindende - sta torspoelkop geplaa tst, so ,----,

.....................r

45

U L-..l

~

~

40

......... o

3~

...... 0

~

,

C"0

30

0

0

• •'

..

... :

.. . .

Q)

El Q) ~

0

'j'

••••• '.

0

j..

••• 0

0

0

••••• '

0

•••

0

0

0

•••

••• 0

0

.~

••••

o' _."

0"

0.' •• 0

+ _

0"

0

0"

~

000

o'

;00

0

0

0"

0

0' •••• 0

0

0"

••••••••• 0

0"

,~

..

,~,

00'

0

o'

0

0

•••• 0

0

0

0

••• 0

• • • • 0"

-

0

or o' o' o' 0

0

0

o'

0 " 0.00

•• •• 0

•••••••

':'

. ~l·~;;;;~t·===~=~~~~~t~~~~==:J '

~

Pi

,

0.00000.

•

0

;:j

-+-'>

,..

............................... ~

2~

:

. ...................·f······

20 1~

0

1000

0.....

~

•

~

i

: 2000

0

_

0

:

0

......................

_

•

;

•

•••••••••

~

!

~

:

: : . '

0

~o

: :.'

:

~

3000

4000

~ooo

[s]

•••••• _

~

: : :

+

Tijd

'

~

.

:-

.

.:

.

.. ..

+ &000

De statorbliktemperatuur gemeten in nominaal bedriJf van de open machine (sensor 8), De sensor is op de buitenkant van het sta torblikpakket geplaa tst so ,-,

.

U L-----.J

~

~~

+-:>

:

~o

. . . '· ~ . ' . : .

~

OJ P-i

S

25

4

4

.................... ;

20 1~

0

1000

••

• •:

••

4

•••••••••••••

,

•••••

;

••••••

.

~

:.

.

.. .: : : . . ' . . "

.

:.

_

. "~ ~

•••••••••••••••

•

••••••••••••••••••••

••••••••••••••••••••••

~

•••••••••

. ' . •

!

4

~ooo

Tijd

..

..

·· .. : : . ' 2000

. ..' .. '. . ' . . . ' . . .

. : .

'

~

.

"

;

'

•••••••••••

Q)

b

.

'

··· ·:

.

• ••••••••••••.•••••••• ~

~.

'.'

~

;:::::l

C\S

~ .••••••.•••••••••••••• ~

..................... '·: . . . .. . . .. . . . .. .. . . . . . .:.. . . . .................... , ..... ..... ....' . : : ·

40

.

~

. . •••..••••••..••...•••. . • • • • • • • • • • • • • • • • .. ..

.................... i

45

[s]

••••

~

..

••

4

•••••••

4

•

•

: :

••••••••••

~

..

••••••••••••••••••••

:

.:

4000

~ooo

.. :

•• :

•••••••••

eooo

Ret temperatuurverloop van de omgeving gemeten bij de open machine (sensor 9). De sensor is in een blokje messing geplaatst en random voorzien van warmtegeleidende pasta 50 ~-----.------,......------.....-----,......------r------"""'---, 45

~

1- .....•.............. ;

. .

40

1-

j

;

:

30 1-

L

~ ...•...•....•.........~

. :

~

~

+

~

:

;

. : .

~ ......•............... ~ :

-

"'~ ..-

~ ...........•.......•..~....••....:

~

~

-

20 _ ..•....•••..•••••••. : ....•..•••••••.•..... ~.••••..••.••..•.•..•.. : ......•..•......•....

+

j

\

-

15 L...-

.&..-

I-

.

.

.

o

--'-

1000

~ ' .

~

~

. . ' . ~ ~

~

25

~

j

: :

35 1- ............•....... ~ ............•........

.

~

;

'

'

i

. " . '

'

'O"-

2000

3000

Tijd

4000

[s]

--'-

5000

.&..-_-.I

eooo

De gemiddelde statorwikkelingstemperatuur gemeten in nominaal bedrijf bij de open machine

__-----r__-------__,

SOr-------------r-----~-----

.

............................. i

45

:

.................... !

.

40

... . . . .. . . . .. . . ..

. . . .. . . . .

... :

30

'

· . · ":" :

:

. ' . .. " . · .............t ~

25

....................[

'1'

. . "

20 1~

~

o

'000

2000

. !

:

:

.

~

. ... . :

~

:

:

.

'r ..,

~

. .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ".0

.

:

°:°

: : ;

-

3000

Tijd

. ···

~

................................... •• :

[s]

..

.

:

. . ' . . . .. . .. . '

~ ~

.

.

: ".".....~

'

'f

'1'

'r' '.f

4000

5000

eooo

De temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel gemeten in nominaal bedrijf van de gesloten m.achine (sensor 1) 120 ,---,

U

.......................... . :0 ··· ·.

100

·

L.......J

~

.............. ;

eo

C\S ill

., T'"

P-. 40

ill

. ; ; : ~ .. L--~'---T' . " . . . .

.

":'" ··· ..

; ~

............................ ~ 0

;

1000

;.. "

""

j

"

: ~

" ""

r······....: - ("

"! ~

. ." " . .

~

:

~

2000

3000

4000

~ooo

Tijd

[sJ

j

"

""

;

.

~

~

.

~

~

:

:

~

---r-----:~

. . " . ' . ' . . .' "

.~

""

.

·· .. ····i········

~

. . . ." "

~ 20

__

. . "

.............. " "" . :~

60

~

S

;..........

.

;:::j ;:::j

-+-->

:

.

.

' .

T········.. -..,r····· .

~

:

6000

7000

"

"

.:

8000

.

De temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel gemeten in nominaal bedrijf van de gesloten machine (sensor 2). 120

r--1

U

100

.............. j

~

·

.

L--J

~

······· .. ·

eo

~ ~

+-'> ~

~···· ..········ .. ·t············

:

: '

j

j

.

..

.: :

..

:

............ ; : :

ESO

~

OJ Poi

S QJ

:

j

. . .. .

40

· -:0 : :

b

·

.............. ~

"

20 0

1000

! ;

:: ;

:

: :

.:

: 2000

. ~

3000

~

; .

·······1··..··· ··.. ·~· ..····· .

:

:

~

.

: : : '

: : :

. '

:

j

;

:

:

i

: : : :

. ' " ~

:

~OOO

4000

Tijd

[sJ

.

:

:

.

: : : :

~

eooo

. ' . '

:

7000

"

:

eooo

.

De temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel gemeten in nominaal bedrijf van de gesloten machine (sensor 3), 120

...............~ ~ . . · .

~

U

100

~

"

L-.J

~

;:J ;::l -'-"

C'0

·· ··

.. ..

eo

· ., .................................

60

............. ;

~

QJ

P-<

S

40

QJ

~

~

~

;

:..

:..

~

'~"""'"''''''''r'''''''''''''''

...

:

.

;

: : . . "

::

: .

'j'"

j

~

r···.. ···········r···..·····.. ..···..·······.. j

:

:

: ~

~

1000

2000

3000

4000

'

. . "

Tijd

····~

.

:

.

~

.." ~

: : :

[s]

~ :.

;

.............................

0

..:

~

..............:

~ 20

.

~

..

..

~

~

~

:

:

eooo

eooo

7000

8000

,

.

De statorspoelkop-temperatuur gemeten in nominaal bedrijf van de gesloten machine (sensor 4), De sensor is niet in de 1uwte van de - aan de niet-aandrijfzijde bevindende - statorspoelkop geplaatst. 120 ,---,

U

.

100

....................... •• : • • • • • • • • • • • • • • • • • :

~

'---..J

~

.............. .:. .. . . . . . . . .. . .

eo

:

;::j ;::j

~

ESO

T

40

............. (

~

(\S ~

GJ P-i

S ill

• • • • • • • • • • • • • • • • ; • • • • • • • • • • • • • • • • •0. • • •

~

:

:

: :

,

(

;

,

~

. '

.

i

:

:

~

• • • • 00"

:..

~ ··r········ :

. : :

"0 • • • • • • •

~

~

:

; :

: j .

~

:

~

·····i····..····

: .

j

~

.

:

~ ·······t·· .

"]"" .

~ 20

........................ :

0

a

1000

:

2000

~

~

~

~

.3000

4000

~ooo

eooo

Tijd

[s]

ea

:

:

7000

8000

.

De statorspoelkop-temperatuur gemeten in nominaal bedrijf van de gesloten machine (sensor 5), De sensor is in de 1uwte van de - aan de niet-aandrijfzijde bevindende - statorspoelkop geplaatst. 1 20

.....----,....----.,.......---...,.....----.----....,....---'"""T""""------,--------.------,

~

U

. .i . . ·· ..... ··· : ;...

100

......................... ... :

eo

;

a a •

.

..:

~

;

: .

:

:

:

;

;

~.

.~

. . "

~

~

~

~

~

j

i eooo

:

.

"

_. .. ; ; : :

60

40

.,

20

o

:

;

)

~

:

~

1000

2000

3000

: : ~

:-

4000

~ooo

Tijd

[s]

r 7000

.

~

.

..

~

.

)

.

~

:

: . eooo

De statorblikpakket-temperatuuf gemeten in nominaal bedrijf van de gesloten machine (sensor 6), De sensor is op de buitenkant van het statorblikpakket geplaatst,

. . . . .---...,.....---........_---.........__-__,

1 20 r------r-----~---......-----....----

........ :

,--,

U

100

o

!. .

T" .. . '"

L-..J

t , t

··············t············· .. ·;· .. ··········· .. j···· .. ···········~········ .. ·······~················f·········· .. ··· .

eo 60

:

..,

40

20

o

j..

;

•

~

~ •••.••••••••••••

::

::

T"

'!'.."

+

~

::

::

r ..

~

,

;.

~

~

..

:

~

.

T

'j' .

~

:

~

~

~

~

:

:

1000

2000

3000

4000

!5000

eooo

7000

8000

Tijd

[s]

.

De statorspoelkop-temperatuur gemeten in nominaal bedrijf van de gesloten machine (sensor 7), De sensor is niet in de luwte van de - aan de aandrijfzijde bevindende - statorspoelkop geplaatst, 1 2 0 , . . . . . . . . - - - , . . . . - - - - . . , . . . . - - - - . . . . . - - - - . . . . . - - - -........- - - . . . . , . . . . - - - . . . , . . . - - - - . . - - - - , ,---,

U

~

~

::

•.:

eo

............... ··,

.

eo

............. ,

,

.

~

~

·~

~

ill

Pi

S

: . : . :

: :

;::j ;::j ~

. · . · .., ,

a ............... ·,......................................... .

100

40

••

ill

:

• ••••••••••• _

:

.~

•

: .

a •••••••••••••• ,

............... :

20 0

1000

!

2000

:

:

:

~

~

' . ,

~

a a • • • • • • • • • • • • • ••• ,

~

: : : : :. . . . .

. .

.~ : : ..:

.

.

.

,

,

~

.~ :

•••••••••••••••• ,

:

.~

.

.~

:

:

..

:

: . .,: ., .

~

.~ : .

~

,

.~

. .

: .

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • a • • • • • • • • • • • • • • • • a, • • • • • • • • • • • • • • • • , • • • • • • •

:

.:

:

:

:

:

. : . :

3000

4000

5000

eooo

:

:

' .

Tijd

[s]

:

:

7000

eooo

.

De statorspoelkop-temperatuur gemeten in nominaal bedrijf van de gesloten machine (sensor 8), De sensor is in de 1uwte van de - aan de aandrijfzijde bevindende - statorspoelkop geplaatst, 1 2 0 , . . . . - - - - . . - - - - - - - . - - - - - . . . , - - - - - . . . , - - - - - . . . , - - - - . . . . . - - - -..........---.....,....-.....,

r----J

U

100

••••••••••

o L..-J

~

C\S

· ·

"'

•••••••••••••••••••••••••

eso

............. ·,

i.

40

.. .

· ·.-

!.

~

P-i

~

·

20

••••••••••••••• :

0

.

,

!

: :

b

••••••

.

°0 "

~.'

eo

ill

II

: .

i.

~

S ill

•••

· ...............,............

~ ~

+-'>

I

: : .

•••••••••••••••• ,

1000

.

••

~

.,

j

j

.

.

: .

••:

3000

I

. . . .. . . . . ~ ~ . ' . .~ : . . .

••••••••••

"

.

:

•••••••••••••••

2000

•••••••••••• 0

\"

••••••••

0:0

•••••••••••••

~

!.

. .

: : :: 4000

[s]

,

.,

.

:

:

.

.

~ooo

eooo

•••••••

"I •••••••

i.

"

I

10

~

,:

~

Tijd

••••••

,

~

.

1

~

I

••••••••

~ •••••••

~

.

~

~

~

~

:

:

.

.

7000

8000

.

.

. .

::

••••••••••••••• •••••••••••••••••••• :

.

Ret temperatuurverloop van de omgeving gemeten bij de gesloten machine (sensor 9). De sensor is in een blokje messing geplaatst en rondom voorzien van warmtegeleidende pasta, 120.....-----...-------.--------.------,.------,,...----r--l

U

•

1 00 _

;

o

:

L-J

:

eo _

.

•

; :

.

:

: :

.

:

20 _

o

:

.

:

:

~

.

~

~

:

:

~

~

. ~

;

:

:

!

:

1000

2000

3000

4000

~

~

\

:

:

~

•

:

~

eo _· .. ······· .. ···~······ .. ···· .. ··i········ .. ·······:·· .. ···· 40 _

•

.

:

~

~

~

;

---...,....----.--.....,

•

:

j

:

:

:

:

.

:

~

:

:

-

~

-

-

: . ~

:

~ ~

!

~

:

~

:

:

:

:

:

~ooo

eooo

7000

:

~

~

Tijd

~

[sJ

:

-

: . ~

-

eooo

De gemiddelde statorwikkelingstemperatuur gemeten in nominaal bedrijf bij de gesloten machine 120

r-----.....----.......,...----.-------...,......---.....,..------,----......----....,....----.

··

r---l

U

..

.

. ..... . .. , .•.•..••....••.. ••••.•. :~~;;.~~.~~.:.:..:.:..~·r""'-...,....----r~~~T=::':":":-:-:'::f"~l : : :: :

100

,. ...••.....•.•• , .•.....•..••••..•.•.......•...•• . e._. . . . • . . . . .. . • . . ... . . ..... . . . •. . .. .. .

eo

·· . ........ ....................................... ".

~

......... ..... .,

eo

.

.~~~..

:

~

............ ·

20

............... :

~

· ;

o

1000

:. ..

.

:

:

.

~

T··············· .

~

.~

~

'~""""""""'r""""""""~''''''''''''''''

1'. .= ~

2000

~

.

~ . 0:0 3000

' ' . . .

:

:

,

:. ..

.

:

, • • • • • • • • • • • • • • • • •·0 • • • • • • • • • • • • • • • • , . . . . . . . . . . . . . . . . • , • • • • • • •

~

. .

. :

:

[SJ

:

: : ~ooo

4000

Tijd

,

: .

··· :

:

:.

:

.

, • • • • • • • • • • • • • • • • , • • • • • • • • • • • • • • • • -0'

40

~

. ;

eooo

~

. : 7000

r·.: . ·.. :

' :

eooo

.

Student: Datum: Programma naam: Afstudeeropdracht: Meting:

Bijlage 35 Theo smits 15-04-1994 pr0ef31.m Intelligente motorbevenigingsschakelaars 1e machine

Gebruikers handlekfing Eerst de naam van de meetfiJe invoeren via < search en Replace > Daama samples1, samples2, T1 en T2 conform hat meetprogramma invoeren.

c1g; clear;

numbersamples1 = 500; numbersamples2 = 1999; deltan =2; deltaT2=18; c1pt100=-5.802E~7;

% AantaJ gemeten samples (tussentijd kort) % Aantal gameten samples (tussentijd lang) % sample interval tijd (kort) % sample interval tijd (kort) % Pt100 constante (IEC norm) % Pt100 constante (IEC norm)

c2pt100=3.90802E-Q3; measuringtime = «numbersamples1 *deltaT1) +(numbersamples2*deltaT2)); Totsamp = (numbersamples1 +numbersamples2); % Spanningsnivo per bit bltspanning =7.498/1532; % Offset van de A/D convertor offset =2; const1 =0.341 097529; % Constante afk. uit de meetschakeling load pr0ef31.dat;

% Hat in/aden van de meetfile

% procedure voor het omrekenen van de ascii meetwaarden naar de bijbehorende tijd. for count1 = 1:numbersamples1 proef31 (count1,11 ) =proef31 (count1, 11 )*deltan ; end; for count2 = (numbersamples1 +1):(numbersamples2 +numbersamples1) proef31 (count2,11) = (numbersamples1 *deltaT1) + «(count2-numbersamples1)*deltaT2); end; % procedure voor het omrekenen van de ascii meetwaarden naar de bijbehorende spanningen. for count3= 1:10; for count4= 1:(Totsamp); proef31 (count4,count3) = (proef31 (count4.count3) +offset)*bitspanning; end; end; % procedure voor het omrekenen van de spanning naar de temperatuur. for countS = 1:9; for count6= 1:Totsamp; proef31 (countS,countS) = «(proef31 (count6,countS)/470)-4E.()3)/const1) +.1);'001; C= (1-(proef31 (countS,countS)/100)); proef31 (count6,countS) = (-e2pt1 00 +sqrt«c2pt1 00."2)-(4*c1 pt1 00*C))) /(2*c1 pt1 00); end; end; % procedure voor hat berekenen van de gemkfdelde temperatuur van de statorwikkeling aan hat

einde van de meting. Tevens wordt de hierblj behorende spanning uitgerekend. (via mlddeling van de laatste meetwaarden) dummy1 =O;Tend =O;dummy2 =0; for count7 = 1:8 dummy2 =proef31 (Totsamp,count7); dummy1 =dummy2+dummy1;

end; Tend = dummyl /8; dummy3=O;dummy4=O; for count8= (Totsamp-9):Totsamp dummy4 = proef31 (count8.10); dummy3 = dummy4 + dummy3; end; UTend=dummy3/10;

% procedure voor het berekenen van de gemlddelde statorwikkellngs temperatuur gedurende de gehele meting. for count9 = 1: (T otsamp); dummyS(count9.1) = (proef31 (count9,10)-UTend)/UTend; dummy6(count9.1) =dummy5(count9.1)*(235 + Tend); meanT(count9,l) =dummy6(count9,l) +Tend; end;

% nu begint de eerste plot; delete plott.met; axis([O measuringtime 15 SO)); plot(proef31 (:.11 ).proef31 (:,1)); title(iemperatuurverioop van de statorspoeJkop n.a.z. (sensor 1)'); x1abel('tijd [s]'); y1abel('temperatuur [DC]'); grid; pause; meta p1ot1.met; % nu beglnt de tweede plot delete p1ot2.met; p1ot(proef31 (:.11 ),proef31 (:,2)); title(iemperatuurverioop van de statorspoelkop 2 n.a.z (sensor 2)'); x1abel('tijd [s]'); y1abel('temperatuur [DC]'); grid; pause; meta p1ot2.met;

% nu begint de derde plot delete p1ot3.met; p1ot(proef31 (:,11).proef31 (:,3)); title(iemperatuurverioop van de statorspoel in de gleuf (sensor 3)'): x1abel('tijd [s]'); y1abel('temperatuur [DC]'); grid; pause; meta p1ot3.met;

% nu begint de vierde plot delete p1ot4.met; p1ot(proef31 (:,11 ).proef31 (:,4)); title(iemperatuurverioop van de statorspoelln de gleuf (sensor 4)'); x1abel('tijd [s]'); y1abel('temperatuur (DC]'); grid; pause; meta p1ot4.met;

% nu beglnt de vljfde plot delete plotS.met; p1ot(prc:>e~1 (:,11),proef31 (:,5)); tltle(Temperatuurvertoop van de statorspoelln de gleuf (sensor 5)'); xlabel('tljd [s]'); y1abel('temperatuur [DC]'); grid;

pause; meta p1otS.met; % nu begint de zesde plot delete p1ot6.met; p1ot(proef31 (:,11),proef31 (:,6)); tltle(Temperatuurvertoop van de 5tatorspoelkop a.z (sensor 6)'); xlabel('tijd [s]'); y1abel('temperatuur [DC]'); grid; pause; meta p1ot6.met; % nu beglnt de zevende plot delete p1ot7.met; plot(proef31 (:,11 ),proef31 (:,7)); tltle(Temperatuurvertoop van de statorspoelkop a.z (sensor 7)'); xlabel('tijd [s]'); y1abel('temperatuur [DC]'); grid; pause; meta p1ot7.met;

% nu begint de achste plot delete p1ot8.met; plot(proef31 (:,11 ),proef31 (:,8)); tltle(Temperatuurverfoop op het statorblikpakket (sensor 8)'); xlabel('tijd [5]'); ylabel('temperatuur [DC]'); grid; pause; meta p1ot8.met; % nu begint de negende plot delete p1ot9.met; p1ot(proef31 (:,11 ),proef31 (:,9)): tltle(Temperatuurvertoop van de omgeving (sensor 9)'); xlabel('tljd [s]'); y1abel('temperatuur [DC]'); grid; pause; meta plot9.met;

% nu begint de tiende plot delete plotl0.met; plot(proef31 «1 :2: (numbersamplesl + numbersamples2)),11 ),meanT«l :2: (numbersamplesl + numbersamples2)),l)); title('Gemiddeld temperatuurvenoop van de statorwikkelingen (sensor 10)'); [5]'); xlabel('tijd y1abel('temperatuur [DC]');

grid; pause; meta plot10.met; dear count1 ; dear count2; dear count3; dear count4; dear countS; dear count6; dear count7; dear countS; dear counl9; dear count10; dear count11 ; dear count12; dear dummy1; dear dummy2; dear dummy3; dear dummy4; dear dummy5; dear dummy6; clear dummy7; clear dummy8;

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de open machine tijdens afkoeling (sensor 1), De sensor is niet in de luwte van de - aan de niet-aandrijfzijde bevindende - sta torspoelkop geplaa tst, ~o ,...------,.------------r------.,..-----r-----.....-------,.---, 45

~

~"""""""""':""""""""

40

~

:

:

.

t ••••••••••••••••••• : ••••••••••••••••••• ;

35

.

:

:

,:

~.

.30

.

: : :

20

: ~

.

~

_ ~.M .•••••••••••••••••••••••••••••••••••

2~

1

~

L-

o

-.&..

o.~

•••••••••••••••••••

~

:

..

t ••••••••••••••••••• ,

. ." " . .

.

~

.: :

~

:

: ~

:

••••••••••••••••••• ,

: '

.

:.

.

: : . : . .

.

01--

.

.........

.~

2

Tijd

.

:

: :

~.

.

••••••••••••••••••••••••••

" . . " " . . "

a • • • • • • • • • • • • • • • • • • • , • • • • • • • • • • • • • • • • • • • , · · ••••• •• • • • • • • • • • • ,

,

..

:

.

:

. :.

~

• • • • • • • • • • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .: • • • • • •

.

:

:. :

~

••••••••••••••••••• ,

.~~~~: ------.-J __ . . . :

,

~

": . . : : : : : : ···i···························· . ··········:·········· :

:

..

~

[s]

2.~

:. ~

..

.

.

:. .

-.&.._--l

.3

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de open machine tijdens afkoeling (sensor 2). De sensor is in de luwte van de' - aan de niet-aandrijfzijde bevindende sta torspoelkop geplaa tst. ~o

,---,

45

.............................. : .

i' .

40

................. :

~

~

:

~

~

~ ~

35

.. .. .. .. .. ..

:

~

:

C\S

30

U

;

0

L-..J

~

..

~

\

.

:

Po<

S

"" . : .

~

. ...

:

i

:

20

. ............................................... ,. . :

~

~

.~

.

" . ,

~

: : :

: . :.

.~

2

2.~

1~

0

o.~

1

:. 1

Tijd

[sJ

~

":-

.

..

;

"

.

".o.

..

.. .

... .

.

,

.' "" ., .

:.

:"

~

i

: :

:

:

................... :

:.

~

~

:, ...

: " .

·········f··························

:..

.. ~

"

:

2~

Q)

~

:.

:. ........................................... :

~

ill

~

I

:.

:

+-"

: .. "" .

..

.

: :

: . ::

..

:

3 )(10·

De gemeten temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel van de open machine tijdens afkoeling (sensor 3), ~o

r----,

U ~

~

·

4~

·.. .

40

~ ~

35

~

30

~

.....

S Q) ~

2~

•

20 1~

:

":

: :.

: :

j

. .

j

.

:

~

··

0

:

.

.

j

~

o.~

1

:

0

0

••••••••••

.

~:~~~ :~~~~~~ _~~~ :.~

, ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• I •••••••••••••••••••••••••••••••••••

•

~

.

.

.

•

: . : .: : : . . . : :: . ~ j .

:. ... ...... ......... .

~

;...

• •••••••••••••••• " ••••• o •••••••••••••••

0

:

. : ': ................... . . . : : : ..................................... i : . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

................. :

Q)

p...

~

0

0

•

0

:

.. j

•••••••••••••

,

:

0

••••••••••••

,

•

.. •

••

)

.~

0

•

•

0

••••••••••••••

•• ,

j

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • '\

:

••••••••••••••••••

. j

_0• • • • • •

2

Tijd

[sJ

)(10"

De gemeten temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel van de open machine tijdens afkoeling (sensor 4) ~o

r---l

.

U

L-..J

.................~

4~

~

.

..

40

..

.

: :.

: : ~ :

. . . .

;::='

.

3~

~

.................:

+-.)

~

30

~

' . ...

Q.)

P-i

S Q) t--t

.......... ................ : ~ . . . . ' . . : . .

:...

2~

.................

............... :

IO

:

. . . . .. .

.

,

~

~

0

:

:

0.!5

1

:.

~

i

:

:

~

:

.

·.. ···i········..··..···.. i

::

, .!5

2

Tijd

..

[s]

:

.

. . '

:

.

~

.

.

..

~

" . . . .. .

: . .

1!5

;

~ ~ . . . .

......... ·······t..·······..··.. ····f···········.. ······~ .. ·······

20

·i.. ···· . : :

...

' . .

~

+ .

·1········ .. ·.. ··· .. ·j .. ······· .. ······· .~

. . ~

~

. ...

'" . ~

~

..

:: 3 ><10 4

to .......

c.........,

~

~

00

(l)

W \0

De gemeten temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel van de open machine tijdens afkoeling (sensor 5), ~o

r-l

................................. 0

40

.................................................................. "."

..

U ~

~

;::l ;::l

ill

b

..

..

..

..

..

..

..

..

..

..

..

..

..

" "

~

..

o

:

,

' .

30

............................................ · .

25

........'

20

..................~

···

... .: ·: . ' . .. : ..

15

""

..

' . ' .

ill

P-i

_

. .

..

_.e

e,

::

35

~

S

~

.

~ ~. ~. " . .~ . t : . : . . : .. : : . . . : .. . .. . . . . ...................................................................................................................................................................................................................... '".'" ..........

......"

~

. " . .

~ . .

45

· 0

0.5

~

,

. .................... : ; ' ... :

i

,

:

~

'

~

. ' . .. :

.

;

:

. . . . ., .

: ' 1 .5

2

Tijd

[s]

i·

:. ..

.

. I •••••

~

.

••• ,

• • • • • • • • • • • • • • • •: , • • • • •

.

. .. : . '

3

><10 04

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de open machine tijdens afkoeling (sensor 6), ~e sensor is niet in de 1uwte van de - aan de aandrijfzijde bevindentie - sta torspoelkop geplaa tst,

~o ,....-,......,

45

.................. ...............:

U L-...J

~

;::=' ;::='

--r-

........ ········r···..····

40

....:.

35

"...........,I'--

- - - - . . - - - - -__----....-------.----.

~

;

=

' . . . . . . . . . .

( ~

.

~

;

..

j

:

j

~

;·· ···..·..··.. ·~···

~

..

.. .

·1···..······ ·· .~. .. ·..·.. ····1·..·..· ··..·.. ·r··.. · '

-l-'l

C'U

30

~

Q)

P-t

S

2~

Q)

~

20

................-:-

[..J:': ::::::.:::'::::::::::::::::::::: i' ::: .':::::::::::':.::: . ::::: :

.................::"

: I

15

0

0.5

:

::::: I::::.

: : : : : ,..·1········..······:···················:············..·····,···················:·············..····;······ . . . . .

,

. . . .

: . .

,

.~

:

. .

2

Tijd

[s]

)(10·

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de open machine tijdens afkoeling (sensor 7), De sensor is in de luwte van de - aan de niet-aandrijfzijde bevindende - statorspoelkop geplaatst, !!I 0 ,.----,

.................~

.... 5

U L-..J

~

~

~ ..

...

o.

........ ..:

3 !!I

"

.j.....:>

30

. .. .. .. .. . ..

2 !!I

.. .. . .. .. .. .. ""

..

:. .. .. .. .. .. .. .. . .. ..

.. .. ..

·: ····

o ••••

0•.• 00000: •• 0000.00 ••• 0•••• 00;' • i

.

~

;

···

~

Q)

Pi

S Q) ~

20

1e

:

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .:-

··· ·

0

o.e

~ . . .

~ a._

,

;

~

~ ..

.

•• ••••• •• •••• 000 ': •• 0•••••• 000 .0 ••• 0Of 0 O' •••••••••••••• : 00000

....0

;:j

<\S

;

~

"

~

""

""

. . . ;

"

TiJd

o.

j .0000

. ; '" ~

'

: •••••••••••••••••••

[s]

0. 0" ... 00

' :

:

: . 1.e 2

•••••••

. . .

:.

. . . . . .

o~

. ~ ~

.

to

o •••••••••••••••

~

. . ..

i

..

' ' '

..

-:

...

..

:

.

. .

~

. . .. :

De gemeten statorbliktemperatuur van de open machine tijdens afkoeling (sensor 8), De sensor is op de buitenkant van het sta torblikpakket geplaa tst, ~o

.

L-...J

r - - - - -........----~------..-------.....,....----------.....----.....,.....____,

4~

..

40

. ~ ..

: . .

· · .-r

;

~

...............~ 2~

········j·········

20

1

~

~

o

:.....

~

~

:

··

o.~

..

.........

1

.

.. . . . ..

.

·· .~. .

'

'

1·.. ·.. ·

~

' ' . .

.

'.~"' [:..~~ .. ':"..~~ .. 'b~".~~~~~j~"':7':'''':-:-:-:'' ":-:-:-:-' ..~~~~~ . . "_"'_" "J' "~':.:.:..:'"J"

·····r··········.. ·······f..······..·

:

--l-

' ' . .

.

.

~

:

i······ ..····.. ····· i· ..··········.. ····~ ..·· ..··· ..··..·

~

.

;

;

' . . [ : j

.

30

:

;

··~·

..··..·..··.. ·.. ··1··..·····..··.. ···· .

:

i

: :

. .. . : --'-

-"""--

1

.~

2

Tijd

[s]

""'-

2.~

~

. I

••

~

••••••

. . :.

-----o.

.

.........- - '

Bet gemeten temperatuurverloop van de omgeving van de open machine tijdens afkoeling. De sensor is in een blokje messing geplaa tst en random voorzien van warmtegeleidende pasta

r---------r------,-----__ 4~ +. } ~ . .

~o

----~----

_

40 _

3~

~

;

~

)

: _

~

.

;

__---____.-----"T"'.--., j,

i···· ..······.. ·..·· i

~

~

. . ~ ~

: : : :

~

· .. · ..

······~············.. ·····i············.. ·····~·····

)

-

-

:: ~::::::::: :.:::::I::::::::::.::::::: I::::::::·::::::::::::::::::::::: ~;j: . : : .: : : : .:. : .: . :.:::::::::: I:::::::::::::::::::::::: :~ . ' ··t······.. ··.. ·······~······· ..··.. ·.. ···j·······.. · . ······ j ! i······.. ·····.. ·.. ·.~ ~ 20 ,.. 1

~

'--

o

···· ..

:

: : : :

---.1.

o.~

........

1

1

---1.

.~

2

Tijd

[s]

-------'----1

• - - - -......

2.~

)(10·

De gemeten gemiddelde statorwikkelingstemperatuur van de open machine tijdens afkoeling !50

,-,

4~

................'r

40

.........~

U L....-J

~

~ ~ +-:>

35

C\S

30

'1'

'r ·1······..·..·.. ··..·.j

i· ~ ..

..

II

•••••• :

• • • • • • • • • • • • • • • • • • .: • • • • • • • • • • • • I I

•••••• :

~.~.,

:

~A':'L

IUW~1

j'

'1' .

~

j

·1 ··

:

=

" . . '

. .

~

f'"

!

:

I

'

..

"

Q)

~

S

2S

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . o.

.................. ~

(l)

b

20 1S

...

":

0

O.S

to

;

; 1

~ ~ ' . ' . : . o.

·1··..·····..·.. ·· , .!5

~

2

Tijd

[s]

o.

i

~

o.

:

. ..

~

..

..

.

..

·1···..·····..· i· ·

De gemeten temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel van de gesloten machine tijdens afkoeling (sensor 1). 120,...----.....,..----...,.....----,.......------r----...,.....----_---.....,..--., ,---,

U

100

;

~

:

:

: eo

.. ····· .. ·······[··········· ..

..~

eo

~

.

~

o

~

;

.

.

,

:

;

r·········

j

;................... . .

······~ .. ·········· .. ·· .. ··i·········· ..

~ 1

j

~

······:··················1·· i········· '1'

40

20

:

: : :

i 1

.~

Tijd

······f·······..···· ..

~

~

2

2.~

[s]

;

.

·····i .. ······· .. ·· .. ·.. ·!· .. ··· .3 )(10'"

p

De gemeten temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel van de gesloten machine tijdens afkoeling (sensor 2), 129-------r-----------.....-------r----....----___.----.....,...-...., 10

e e

........••••..••••

j

(

;

. ···············~···················i··················l···················j····················~············ ~

;..

..

~. 2

r

j

~ o.~

,

eo

o

~

0

..

~

:

:

~

~

~

i

1

1 .:5

.

;

.

i

.

~

.

~

~

;

2

2.~

•••••••••••. .••••• .•..•••••.••• O' 0•• 00 roo, 00.0

Tijd

:.

;. . . . . . . . . . . .

[s]

00. Of' •••••• o' 00•••••••• ••• 0•••••••• 0 ~

o

. ~

.

De gemeten tempera tu ur van een in een sta torgleuf gelegen spoel van de gesloten machine tijdens afkoeling (sensor 3). 120 ,---,

U

:

.................................. ;

100

L-...J

~

eo

....

..

C'0

.... ;

&0

~

.

" . .. .

..

" . . " " . . . .

:

Q)

:..

40

"

..:

:. ..

" .. .

.

:... :

:

:

.................................. .

: :.

.. ..

..

.

.. .. .. ..

..

.. .. ..

..

..

..

.. .. ..

..

..

. . . . .

.:

" . .

~

:. .. .. ..

:

~

.. .. .. .. ..

.... ...

" " . . . . " " . . . .

.. .

P-.

S Q)

"

:

;

:. ..

" . .

. . . .

+-'l

.:

.... " . . " " . . . .

:.

;

~ ~

:

~

".

... . . ..

:

. ..

:.

..

.. .. .. ..

.

20 0

o.~

1

1

.~

2

Tijd

[s]

.3

)(10·

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de gesloten machine tijdens afkoeling (sensor 4), De sensor is niet in de 1uwte van de - aan de niet-aandrijfzijde bevindende - statorspoelkop geplaa tst, 120

.................:

r---o

U

100

·r·

r·······

I..--J

~

eo

................ ;

••••••••••••

;::j ;::j ~

(\) ~

u

eo

.... ;

............................ ,......................

40

. . .... ;

;

, ~

: :

:

.;:

:

;

: . . ' . ' ' . .

:

.

:

. . .. . . .

.:

.............................. ;

20 0

o.~

: 1

0:, 1

.~

Tijd

~

~

~

2

2.~

[sJ

:

;

.

:

..

. . ' .

:.

:.

.

:

~

.

.

.

:

.

~

··i······

: : : :

. :

:

ill Poi

El Q)

..

• • • • • • •:

·········_····r···········

...

.

.. : : . . :

~

.

)(10 4

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de gesloten machine tijdens afkoeling (sensor 5) De sensor is in de 1uwte van de - aan de nietaandrijfzijde bevindende - statorspoelkop geplaatst, 0

120

,-,

U

100

•

•••••••••••••••• :

••••••••••••

·

• • • • • • •: • • • • • • • • • • • • ""

L-...J

~

·

eo

~ ~

-+--" ~

:·

;

···· :· ··· ··

.... ;

80

~

Q)

P-t

S Q)

40

• • • • • '" • • • • • • • • • • • • • • • • '"" • • • • oooo

oo.

••••

~ . . . . : . •

••••••••••• •

. ~ . . . . . . ;.

II • • • • • :

••••••••••••••••••

~

. . .

:

'"

~.

'"

OO

oooo • •

· o o

• • • • • • • • oooo

0

• • • • oooo.;

o.~

oooo • • • • oooooo •

• oooo.oo • •: • • • oo • • oooo

1

:

1

oooooo • •

: • • • • • • • • • • • oo ..

.~

2

TiJd

[s]

:..

:

. . . . . . . . .. . . . : : . . . . . . . . . ..

'"

~.oooo • • • oooo.oo

oo

•••

OO

oo:oo

oo. oo • • • • • ioo

,

. .

.

• •

.: .

20

••••••

' .

•

~

~ . . . .

••••• : ••••••••••••••••••••

: :

.: • • oooo • • • • • • • oo .. oo .oo • • oo:• • • • • • • • • oo. oo. oo • • • • • • : • • • • • • • •

•

• • • • • • • • • • IO • • •

~

'"

. . .

' . . . . . . . . . . .

~

· o o

' .

oooooooo.~oooooooooooooooooooo 2.~

.. oooooo

: : " ~

oooooooo.:oooooooooooooooo

oooooo

oo.

• • • • ••

.3

)(10"

De gemeten statorblikpakket-temperatuur van de gesloten machine tijdens afkoeling (sensor 6). De sensor is op de buitenkant van het statorblikpakket geplaatst) 120

,---,

.

U

................. ;

100

C'0

eo

..

;

~

••• IO • • • • • • • • • • • • IO: • • • • • • • • • • • • • • • • IO •.: . • . . . . . . . . . . . . . . . . IO.; . . . . . . . • • . • IO ..... IO. : • . . . . . . . . • • • . IO . . . . ,: . . • . . . . IO • • • . . . . . . . . :. • • . . . . . • IO... . .. • . • •

eo

• • • IO; • • • • • • • • • • • • • • • • • ••: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

~

Q)

P-i

S Q)

~

: .:. ... . . ... .. .. .. ~ .· .... ·· .. ·· ....................: : ' . · ..

;:::) ;:::) +-"

~

··: · · ··· ·. ·

L--I

~

~

40

~ 0

o.~

1

• • • • • • • • • • • IO . . . . IO ... : • • • • • • • • • • • • • • • • • • .: • • • • • •

0:

•••••••••••••••• IO; ••••••••••••••••• ••:

20

1

e ••••••

~

Tijd

[sJ

IO • • • • • • •

~

IO

• • • • :.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

••••

••

•

•••••

.

:

,:

••••••••••••••••••

2

.~

• IO . . . •

. .... .

.: .

••••••••••••••

2.~

••••• :

3

~

•••• ••

3.~

)(10·

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de gesloten machine tijdens afkoeling (sensor 7), De sensor is niet in de luwte van de - aan de aandrijfzijde bevindende - sta torspoelkop geplaa tst, 120 r---l

U

100

••••••••••••••••• ;

••••••••••••

~

;

.......,

~

eo

.... ;

:

Pi

El Q)

....

40

.. . .

:.

.

~

I

;

0

••••••••••••

o.~

~

••••••••••••••

:

: :

: '

• • • • • • •:

,

: . .

~

~

: . . . :

: ••••••

.

... ..

: :

. . .

: . a

a:

~

~

1 .~

2

2.~

[s]

'

.

.

; .

~

.

: .

.

Tijd

••••• :

.:

: :

~ a a a a a • a •••••••••• ;

•••••

~

'

20

•••••• •••••••

. . :

:

Q)

~

: . .

~

•••••

: . . . .

;:j ;:j

•••••••••••• u

' . . . . . . . . :

' ' ' '

·· :

L...-J

eo . .

···

• • • • • • •: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ;

:

..

~

.

3

)(10 4

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de gesloten machine tijdens tijdens afkoeling (sensor 8), De sensor is in de 1uwte van de - aan de aandrijfzijde bevindende - statorspoelkop geplaatst, 120

...............r··········

r--1

U

100

r··················-:--

" :

,

;

" : .

L..-...J

~

eo

•••••••••••••••• ;

••

~

•••••••••

;::j ;::j +-"

C\S

......

8

.. . . . . .. ..

40

20

•••••••••••••••••

0

~

••••••••••••

o.~

• • • • • • •:

1

••••••••••••

•••••

~

••••••••••••••

. .. . 0: : . . . .. 00

0

••

0

• • :0

1

••••

0

0

••• 0

••• 0

.~

•••••

~

••••••

2

Tijd

[s]

.

~

0

0

••••••••••

~

2.~

.

~

.

: . : .

. . . : . . : ..

••••••••••••••

!

. . . . : . .

••••• :

:

~

. . . .

.

OJ ~

•••••••••••••

:

~

··· :

P-i

;

: :

:

Q)

~

. . . . : : . .. .

••••••

:

... ;

eo

·· : ··

• • • • • • •: • • • • • • • • • • • • u

. .. I i . . : ..

••••• :••••••••••••••

3

o• • • • •

.

!

.

o3.~

><10 4

Ret gemeten temperatuurverloop van de omgeving van de gesloten machine tijdens afkoeling. De sensor is in een blokje messing geplaatst en rondom voorzien van warmtegeleidende pasta ----..------.------r--,

120 , . . . - - - - - - - - . - - - - - - . - - - - - . . . . , . . . . - - - -........

U o

100 f-

~

~

~

;

· eo 1- .•.....•.• ••••... ~ •••......•••.•.... ~

.:

•

'

'

..

"

"

+

~

' ' . .

.

.

eo 40

1-

~

20 f-

o

~

··· · (

~

" " "

·j·

..

i. .

~

:

: ' " :

: ................•. -: O.!5

~

; ' ' '

~

1

·_

r

~

~ .. .

1 .!5

2

Tijd

[s]

2.!5

-

~

[

: .........•........ ~

:

-

-

_ .

3

3.!5

De gemeten gemiddelde statorwikkelingstemperatuur van de open machine tijdens afkoeling,

----------......,....----__r_-__,

1 20 r--------,r--------,r-----~---........ r---o

U

.

o

100

0 0 0 000000 -

eo

0 ••••• •• _

0 0 0

0 0 0 ; 0 00 • • 0 0 • • • • • _

•• 0 •••

j'"

..i

eo

•••••

0 0 • • • • • • • _ . 00 • •

-

or

0.0 0 0 0 0 0.0 •

roo

0 ••••• 0.: 0 0 0 0 0 .0.0 0 •••

0 0 • • • • • 0 • • • • 00 0

~

roo

00 • • 0

0 0 0.0 0 0 • • • • • • •

o~

o.~

~

0 0 0 0 0 0

o.

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0: 0 0 • • • • • • • • • 0 • • • • • •

0 0 0 0 0 : . . . . . . . . . . . • • • • • • •(

i

~

!

20

.................. .. eo

o

! o.~

.

_

. :.

: 1

..

II • • • • •

Ie

. ~ ···

•••••••••••••

:

1

...

"" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . •

.~

i

.

....

~

~

• • • • • • :.

••••••••••••••••••

eo

0

o.

0 0 0 0 •••• "

0 0 0 0 0 ••• 0 . . _

•

0 0 0

0 •• •••

... 0

..

~

-.... .

.

:

-

..

:

_

.. ..

' . ' . " ' . 40

t.. .

0 0 0 0 0 0 •••• 0 0 0

!

..

2

Tijd

[SJ

)(10·

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de open machine bij blokkering van de rotor ,ui tgevoerd onder verlaagde voedingsspaning (sensor 2). De sensor is in de 1uwte van de - aan de niet-aandrijfzijde bevindende - sta torspoelkop geplaatst. 70,.....-------,...--------r--------..,....---------r-------, r---l

U

··············.. ······.. ···T···························:

eo ~o

.

;

:

:

:

:

.

:

.

..

. .

..

·

'

40

· : ··

30

·:·

20

: o

~O

.

.

..

~

.

. : ·················:·························T··········

..

·

, ................ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • °0

:·

~

·· .

:. ...

~

.

.

.

:

:

:

:

100

'~O

200

Tijd

[s ]

.. _

..

:

... ._ :

:.

,

. .

.

.

.

De gemeten temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel van de open machine bij blokkering van de rotor) ui tgevoerd onder verlaagde verlaagde voedingsspanning 70 .--------"""T"'""------~-------r__------'"T'"'"""----___, r--1

.

U

eo

f-

~

: :

50

1-

40 _

:

: : ~_ .

~ ~!

30 _

20 _

o

~. _

50

·i .. ·

~

···

~

-

;

-

;

: :: : ::

~

..

-

l

~

]

-

~

~

-

: : : : ~

·.

..

~

)

··

..

100

1 :50

;

Tijd

[s]

:

)

200

De gemeten temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel van de open machine bij blokkering van de rotor) uitgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor 4). 70,....--------r--------.,..-------.,....-------"""T"""-------, ,---,

u

eo

o

~o

-

.~ .

;

~

~

~

40 ~"""""""""""""'" .;. -

30

l

~

~'~

20

~

o

j,_ ~o

'

-

~

-

~'

-

L.

L..

.

t

1.

-

.· ·· ··

.... ..

~

~

:

: ~

:

.

~

,~o

'00

Tijd

[s]

. ~

~

.

200

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de openmachine bij blokkering van de rotor) uitgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor 7). De sensor is in de 1u wte van de - aan de aandrijfzijde bevindende sta torspoelkop geplaa tst, 70 ,....-------~------....-------..,.....------.,.....----.....,

,---,

.u

eo

:

····

L..-.J

:

~

50

;

~

L

~

~

)

. ... .

' .. : ·; .

40

~........

.30

~

.

~

.

.

~

.

:

:

:

;

.

.

.

100

150

200

· o

.. ... .. : .

:·

~

~

~

Tijd

[s]

..

.

. . .....

·· ··· ·· .:

.

20

.:

.

.:

De gemeten en gefi tte tempera tu ur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de open machine bij blokkering van de rotor) uitgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor A), 70 ,---,

U

............................. ~

eo

L.......J

~

!50

............................. ~

40

· .............................,........

:=' :='

~

(\)

~

· . ' . : .

0

~

.

~

~

.

~

.: ~

·1········

-----f-:---===~.==========~===J 2' . ~

~

~

..:

~

~

~

Q)

~

S Q) ~

... .. ·: · '

30

20

..

.

· ·· ·

.. .

..

.. ...

!50

100

1!50

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . •• , • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • '" • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • °0

o

1 2

.. .

gefitte curve gemeten curve

Tijd

[s]

'

....

••••••••••••••••••••••••••••• ,

.

•••••••••••••••••••••

200

De gesimuleerde tempera tu ur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de open machine bij blokkering van de rotor onder verlaagde voedingsspanning (sensor A). 70 r--l

U

...................................................... ... :

eo

·· ·· ·· ...................................................... ... :

0

L-...J

~

~o

~

C'0

b

.

..

. ...

:.

.

-:

:

.

\

.

: :

.......................................................... ...a

~

E1 ill

"

.

... . . · .... ··· ··. ... . . · . . .: : : : : ·· . . .: .......................... ................................................................................................... . . . .. .. .. ··

40

ill

04

·

: :

····

;:::j ~

.

·: ... .. .

.. .. ..

30

20 0

.. .. .. .. .. ..

..

":'

~o

,":0

,~o

'00

Tijd

[s]

200

..

De gemeten en gefitte temperatuur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de open machine bij blokkering van de rotor) ui tgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor B), 70

,---,

U

............................. ~ ·· ··

eo

L-...J

~

~o

~

~

~

............................ ..:

-:

·· ..

.. ..

.

...

·

;::=' ;::=' +-"

C'0

40

.. .. ..

~

P-l

~

.. ..

.. .. .. •

.. .. ..

..

•

:

0°

00

: : : : . . . . ...................... ... : :

QJ

S QJ

.. .. .. .. .. ..

~o

~

·· ·

20

:

: : : :

.."""

\

:

:

:

..

:

"0"

~o

100

1~0

.................................................................................................................... ...0

0

.

1 gefitte curve 2 gemeten curve

:

Tijd

[s]

: ..

:

200

1 2

.

..

-

.

..

De gesimuleerde temperatuur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de open machine bij blokkering van de rotor onder verlaagde voedingsspan ning (sensor B), 70 ,----,

U

eo

•

• • • • • • • 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • : • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • . : • • •

'

··

L-...J

~

~o

~ ;::j

+-=> (\S

40

•

•

•

•

•

•

•

..

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

••

•

••••

30

••••••

IO..

••

IO

• • • • • • • • • • • IO

•••

·· ~

·

. . .

••••••••••••••••••••••••••••

· ~

•••••••••••

: :

• • : • • • • • • • • IO

. .

.

20

•

0

•••••••••••

IO • • • • • • • • • • • • • •

IO

•••••••••

.

• • • • • • • • • 0.

: :. :.

IO

•••

IO

••••••••••••••••••••••••

_

. :

•••••••••

:·

.:

~o

100

1~0

••

.: ... : ..

~

IO • • • • • • • • • • • • • • • • • • •:

:. .: :.

·:

CLJ

~

.

.

:

: : ' .

CLJ

S

~

"IO

..

' '

~

Pi

.

: :. ·

IO

IO.

•••••••••••••••••••••

"

: :

. .:

200

IO

IO

••••

Tijd

[s]

De gemeten en gefitte temperatuur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de open machine bij blokkering van de rotor) ui tgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor C). 70 ,--,

U

60

·

~O

............

· ···· ·

L-...J

~

;:::j ~

+-'

C'0

40

...........................

30

·..........

S QJ

~

20

·

o

..

.'" '" '"

... ··· ·· · ··· ·· ··: ·. ·


........... '" . '" '"

··:

~

~o

.

,.

,

~

QJ ~

··. .... .

,

'" '"

'"

.. ... .. '" '" '" '" '" .. . .... ; ...

[s]

'" '"

. '"

'"

.. .

.... ..

. 1

'" '" .. '" ! '"

.

.

. .

..:

. ... .. .. .. .

. ... ...

1~O

200

~

100

Tijd

.. ...'" .;

2 .

.

!

..

,.

. .

De gesimuleerde temperatuur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de open machine bij blokkering van de rotor onder verlaagde voedingsspanning (sensor C), 70 ,---,

U

eo ·

· · ·· · · •.... '" •....••..•......•..... ; '" . '" . . ···

L---1

~

'"

'"

~o

~

.=l ~

C\S

....0

• • • • • • • '" • • • • • • • • • • • • '" '"

.30

•

~

8 Q) b

•

•

•

•

•

•

••

.. • • • • • • • • • • • • • • • • '"

'"

"

·

20 0

.

.. ... .

'" '" '"

. ... . '" '" .........•...... ; .••.. '" '" ...•...... '" . .. · ... ..

'"

..

'" ; ..........• '" •...••.•.. '" '"

..

.. ..... . ..! ..

. ... . ... .. . . ..'" ... ... . ; ...................•.......... ! .. .. .

. '"

'" ..••

• • • • • , '" '" • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • to • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Q)

P-i

·· ··· ··· · ··· ; ···

·.

'" '"

'" '" '"

'" '"

0

~o

'" '"

...

.. ... ·; . ..

• • • • • • • '" '" • • • • • • • • • • '" • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • '" • • • • • • • • • • • • '" • • • • • • • • • • • • • '" • • • • • ,

•

'" '" IO • • • • • • • '" 10

.

'" '"

,

'00

Tijd

[s]

~o

200

.

De gemeten en gefitte temperatuur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de open machine bij blokkering van de rotor) ui tgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor D), 70 ,---,

U

·

60

·

L-...J

~

·

50

~

ro

~

S Q) ~

30

•

20

•

o

•

•

•

•

•

•

•

•••••• 4

•

•

•

•

•

..

•

•

•

••••••••••• 4

•

4

•• 4

4

4

4

4

:

· . ··· · ···

·, . .

Q)

P-i

:

1

.. ... . ..

... ... &

•

&

•

&

•••

&

•

&

•

&

.. .

•••••

4

•

4

•

4

4

4

4

4

4

4

•

4

4

••

4

4

4

4

•••

4

4

4

•

•

•

•

•

4

4

•

•

4

•

&

4 •

• 4

4 •

4

•

•

4

4

4

4

•

4

•

4

•••••••••••••

&

•••••••••••

;

•

.

•

:

.

; •••••••••••••••••••••••••••••• ; •••••••••••••••••••••••••••••• I •••••••••••••••••••••

:

·

40

.

. ..

. .:

:

··· ·

• •••••••••••••••••••••••••••• ;

;::j ;::j

..

..· .:

··:

4

•

4

•• 4

4

••••••••••••

&

&

&

•••••••

;

•

:

:

:

4

Tijd

150

[s]

•

4

4

••

4

•••

&

4'

••••

! ........•.........

•


&

4

&

100

•••

•

••••••••••••••••••••••••••••••

4

~o

4

4

•

4

.

200

4

4

•

De gesirn uleerde tern pera tuur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de open machine bij blokkering van de rotor onder verlaagde voedingsspanning (sensor D). 70 ~

U

. .. .. .

eo

·· .......................................................... : ··

L.-..J

~

~ ~ +-'>

C'0

~o

.. . . . . . . . . . . .. .. . .. . . . .. . . . . . .

40

~

QJ

~

S OJ ~

.

. ..

..

.................................................................................................................................................................................................................................................... t

0

...... ....

.

20 0

;

"

·

"

..... .· ..

~o

... i

..

,. ..

..

.. ..

..·

·

.., . .

·· · ··· ............................. ; ·· ·

~o

...

.. .. .

..

... .. .. .;. .

.

100

Tijd

1

[s]

~o

.. . .

..

I

..

. .. .. ..

.

.. ..

. . ..

.

················1·· . ······ . ·· . ········

200

De gemeten en gefitte temperatuur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de open machine biJ blokkering van de rotor) uitgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor E). 70 ,-,

U

. . . . eo .................................................................................................................................................. · . . .

.............................:

...

~o

· ·· ··

40

.............................!

~

30

. . . . . . . . . . . . . . . .. . .

•

L-...J

~

~ ~ -+-:> (\)

.

.

...

•

I

.~

.~

. .. •

.:

1

~.·····························~····2········

1

. ······

~

Q)

Poi

S ill ~

.

.

.

. .....

.

··· ..... ·· ·· .. . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . : ..................••.......... ; ·· .. · .

20

o

~o


.. ...

.

... .. .. ..

; .........•...••..•••....•..... ! ........•.••....•....

1~0

100

Tijd

[s]

200

-

De gesimuleerde temperatuur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de open machine bij blokkering van de rotor onder verlaagde voedingsspanning (sensor E), 70 ~

U

. . . . ........................................................................................................................................................................................................................... . . . ..

eo

·..

0

L-...J

~

.......................................................... :

!50

~

(\j

~

S ill ~

.

.. . ..

30

.. . . . .

.

..

. . .

. . . .

... . . .

·· ·· .. . .. .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . : ·· ·

20 0

!50

.

~

.

.... .

~

ill

;

. .

................................................... ........

40

..

;

. .

~ ~

.. . .

.. .. . .

. ".

..

... ; . ..

100

Tijd

1

[sJ

.

... !

.

..

..

:

:

.... ...; ....

..

. . .... . . .

..

...

~o

. .... .. . .

. .

! .

200

..

.

. .

De gemeten temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel van de gesloten machine bij blokkering van de rotor) uitgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor i). 100

,--,

U

90

eo

. . . . . . . . . . . . 10

70

C'0

~o

~

. . . . . 10

S Q) ~

~

.... ...

.. ..I

..

. .. ..

.

w

40 ~o

•

L...-"""""-: ..~ ••••••• ':

0

20

• ~

w • • • • • • • • • • • •:

:

':

40

eo

... .

.. ..

.

-:

. . . .

.. __ 0

••••••••••••• ••••••••••••••••••••••• w

.

.:

..

0:

.. .. .. .

.. ..

"0'

. ..

.

. . . . .

.. ··· ·· .. · . · · .., .................................. ·· .. · . ··· · . •

20

..

"0'

. . . .

...I .. ... ..

. . .. .

~

~

..

.. .

_

. . .

. . .. .. .. . .. ... ... . ...... .. ......... ... ··.· . . . . . ... .. . . . .

• • • • • • • • • • • • • • •: • • • • • • • • w w w w • w w w: w w • • • • • • w w • • w w • •: . w • • • • • • • w • • • • • • :

Q)

Pi

:

. .. .

~

eo

.. , . .. .

·

L-.J

~ ~ +-.>

.. . . .

.......................... .. eo-

• • • • • • • • • • • • • • • •: • • • • • • • • • • • • • • • • :

•

•

•

"

.

~ . . . . . . . . . . . . . . . • •:

~

:

: •••••••••••••

eo

Tijd

':

100

[sJ

120

., . .. .

..

..

~

. . . . .

. . .

..

.. : •••••••••••••••• :

. .

.

•

•

... ... . ... ~ .. w

••••••••••••••

. .

.

. .

w •• w

.. .,

.

~

..

....

.

.

140

1eo

w • ..:

:

• • oo • • • • • • • • • • •

De gemeten temperatuur van een in een statorgleuf gelegen spoel van de gesloten machine bij blokkering van de rotor uitgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor 2), I

1 00

,....-------,..-------,,....-------,....--------,------,.------.-------r------.----....., . . .; :

gO _

so _.o. 70 _

o.

t

_

40 _

20

;

:

.. ..

. ..

..

..

..

~

: ! . ...

......

~

:

.. :

;

.. ..

:.

:.

. .

. .. :

~

o

:

..

;.............

~o

;

~

;.

20

:

.

:.

t . -:

.. .. ..

eo ~o

. . . .. .. .. .. .

~

-:

~

:

:. ..

!

:'

~

~

~

:

~

:

! . ..

: . ..

.

:

.

...

~

.. ..

.. .. ..

0._

~

:

~

; . ....

-

~

-

: ..

-

!

-

... .. .. ..

.

: ..

-

.. , ; _.;.------:.:----~.------!'.---~.---.......-+o.-----1 . . . . .. .

:

;

:

;

;

~ ..

; ..

..

~ .. ...

~

.. :

~

:

. .. :

ao

eo

100

120

14f.0

..

...

Tijd

[s]

~

;

-

:

-

...

1eo

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de gesloten machine bij blokkering van de rotor) uitgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor 4). De sensor is niet in de luwte van de - aan de aandrijfzijde bevindende - sta torspoelkop geplaatst. 100 r----l

U

90

.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

eo

... o.

70

~ ~

~

~ ~

ill P-l

8

ill

~

..

. .. .

. ..

.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ,

:

. .. . ~

6

0,,"

. .. .

-:

.. ..

. . . ·· · . . . . . . . . . . . . . . ..: eo ............. ..:· .. ··· ... . . . 50 ............. .................... ·· ." .. . . · · . . · .., . 40 .............................. ·· . · · : .:50 ............. ................. .. ···· .... .. 20 · . . ~

~

• • • • • • • • • • • • _ • • • • • • • • • • • • • • • • o. • • • • • • • • • • • • • • • • '

0

20

40

eo

..

I

".o.

.. ..

.. ..

. .

~

. . .. . . . . .......................... .................................................................................................. "" . ....

L-...J

~

·

!

. ... ."

.., . ~

.... .

"o.

eo

Tijd

-:

..

..

..

..

.. ..

. .. .

. .. .

~

~

,

.. .

. .:. .: . . .. ... . ." .. .., . . :

.

""

. '

. . . .. .. . . . ~

.................. ••••

.. .

:

. .,.

.

~

.. .

,

..

~

.

...

. . "" .

.

~

.

.'" . ..

.., ... . . ... ~

.

.

.

.

o. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • o. • • • • • • • • • • • • • •

100

[s]

120

140

1eo

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de gesloten machine bij blokkering van de rotor) ui tgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor 7). De sensor is niet in de luwte van de - aan de aandrijfzijde bevindende - sta torspoelkop geplaa tst. 100 r---l

U '-----J

~

;::j ~

~

('<j ~

ill ~

S

ill

f--t

·. .. . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . eo .. .. .. .. ... .... . . . . . . . . . ... 70 · .. .. . .. .. . . .. .! . . . . . . . . .. . .! .: .... ' . eo · ...........•..:· .. .. .. . .:. . . . ·· . .. .. . ·· .. . .." . O'... . • • . ••. . .. . •.••..•.. . " 50 ............................. . . .. .. . ··· . . . . . , . . . . .. ·. ... ... .. .. ... .... 40 . . . ··· .. . . . . . ... . . . . . . . ... 30 .. ·· ... ... ... .... ..... · . · . . . . . ...............·' 20 . . . . . . ..

···· · ·· · -0-·· ···

gO

• • • • • • • • • • • • • • '0' • • • • • • • • • • • • • • • , • • • • • • • • • • • • • • • '0' • • • • • • • • • • • • • • • ,

".0 • • • • • • • • • • • • • • • / • • • • • • • • • • • • • • • '".' • • • • • • • • • • IO •• " . , • • • • • • • • • • • • •

• • • • • • • • • • • • • • •: - • • • • • • • • • • • • • • • ~ • • • • • • • • • • • • • • • -: • • • • • • • • • • • • • • • • ~ • • • • • • • • • • • • • • • •: - • • • • • • • • • • • • • • • ~ • • • IO • • • • • • • • • • • ~ • • • • • • • • • • • • • • • • :

•

•

0

•••••••••••••0

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•••

•••••••••••••••••••••••••••••••

0

••••••••••••••

~

~

20

,

~

~

,

•••••••••••••••

' ••••••••••••••••• ,

,

••••••••••••••••: ••••• O'O' •• O' •••••• :.O' •••• O' •••••••••: •••••••••••••••• ~ •••••••••••••••

40

eo

eo

Tijd

100

[s]

120

~

140

t,

. O'. .

••••••••••••••

~

1eo

.

.

De gemeten temperatuur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de gesloten machine bij blokkering van de rotor uitgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor A), l

100

· . . ·· .. .... ·· . . . . : eo ...............:· . . . . . · . .. . 70 ·............. · . . . . . . . . . . . ... . . . . . · .. .: .. . .. eo ..... .. ·· ... 50 . ·· .. · . · .. . 40 ·· . ·· .. ... . : : 30 .......... .. ··· ... . 20 · . . gO

r--l

U

0

L-..J

~

~ ~ +...:>

C\S ~

ill ~

El

ill

~

• • • • • • • • • • • • • • e• • • • • • • • • • • • • • • • • ,

. .. ..

• • • • • • • • • • • • • • • e• • • • • • • • • • • • • • • • • ,

~..........

~

~ ~ ~

~:~ ~ ~ ~

~ ~.

~

~ ~} ~

~ ~ ~

~ ~

•

•

..

•

•

•

•

•

..

•

..

•

•

•

•

••••••••••

•

~

.

.

. ~

0

••••••

•

•

•

•

•

•

••

•

•••••••••••••••••••••

,

~

~

•

•

0

••••••••••••••

•

•

00·

••••••••••••

•

o

20

40

eo

: ... .. ... .. .. ... .

0

••

. .. .. 0:.. I . .

. ... . . .

_.0 .......•••..... I

~

. .:: .. .. . . .. .. . .. .. .. ... .. . :. .. .. . .

••• 0

,

•••••••

100

120

,~o

•

•

Tijd

.

. :..

•••••••••••••••••••••••••••••••

00 • • • • • • • • • • • • • • • •

0

[s]

_

••••••••••••••

~

.

••••••

~

eo

. .... .. . .. .

~

•

0

~

.. .. . ..

e• • • • • • • • • • • • • • • • • ,

.

•

110

•••••••••••••••

. .... . ... . . .. .

~

•

•

~

•

•••••••••••••••

~

~

~

. .. .. .. .

.

.

.

•••••••••••••••••••••••••••••••

~

I ••••••••••••••• , •••••••••••••••• I

.

~

.

0

~

•

~

.

. ,eo

.

De gerneten tern peratuur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de gesloten machine bij blokkering van de rotor uitgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor B), J

100 r--;

U

.. ........................ .... 0:-

gO

.

eo

.. ......

~

.. .. .. .. .. ..

50

ill

Pi

40

S

ill

E--t

: . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

...............·.·_ · .... .. ... . ··. ··· ...... . ···: .. . ··

eo

-+-'> ~

.. .. .. .. .. .. 10

....

~

C'0

.

..

.

..

.. ..

..

.

:

~

. .. . .

!

..

..

:

. . . .

.. .

. . ..

. . .

.

. .. .. .. .

70 ;:j ;:j

. : . . . . .. . . . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . . . .. ~

...

~

.. ..: ... .

.: · . · ................................ · .,.

~o

:

20 0

20

40

.

. . . . .

:

:

:

. .

... .. .

..

.

.. :...................

... .. : .. .. ....

i

:

;

:.

..

.. T--~'-~.~~.-~'--J . . . .

.: .. .

... : .... : ... . .: .. .

eo

eo

.. :.,

"

"

Tijd

... : .. .:. .. ..

.

: .

.

. 100

[s]

... :

... .: ... . . : , . . 120

,.

.. : .. ..

,. ...

,.

.. 140

.. . : ... .:

.-. ..

:.

1eo

.

.

.

. .

De gemeten temperatuur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de gesloten machine bij blokkering van de rotor) uitgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor C), 100 ,-,

U

gO

eo

l...--J

...............:

70 ~

~ ~ ~

. .....

~o

....

Q)

P-i

..

40

.. .. .. .. ..

S Q)

~

.. . .. . :..

,..

··· ·-

.-

--.

.:. ....

20

40

eo

.

. .

.. ..

..

eo-

.

.

.,

..

..

.

... :

..

eo

~

(\S

:

,

.

:

·

..

:

. . .

~

..

:

30

•

20

.o • • • • • - _.o - _ • • .o .o.o• .o • • • • .o.o • • • • • • • • , . _ .. .o _ . - _

0

..

.

.. .. .

.

~

: ..

~

. .

.. .. .. ..

. . ..

-

:

• - - -

.o• .o.o • • • • • • • • • _.o - - ,

. ... . .

. . . .. . : ... . .

. .. ..

i ..

.o

eo

Tijd

:

.... ..

- - -

- - - - - -

.

_ • .o,

100

[s]

- -

.o.o.o

... . .

_ • • • • .o • • • • _.o. -

120

-.

.. ..

..

, ..

: ,

.

.... .

..

..

- - - - -

_ •• _ ••••••••••• -

140

..

_

_ • .o

: -..

...

.o • • • _

.o.o.o

1eo

_.

.o

_

De gemeten tempera tu ur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de gesloten machine bij blokkering van de rotor uitgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor D). l

100 r---I

U

gO

.. ~ ....

·

·

eo

.

. . . . .. .. .. . .. . .

70

.

.·: . ...

~

~ ~

80

C'0

!!I 0

·...... ....... · . ·

O-i

40

....... ....... ~

S QJ

30

.... "" .. .. .. .. • • • • •• •• • •• • • •

~

~

·· ···

GJ

~

:

·..

............................................................................

L----'

••

•

· ·

:

:

:

o.,

.

. . . ;

. . .

....

.

.

..

..

.:

.. ..

: .. .. ..

..

.. . ." " •

.

·· · ,· ..

.! ..

.. ·.

..

..

:

. .: . ...

..:

.. : ... .: .... ..

•••••••••••••••••

.

·0·

.

.

20

40

eo

eo

•

•

TiJd

.

:

'.

..

:

..

:

:

.

..: ...

..

..:

.: .... :.. ...

..: .. ...

,.

. ,. .. .: . .. .,. .: .. ... .. .: .. : : : , ....••........ .................................................... . . . .

.: .... .. :

_

. .

, •••••••••••••••. ' •••••••••••••••• t • ••••••••••••••••••••••••••••• • ',.

.. •••••••••••••••

:

. .

·

•

i . .

!

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• _

•

0

. . .

:

.

:. .. . ..

""

: · ............ .......•............ ,

20

.:-

. . .

:

0

0

0

•

100

[s]

•

0

0

0

•••

00

•••• ' ••

0

•••••••••••••

•

120

,

•••••••••••

0

140

'0.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . '.

•

1eo

De gemeten temperatuur van een in een rotorgleuf gelegen spoel van de gesloten machine bij blokkering van de rotor) uitgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor E). 100

,---,

U 0

.

.

gO

......................... ... :-

eo

...... .. ..

70

···············r···············:

eo

.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

~o

• • • • • •• • •

40

• • • • • • •.

.:50

••

20

•

.. .. .. .. ..

L......J

.

. .

:

:

.. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

..

.. .. .. .. .. .. ..

..

: . ~

~

C'0 ~

Q)

Pi

S Q)

~

0

,

•

••• "

.

.

.

:

..

. .

.

.

.:.

.

.

. .

. .

i

:

:

.

.

.

.

. .. :..

.

..

..

°0

I

0·

• •••

.. .. .. .. .. .. ..

..

• •••••••••••••• ,

:

:

,

:

."'" . . .

.

20

•••••• ,

,

oo • • • • • , . ,

,

, •••••••••••' ••••• ,

,

40

eo

.

••••••• "

eo

Tijd

•

,

,. , ••• '"

,

100

[s]

120

140

... : ..

.

oooo • • • • • • • • • • • •

:

~

. . . . . . •• '.' ,

..

e

oo • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • oo • • • • oo

•••••••••••••••• ,

oo

..

~~~~:~~~.:~~~~~~ :~~~

.. .. .. .. .. ... . . . . . : : : : : : : · .· .. .. .. .. .. · : : : : : : • •••••:•••••••••••••••• ••••••••••••••• . :..•..•..•••••••••:•••••••••••••••• i ••••••••••••••.•:.••••••••.•••••• \ · .· .. .. .. .. .. : : : : : : ·. .. .. .. .. .. . ... · .. . .. ·. ... ... .. . .. . · . . . . . . • •

···

!

_

~

~ ;:::j

:

...

. .

.. . . .. .. . . .. ..

.

,

:-

~

. .

.. : ., .,. . :oo

,

, • • • '10

·oO

1eo

.

, , , ,

,.

.

De temperatuur van de hot-spot als functie van de tijd van de open machine gemeten onder nominal bedrijf (sensor 5), De sensor bevindt zich op een spoel in een statorgleuf, ,....,

U o l....--J

:-

40

-:..... . : . . . . . . . . . . . . . . :

:

~

3!S

~ C'i5

30

;:::j ;:::j

• :

~ •

:

~

ill ~

S GJ ~

===.~~

50C=====~=.~~. . . . .

45

:

~.

2S

:.

20 1!S

:

L....-

o

.. . . .

1000

:.................

.

!

: :

• :

:

•

:

,

~

.

~

• :

~ •

!

.. .

. .. ----'-

2000

:.

,

.. . . . ....&....-

3000

Tijd [sJ

:

j

..

:.. ~

..

.

.

..

:

:

:

..

;

:

:

.

.

. . " . . . . . . " . . " • :

•

: :

: : ···· .. · .. ········i······ .. ······· .. ·····~. ..······· .. ······· .

:.

~

:

• :

•

:

.

.j

:

•

•

: :

.

:

.

.

j ••• . . . . . . . . . . . . . . . . . . .:

;

..

:. .. . . . ---"-

4000

:. .. . . . ----'

5000

.... ... .. ....&....-_----I

eooo

De temperatuur van de hot-spot als functie van de tijd van de open machine gemeten bij nominaal bedrijf (sensor 5) met aftrek van de temperatuur van de omgeving, De sensor bevindt zich op een spoel in een statorgleuf. 30,..------.......-------.-------,-----......,..-----,------r---......,

,-,

u •

L.-.I

25

: .

·· '"

20 ,~

10

~.....

·

~

.:

... .

!5.

...

.:

·.. . .

o

:· ··

···

:

:................

. " . ' .. .. .: .: : ·· .. ... · . : : :: ·· . .: ·· ; ; . . . . . .... . .. .... .. ; ... ... ..... . . . . .. . . ! .. .. ..i ... . .. ... .. . ~

" " "

0

0'

~

~

;

~.o

.

:

,

. .

.:

:

..

::

..

...

...

:

.. .. :

:

.. ..

..

....

:

:

....

.

...

.

..

.. ...

.

. .

. ..

. . •...........••.....:...••.

..

' '

.. 0 •••••••••••••••

·i····

... ..

.

-~~---------------------'-----------""'-----------'" eooo 4000 ~OOO 2000 3000 o '000

TiJd

[sJ

De temperatuur van de hot-spot als functie van de tijd van de gesloten machine gemeten bij nominaal bedrijf (sensor 7). De sensor bevind t zich op een sta torspoelkop, 1 20

r-----------r-------r-------r-----~---"""T"""---_,_---"""T""-__,

................ ·:-

r--1

.

U

100

····

L-...J

··

eo

.: .. .. ..

. : . .

·

:

:

:.

.

:

.

... ~

:

~ .

.

40

:

:

~

~

. . " . . . . " " .. " . . . . " "

20

o

;

..

. .... ..

;. :

;

.... .. . ; ...

~..

.

i

·

: : : " . . . . . .

~o

. . . . " " .. . ." " . . . . "

:... . . . . . ·· · ···

............ ;

.

:

:_

. ~

.

.

;

;

o!

.. .. .

.

;

..

..

. . . . " " . . " . . " .

..

:

~

~

:

;

;

i

~

1000

2000

:5000

4000

!5000

eooo

7000

15000

Tijd

[s]

.

; .

. . . . "

.. ..

~

De temperatuur van de hot-spot als functie van de tijd van de gesloten machine gemeten bij nominaal bedrijf (sensor 7) met aftrek van de temperatuur van de omgeving. De sensor bevindt zich op een sta torspoelkop, ,---,

.

U

eo

............... . 0:- . .. . . . . . .. .

··

·...

L..-.J

.

................,

60 ~

:

ro

...

. :················1"················l················,·· .

:a : . . " . . " . . " . . . . " "

40

~

Q)

: :

P-t

8

........... ~

20

Q)

E-< o

:

o

'000

.:. . . . .

.

. .. .

;::j ;:=' ~

:.. . . . . . . . .. . . . .

~

~

~'" .......................... • :

~

~

:

: :

~

2000

:

..

..

:

!

...

... ..

.

:

\

~

i. .. .

: . . . .. ;

;

~

;

.. .. . ..

.

~

.

; . "

~

'"

: :

.:

~ :

!

.3000

4000

~ooo

Tijd

.

[s]

: eooo

: ~

7000

~

; . eooo

De gemeten temperatuur van de hot-spot als functie van de tijd van de open machine (sensor 5) en de temperatuurcurve als functie van de tijd berekent met behulp van curve-fitting, De machine is tijdens deze meting nominaal belast, .30 r--------,--------.-----~----.....,......-----.------......-----____,

·

2~

.:

:............. . : ~:J:.:.:.:.::..;.:.:.~--+-....-r"l":-:-:-:~~:":"':":"':":":":':":::-:-::":"':":":'~=7:":", ~

o

L-.J

···················i·······

20 1,5

. ~

10

·· :

~

.·

;. .:.. ·· .. .. ·· .. . ;o ••••••••••• o••••••• ••••••••..••••••••••• :••••• ·· .. .. . . ·· . : ~ ; .. .. .. . : : ~

0

.0 .••••.•••••••••• ~ ••••••• ••••••••.••• : ••••••.•••••.••.••.• :

: ~

o _~~

o

-.i.

1000

: ~

•••••••••••••• :

... ;. ...

. .. . .

••••••••••••••••••••

;

.. :

.

.

~ •••••••••••••••••••

:

..

: •••••••••••••..•••• ; .••••••••••••••••.•• : •••••••••••••.•••••

:

:

~OOO

4000

~

~

---""'

2000

·· · ;. ... . .. . :

.....o...-

Tijd

[sJ

·······r·······.. ······.. · : ~

....&...-

~OOO

.~

~

eooc

. -J

7000

De gemeten temperatuur van de hot-spot als functie van de tijd van de gesloten machine (sensor 7) en de temperatuurcurve als functie van de tijd berekent met behulp van de curve-fitting, De machine is tijdens deze meting nominaal belast. ·

eo

;. .. .. ...

~

·· ·

··· 60

................•..............

40

:

20

·· ·····r··········

. ··· ... ..... ··· . ·. . .. "...

..

.

:

:

.

;

:

;

.

~

~ ..

.

\

.

·r···· ~

;" ·1 ············· \

·

:

~

~

:

:

:

.

.

1000

2000

3000

4000

~ooo

eooo

7000

~

o

. .... ....... ..· . . .....

.

~·················r················r···············:··

~ . .. .. .

o

:

..

.

:

Tijd

[s]

~

eooo

De gemeten tempera tu ur van de hot-spot als functie van de tiijd van de open machine bij afkoeling (sensor 5). De sensor bevindt zich op een spoel in een statorgleuf. ~o 4~

r---------r----"""T"""----or--------ro----...,......-----------.----, · . ;: . ....... . .. .. . .. .. :". 0:. :. :. I °:°' . . .

.... .

40

:.j

3!S

·

30

:

:

:j". .. ·.. ··· ..····· :.f······.. ····..· :.j

······· .. ··r. . .;

~...

.

.; .. :

:

·· :

.

!

~

"

·· .. ·· ... · . . : ;

2~

20 1 !S L..-

o

~

---'-

o.~

;

.

~

:

:-

.

..: .:

.

.·. ... ~J·:===7·==::::-:-:-:-:-b:::-:-:~~~~---l~J . . . .. ·

.

..

.. . . .;.

~

~

~

j

,

. .. :

:

~

~

-'--

1

----'-

~

---l....-

~

.i.....-

~

.

----'-_--J

2

.~

TiJd

[s]

)(10·

Ret gemeten temperatuurverloop van de omgeving van de open machine tijdens afkoeling. De sensor is in een blokje messing geplaa tst en rondom voorzien van warmtegeleidende pasta ~o

,...-------,.--------,-----"""'T""----...,.....------r------.....--------r----,

45

I-

~

~

~

~

40

I-

~

~

!

~

.

.

.

.

.

j. .

.

.

:• :

:•

35 I-

30

2~

I-· .. ··• .. • ..

I-

20 f1

~

L....-

o

~ •..••....•....•.... ~

···i·..· · ···.. ······~.. ·····..· · .

~

· ·· ·. j

.

.

.

.

.

~

-

~

-

~

-

.. .

·······i......·· ·······.. ··~ ..··········.. ·····i·..··..··....·····. . ~ ..····.. ···.... ···i·....·····.... ······~ . ·····..·....···..·....... !. ijl~ L L .~ .~ .. .... .

----I.

o.~

. .

:• : . ... . ..........

1

1

~

.. --'-

' I . ~ :

.... .

..........

.~

2

Tijd

[s]

.. . .

.......

2.~

.•

: ...

.

:' - -

~

-

... :. ----i._---I

3 )(10·

to'

...... '

c..........

f--"

PJ 00 ([)

(Xl

w

De gemanipuleerde temperatuur van de omgeving als functie van de tijd tijdens afkoeling van de open machine,

__----.....,..-....., . . ···;···· .. ······· .. ··· .. ·~ ·· .. · ··· i······. . .

~o r-----.......,r-----.......,r------........,----~----___._----

.

L--.J

·

4~ _

:

40 _

· ··

.:5~ r30 1-

2~

~

~

;

:

. ~

.~ . ······· .. ··~···· ..·.. ···· ..

~

:

_

j

~

20 _

~ ···

;

1

~

L-

o

·

--'''''---

o.~

1

L-

.

.

:

:

. . .~. ~ . . .. .. ~ ~

·····i·.. ··..· ······.. ..····· · ···i··· ; ~ : : ~ : . ) ~

i

. ~

···.. ···.. ·~·· ..·..· ···

~

---L.

.~

2

Tijd

[sJ

~······-

L -

~

~

-

~

~

-

.

.. . . . : -1 '-----''

,

-

~

:

;

..

~

---'-

.

......._

......

2.~

x10 4

De gemanipuleerde, gemeten temperatuur van de hot-spot als functie van de tijd van de open machine onder aftrek van de temperatuur van de omgeving, Tevens de tem peratuurcurve als functie van de tijd berekent met behulp van de curve-fitting . .:50 ,---,

2 !!>

L......J

20

u

r------r----..----~-----,---____.---_r_--___._---.__--....,.....--___.,

;. . . . . . . . . : .."

~

:

: :

........[

i

··········; .. ······ ..

....... :······.. ······1. .. ···· :

~

~

=.. .. . . . . .

o

;

_~L...-.

o

; .. .. .. .

~ ~

~

. .

: . . .

;

;

:

::

_ _.........._ _----I..

0.2

:...

0.4

:. . . . ..

.

;

; .

~

~

: . . .

:; . . . ..

:

.

. ·······~········ ..·.. ·~· ..·..··· .. ···i····..··· .. .

. . : . . . .

~

~

;

~

.

~

d

==~.~---~~~~ ~

. .

..

~

~

:

~

""""--_ _........._ _----io

~

0.8

1 .2

0.6

..

::::: ~ j

····1··.. ··..·· ·~..··.. ·····.. ··~·· ····~·· .. ·······.. ··~···· ..·······.. ~

:

'0

:

~

,

TiJd

[s ]

.

~

:

----I-_ _

1 .4

i

:

~

i

..

~

.

.. .........

----'~

1.e

.

1.8

2 )(10·

tJj

....... ~

.

.......... ~

00

en

00 l.J)

De gemeten temperatuur van de hot-spot als functie van de tijd van de gesloten machine bij afkoeling (sensor 7). De sensor bevindt zich op de statorspoelkop. 120 r--1

U

.................. "

100

:... . . . . .

..

"

~

0

L-.J

eo

. . . .. . "

~

;::j ~

~

H

~ "

":" ".. "" . " ...

"

"

0:-

"

~

. .

""".. """ "

": "

..

"

"..

""

"

.

""

.. :

~

~

"

.

"" ":

" .. "

.. " .. "

~

"".. "

""

""" ~

·

.

.. ;

-:

"

""

! "

:···················t···············

"

"

"..... ..

.

"

.

~

"

"

~

" . . . . . . " . . . ... . . " "

eo

"

..

"

..

"

:-.

"

,

~.

. .

"

H

":-.

.

j .

'

.

OJ

P-l

S

:

.

....0

.... "

!"

o

··

Q)

~ ..... "

20 0

" ""

.

~..

.. .. .. .. ..

o.~

"

.

.

:-

1

!

1

"

:

"

:-

"

"

..

i

.

"

.

"

.~

Tijd

"

.

"

2

2.~

..

~

.

'

:. . . . . . . . . . . . . . .. . .. i ...............••.• ~ ..••••..••.•••.•.•.. ~ •.•. ..

[s]

3 )(10 4

De gemeten tempera tu ur van de hot-spot als functie van de tijd van de gesloten machine weergegeven op een verkort tijdsgebied onder aftrek van de tempera tuur van de omgeving, 100

I

r-----------,,....-----------.---------.-------__._------....,

,---,

u

eo

i········ .. ·············

. . . . . .

:-

· . · .. ·

. . . .

:

:

.. ..

..

:

:

· ··.

.. . :

~

:

.

:

i······ .. ·····················)·· . . .. ····· .. ·.. ····· .. ······· .:.

eo

"

.... 0

.. .. 10

20

:-

. .

i· .. ·

.

o

o

. .

.. ..

· ·:· ·

··

...... ,

~

;

;

0.5

1

. ..: · ··· .

o.

[s]

;

.

.... :

. . . ... ..

o.

:

o.

. ...

IO

..

:

..

:

·

, .

.

1.5

2

2.5

:

Tijd

.

....

.

..

)(10'"

De gemeten temperatuur van de hot-spot als fuctie van de tijd van de gesloten machine bij afkoeling (onder aftrek van de temperatuur van de omgeving). Tevens de temperatuurcurve als functie van de tijd bereken t met beh ul p van de curve- fit ting. '

"

; ·· ·

:

··· .. .:.

. . :

........................ ·:

eo

: .. ..... . ... .

~

·· · :

....... ·

:~

~

40

··

:

:.: ...... .

,

..

::

20

~

o o

..

.

;"

eo

..

::

··..... ·· ··

.......

~

:

:

o.~

1

~

! 1

Tijd

[s]

.~

.

:. .. .. ..: ;

....

.

.

:

,.: . :: .. ~

. ...

.

.

·······..····· ···1·..·····..· ·..·..·· ..··· 2

2.~

Student: Datum: Programma naam: Afstudeeropdracht:

Bijlage 89 Theo Smits 24-03-1994 param4.m Intelligente motorbeveiligingsschakelaars meting 1e machine

Het programma berekent de modelparameters (Gl.G2,Cl ,C2) welke In het thermlsche 2e orda-model voorkomen (opwarmcurve hot spot T1). Het programma berekent eerst C1, daama G1. Bij G1 heb Je twee mogelijkheden G1a en G1b (2e graads poIynoom vergelijking). De substitutie van belde in G2 levert weer twee mogelijke oplossingen (G2a en G2b). Vanuit hier worden ook weer de belde mogelijkheden van C2 berekent (C2a en C2b). De combinatle van a of b is goad. clear;

c1g; de; Tau1 = 1399.2; Tau2 = 227.6332; dT1 =24.1306; dT2 = 2.2824; P1 =633; P2=916;

% Inveer van de grootste tijdcons18nte % Inveer van de Ideinste tijdcons18nte % Invoer temperatuur behorende blJ grootte tijdconst. % Inveer temperatuur behorende bij Ideine tijdconst. % Inveer to18le kopervertiezen % Inveer ijzervertiezen in de statorkem.

% Hier begint het daadwerkelijke rekenprogramma E = «1 jTaul) + (1 jTau2» /2; F = «1 jTau2) • E); H=E+F; 1= (E"2 - F"2); P=Pl +P2; A=I*(dTl + dT2); B=«A*H) • (dTl*I*2*F»/I; C1 =P1/B; Z = Cl* «A*C1 )-(E*2*P» /P; Y = (Cl "2*1) - «Pl *C1"2*I)/P); G1a= (-Z + (Z"2 -(4*Y»"O.5)/2; Gl b= (-Z - (Z"2 -(4*Y»"O.5)/2; G2a= ('*P*G1a)/«A*G1a)-(Pl*I»; G2b= (I*P*G1 b)/«A*G1 b)-(P1 *1»; C2a= (Gla*G2a)/(I*C1); C2b= (G1 b*G2b)/(I*Cl);

Student: Datum: Programma naam: Afstudeeropdracht: Filenaam Input: % % % % %

Bijlage 90 Theo Smits 24~-1994

discr1.m Intelligente motorbeveUiglngsschakelaars meting 1e machine temp30_2

Het programma slmuleert In het tijd-discrete-domein het vertoop van temperatuur T1 en temperatuur T2 van het tweede orde model. De imoer van het programma dient te bestaan uit de modelparameters G1,G2,C1 en C2 a1smede de vemlOgensdissipatie van de koperwikkelingen en de Ijzervertiezen.

clear; load temp30_2; Ts=50; totaltime = measuringtime;

% Invoer van de iteratietijd % invoer van de totale simulatietijd

G1 =76.66; G2=85.31; C1 =2.3E4; C2=9.0E4;

% % % %

P1 =633; P2=916;

% Invoer van de totale kopervertiezen % Invoer van de totale statorijzervertiezen.

% Nu begint het programma

A= [(-G1/C1) (G1/C1) (G 1/C2) -(G 1 +G2) /C2]; B= [(l/C1) 0 o (1/C2)]; P= [Pl

P2]; tt(1,l)=0; T1 =0; T2=0; T1(1,1)=T1; T2(1, 1) =T2; y=[T1(l,1) T2(l,1)]; N =totaltime/(Ts); [Ad,Bd] = c2d(A,B,Ts);

Ad; Bd;

invoer van invoer van invoer van invoer van

de de de de

modelparameter modelparameter modelparameter modelparameter

G1 G2 C1 C2

for n=l:(N-l) X=Ad*y + Bd*P; T1 «(n+ 1),1~ =X(1.1); T2«n+ 1),l)=X(2.1); tt(n + 1),1) = n*Ts; y=X;

end; for n=l:N TTl (n,l) = (fl (n,l)); TT2(n,l) = (f2(n,l));

end; delete p1otl.met; axis([O totaltime -5 30]); p1ot(tt,TT1,proef30(:,ll),proef30(:,5)); titJe('Tl =f(t) tijd~lscreet geslmuleerd'); ylabel('temperatuur [C]'); x1abelCtijd [s]'); grid;

pause; meta p1otl.met; delete p1ot2.met; p1ot(tt,TT2); titJe('T2=f(t) tijd~iscreet gesimuleerd'); ylabel('temperatuur [C]'); xlabel('tijd [s]'); grid; pause meta p1ot2.met;

28

De berekenlng wordt In matrix-vorm uitgevoerd, de berekening kan echter ook in vectorvorm worden uitgevoerd.

De gemeten temperatuur van de hot-spot als functie van de tijd van de open machine bij opwarming (met aftrek van de temperatuur van de omgeving) alsmede de via de tijd-discrete methode berekende temperatuur Tl als functie van de tijd. 30 r-----......-------.-------.-------.-------.,.-----....----~

20

· · ,.....

1

~

25

~

·

~

10

.: . .

5

.:

.

.. ..

_ ~

o

j

. ·· · .·: ··· · ; .·. .·

.: . . ..

;

. .

.:

. . ...

.:

..

.. : ....

.

:

" " " "

. . .. ..

.

.. ... ---'-

1000

2000

3000

. ~

.

.. .. .

.. ...

. ..

: . .. ..

. : ..... .

.

..

~

:

...; ..

.

.. ...

--'-

4000

[s]

.. ..

..

. ...

;

~

TiJd

.

:

.. ... .. . . . . ' .: . .: .. .. ; : :

~

·····

:

1..-

~

. ; ... .. """"-

.

o

1' , . ·~~~:.::..:.:.:.:.:;.:~--+-........-:'~":":":"':"~~:":':":":'':7:7:::-:'':''':'~~:::::l y............... . : '

... . ----". ~ooo

"--_--1

eooo

De gemeten temperatuur van de hot-spot als functie van de tijd van de gesloten machine bij opwarming (met aftrek van de temperatuur van de omgeving)) alsmede de via de tijd-discrete methode berekende temperatuur Tl als functie van de tijd, r---1

U

.

eo

.

...........................:-

o:"

.

•

o.

~

.......................... ~. . . . . .

..

.

o o o

ESO

:

~ ~ ....:>

C\S

40

..

••

..

..

• :

. . ... .

~

ill

Pi

S

..

...........:.

20

ill

E-<

........ ........:

0 0

1000

0

~

o

0

0

•

0

•

0

;

0

~

:

~

2000

3000

:

0

:

. . "

..:

: : . . . . . . : . : .

~

:

'

:

:

.

: ~

.

0

..:

.

;

• •

~ o

..

0

;

~

::

0

L-J

~

..

i

:

.

~

.. " .. ..

~

IO

i ~

. ..

.

.

~

.

;

.

: : : "

;

;

;

4000

~OOO

ESOOO

Tijd

[s]

;

7000

; eooo

,

Student: Datum: Programma naam: Afstudeeropdracht:

Bijlage 93 Theo Smits 24-03-1994 parall.m Intelligente motorbeveiligingsschakelaars meting 1e machine (Afkoel)

%

% Het programma berekent de verhouding tussen de modelparameters % (Gl,G2,Cl,C2) welke in het thennische 2e orde-model voorkomen % (afkoelcurve hot spot).

dear; clg;

dc; Taul = 1.0694E4; TaU2=692.6256; dTl = 19.0242; dT2=6.3178; C2=1000; Tl =26; T2=18; E= «1 fTaul) + (1 fTau2))j2;

F=«lfTaU2) - E); A=dTl*2*F + Tl*(E-F); j=(A- (2*E*T1))j(T2-T1); b= (E"2-F"2) * (T2-Tl )j(A- (2*E*T1)); a=2*E-j-b;~

Gl =C2*a; G2=b*C2; Cl =Gljj;

% % % %

Inveer van de grootste ti]dconstante Inveer van de k1einste tijdconstante Inveer temperatuur behorencle bi] grootte ti]dconst. Inveer temperatuur behorencle bij k1eine tijdconst.

% Inveer van de begintemperatuur Cl % Inveer van de begintemperatuur C2

Student: Datum: Programma naam: Afstudeeropcfracht: Filenaam Input;

Bijlage 94 Thea Smits 24-04-1994% discr12.m Intelligente motorbeveiligingsschakelaars meting 1e machine temp31_3.mat

% Het programma s1muleert in het tijd-discrete-domein het verfoop % van temperatuur T1 en temperatuur T2 van het tweede oreIe model. % De Invoer van het programma dient te bestaan uit de mode/parameters % G1,G2,C1 en C2.

clear; load temp31_3.mat T5=5O; tota/time = measuringtime;

% invoer van de iteratietijd % invoer van de totale simulatietijd

G1 =-{).0352 G2=0.0911 C1 =-23.7362 C2=1000;

% % % %

P1 =0; P2=0;

% invoer van de totale koperver1iezen % invoer van de totale statorljzerverfiezen.

T1=26

% begintemperatuur van C1 % begintemperatuur van C2

T2=18

% Nu begint het programma A=I(-G1jC1) (G1jC1) (G1jC2) -(G1 +G2)jC2]; B=[O 0

o 0];

P=[P1 P2];

tt(l,l)=O; T1(1,l)=T1; T2(1,1) = T2;

y=[T1(l,l) T2(1,1)]; N =totaltimej(Ts); [Ad,Bd] = c2d(A,B,Ts); Ad;

Bd;

Invoer van invoer van invoer van invoer van

de de de de

modelparameter modelparameter modelparameter modelparameter

G1 G2 C1 C2

for n=1:(N-1)

X=Ad*y + Bd*P; 27

11 «n + 1),1 ) =X(l,l); T2«n+ 1),1) =X(2,l); tt«n + 1),1) = n*Ts; y=X; end; for n=1:N TTl (n,l) =(Tl (n,l)); TT2(n,l) = (T2(n,l)); end; delete p1otl.met; axis([O tota/time -5 30)); p1ot(tt,TT1,proef31 (1 :1830,11),proef31 (1 :1830.5)); titJe('T1 =f(t) tijd-
:n

De berekening wordt in matrix-vorm uitgevoerd, de berekening kan achter ook in vectorvorm worden uitgevoerd.

De gemeten temperatuur van de hot-spot als functie van de tijd van de open machine tijdens afkoeling met aftrek van de temperatuur van de omgeving) alsmede de via de tijd-discrete methode berekende temperatuur T 1 als functie van de tijd, 30 . - - - . . . . , - - - - - . , . . - - - . . - - - - - - . . . . , - - 2 ~

..

It

•••

'".

'"

~ : :

••••

•••••••••••••

:

••••••••••••••

:

•••

~

IO

....... :

15 10

.

' " .

:...

.. . .''"" .'" '" '"

.

'" '"

; •• '". '" '" •• '" '". ," •• : ••••• '" '" '".0 ••

~

. . ' . . , , "

-!5 ' - -_ _........_ ._ ' .--I-

0.2

~_.:

0.4

;

:

~

:

'"

:

o

!

;

• • • • • • • • • • • • _: '" '" •••••••• '" '".

o

:-

i

;

IO

: . IO

~

~

~

~

:

!

:

'"

;

:

.

.

.

i

.

: :

.

:

~

'"

:

'"

'" '" '" ''"" ' " .

-:

.

'".~ ••••• '". '". '" •••••:. '" •••••• '" '" '"

:

'"

:.

. '" ••• ••

~

'" '" •• '" '"

.

(

. : : ; :

.: ''"" '"

~

IO

j···········..·;..······ ··1··.. ·······.. ··~···· ..···..··..i

........ ~

20

0;

---..--------..

: : : : :

: :

L..-...J

'"

---.....-----.----

"""

•••• '"

. .. ",""

"

. I

'"

.

'"

:

~

:

:

;

;

. . . . ." . .. . ". . __ . ---O"' : ": ' -_ _--'-. :

.&..-_--0...1

~

0.8

, .2

1

Tijd

[s]

1.4

, .8

1

.e

2 )(10"

De gemeten temperatuur van de hot-spot als functie van de tijd van de gesloten machine tijdens afkoeling met aftrek van de temperatuur van de omgeving alsmede de via de tijd-discrete simulatie berekende temperatuur Tl als functie van de tiJd. l

·

L .-.J

40

o

0.!5

1 .!5

1

Tijd

[sJ

2

2.!5 )(10 4

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de open machine bij blokkering van de rotor) ui tgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor 7), Alsmede de via de tijd-discrete methode berekende temperatuur Tl als functie van de tijd. 1 00 ,....-------.,....-------~-----.........- - - - - - _ _ . _ - - - - _ ,

,---,

.u

eo _

~ ' ' '

~

~

. . .

' ..

60 f-

40 _

20 -

··1····..·······..··············.. ~······· .. ·· ..··········· ·· · ···

.. .. ..

1

··~~·······~······· ..

;

:

··2··..

~

~

.. .

.~

: ~

:

:

+ .. ..

~

: .

:

-

-

-

... ···· .. ·· . 01....----------------.........- - - - - -.........- - - - -..........-------' o

~o

1 gemeten temperatuur 2 berekende temperatuur

1~0

100

Tijd [s]

200

De gemeten statorspoelkop-temperatuur van de gesloten machine bij blokkering van de rotor) uitgevoerd onder verlaagde voedingsspanning (sensor 7), Alsmede de via de tijd-discrete methode berekende temperatuur Tl als functie van de tijd, 100 , . . . . . - - - - - - . - - - - . . . . . , . . . . - - - . . . . - - - - - - , . . - - - - - - . - - - - . . . . . , . . . . - - - . . , . . . . . - - - - - . . . . . . - - - - - - ,

u

eo

;

~

: : ···

~

·..

.

60

.. .

:

~

. :

. ' 1". . . . . . . . . "

:

~

.

..

20

1 gemeten temperatuur 2 berekende tempera tu ur

: " .

. o

40

Tijd [sJ

;

. ' . .. ." "

:":

'

. .

", •

. .

LITERATUURONDERZOEK In het kader van het afstudeerprojeet ''Tweede-orde thermische modellering van een beperkt aantal kortsluitankermachines ten behoeve van motorbeveiligingen"

Contractonderzoek tussen TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN & HOLEC SYSTEMEN EN COMPONENTEN B.V.

Naam: Id.nr: Vakgroep: Hoogleraar: Mentoren:

Datum: Versie nr:

T.L.W. Smits 351717 EG/EMV Prof. Dr. Ing. H. Ryanto Dr. Ir. V.K.1. Kalasek (TUE) Ir. R. Kerkenaar (TUE) Ir. R. Ritsma (HOLEC) Ir. M. Groenenboom (HOLEC) 1-11-1993 tjm 5-2-1994

3

Inhoudsopgave 1.

Inleiding

1

2.

Uteratuuropdracht in het kader van de afstudeeropdracht 2.1 Omschrijving afstudeeropdracht 2.2 Omschrijving literatuuropdracht

2 2 2

3.

Conceptinhoudsopgave

3

4.

Het vergaren van informatie Thermische modelvorming 4.1 4.1.1 Vakgroep EMV 4.1.2 VUBIS 4.1.3 INSPEC op CD-ROM 4.1.4 Dissertation Abstracts (DA) op CD-ROM 4.1.5 Fabrikant informatie 4.1.6 Sneeuwbalmethode 4.1.7 Citatiemethode

4 4 5 5 7 9 10 10 10

4.2

Thermische meetmethoden 4.2.1 Vakgroep EMV 4.2.2 VUBIS 4.2.3 INSPEC op CD-ROM 4.2.4 DA op CD-ROM 4.2.5 Science Citation via Index Permuterm Subject Index

11 11 11 12 13 13

4.3

Motorbeveiliging 4.3.1 Vakgroep EG en EMV 4.3.2 VUBIS 4.3.3 INSPEC op CD-ROM

15 15 15 16

5.

Relatiepatroon

19

6.

Conclusies en aanbevelingen 6.1 Thermische modelvorming 6.2 Thermische meetmethoden 6.3 Motorbeveiliging 6.4 Aanbevelingen

20 20 20 20 21

7.

Definitieve Iiteratuurlijst 7.1 Thermische modelvorming 7.1.1 28 -orde netwerken 7.1.2 N8 -orde netwerken n > 2 7.1.3 FundamenteeljAigemeen 7.1.4 Overig 7.2 Thermische meetmethoden

22 22 22 25 28 31 32

Uteratuuronderzoek

7.3

Motorbeveiliging 7.3.1 Normen/standaarden 7.3.2 Verschillen in normen/standaarden 7.3.3 Algemeen

Bijlage I Bijlage "

Literatuuronderzoek

Afstudeeropdracht omschrijving Sneeuwbalmethode thermische modelvorming

34 34

36 38

1. INLEIDING In het kader van het afstudeerproject bij de vakgroepen Electromechanica en Vermogenseleetronica (EMV) en Electrische Energiesystemen (EG) van de Faculteit Elektrotechniek is een bibliotheekprakticum verplicht. Het bibliotheekprakticum is een goede mogelijkheid om vertrouwd te raken met allerlei methoden om Iiteratuur en literatuur-informatie op te zoeken en te selecteren. Het doeI van dit prakticum is dan ook het achterhalen van relevante literatuur over het afstudeeronderwerp. Dit verslag is een uiteenzetting van verschillende fasen die doorlopen zijn om het beoogde doeI te bereiken.

Literatuuronderzoek

1

2 LlTERATUUROPDRACHT IN HET KADER VAN DE AFSTUDEEROPDRACHT

2.1 Omschrijving afstudeeropdracht ' De elektrische beveiliging tegen overbelasting van kortsluitankermachines was voorheen voornamelijk gebaseerd op een simulatie van het thermisch gedrag van kortsluitankermachines door middel van bi-metalen strookjes in thermische relais. Thans kan simulatie van dit thermische gedrag verwezenlijkt worden met -al dan niet specifieke- computers. De validiteit van het daarin geprogrammeerde model -de software- is het onderwerp van dit onderzoek. Het bij dit onderzoek beoogde simulatie-model is een relatief eenvoudig model met slechts twee onderscheiden tijdconstanten waarbij de meetpunten zijn gelegen in het koper van de statorwikkeling, in het ijzer van het statorblikpakket en in de omgevings/ucht ( het koelmedium ) van de machine. Het is een gebruikelijk model, gebaseerd op fysische overwegingen, en wordt ondermeer gebruikt bij het CLINK-motorbeveiligingssysteem van HOLEC. Doel van het onderzoek is na te gaan of, en in hoeverre, het voorgestelde model voldoet bij beproevingen van kortsluitankermachines, alsmede of/hoe de globale waarden van de betreffende thermische tijdconstanten eenvoudig bepaald respectievelijk geclassificeerd kunnen worden.

2.2 Omschrijving Iiteratuuronderzoek Het afstudeeronderzoek dient relevant Iiteratuur-onderzoek te omvatten. Oit impli· ceert dat naast de gemeten thermische aspecten ook de wijzen van beveiliging tegen, en beschikbare normen over, overbelasting van kortsluitankermotoren tot onderwerp van Iiteratuur-onderzoek2 worden gerekend.

1

2

Samenvatting van totale afstudeeropdracht. De voUedige opdrachtomschrijving is te vinden op bijlage I. Bij dit onderzoek is alleen gebruik gemaakt van de faciliteiten van de TUE. De faciliteiten die door Holce ter beschikking zijn gesteld, zijn niet gebruikt.

Uteratuuronderzoek

2

3.CONCEPTINHOUDSOPGAVE 1. Motorbeveiliging - Het gedrag van een motor - Funkties van een motorbeveiligingsrelais - Beveiliging tegen thermische overbelasting - Ontwikkelingen: het verleden, het heden en de toekomst 2. Internationalisatie, het ontstaan van normen - Europese normen - Amerikaanse normen - Enkele verschillen tussen Amerikaanse- en Europese normen. 3. Thermische modelvorming - Het thermische gedrag van een motor - Het Ne-orde systeem - Het 28 -orde systeem 4. Thermische meetmethoden - Lokaal - Gemiddeld 5. Meet- en Berekeningsresultaten - Meting - Simulatie-model - Gevoeligheidsanalyse - Fout accumulatie - Tekortkomingen - Aanbevelingen 6. Classificatie van de thermische tijdconstanten 7. I-t-vertaling van de motorbeveiligingsschakelaar - Kwantiseringsruis - Bemonsteringsfrequentie - Stroommeting 8. Garantievoorwaarden van fabrikanten, de marge's 9. Conclusies 10. Literatuurlijst.

Literatuuronderzoek

3

4. HET VERGAREN VAN INFORMATIE

Het literatuuronderzoek is aan de hand van de opdrachtomschrijving opgedeeld ~n drie deelonderzoeken, te weten: Thermische modelvorming; Thermische meetmethoden; Motorbeveiligingen. Het accent Iigt bij de afstudeeropdracht op thermische modelvorming: bij het hier uitgevoerde literatuuronderzoek is het accent ook op die modelvorming gelegd. Onderstaand hoofdstuk beschrijft per deelonderwerp de wijze waarop naar literatuur gezocht is, en de daarbij behaalde resultaten.

4.1 Thermische modelvorming Onderstaande bronnen zijn geraadpleegd bij het zoeken naar literatuur omtrent thermische modelvorming: Vakgroep EMV; VUBIS3 (Catalogus bibliotheek TUE); INSPEC: - Electrical & Electronics Abstracts (EEA); - Computer & Control Abstracts (CCA); Dissertation Abstracts (OA); Science Citation Index (SCI); Fabrikant-informatie. Per bron wordt weergegeven: op welke wijze er gezocht is (trefwoord, woord uit titel enz.); het aantal in eerste instantie geselecteerde literatuurverwijzingen; de selectiecriteria waarmee "gefilterd is"; 4 het aantal artikelen/boeken welke uiteindelijk in de Iiteratuurlijst zijn opgenomen. Het spreekt voor zich, dat deze methode niet geheel toepasbaar is op de fabrikantinformatie en informatie afkomstig van de vakgroep EMV.

3

VUBIS (Vrije Universitcit Brussel Informatie Systeem)

4

In de literatuurlijst is bij elk artikelfboek aangegeven

literatuuronderzoek

wt welke bran deze afkomstig is. 4

4.1.1 Vakgraep EMV Als aanzet heeft Kerkenaar bij de opdrachtomschrijving een aantal artikelen aangedragen omtrent thermische modelvorming. Deze 12 artikelen [A12], [85], [B7], [B14], [C3], [C4] , [C5], [C8], [C9] , [C11], [C12] en [C18] zijn opgenomen in de Jiteratuurlijst. Tevens zijn door hem de bibliografieen van Rotating Electric Machinery5 (1886 tjm 1968) verstrekt. Op grand van het jaartal < 1968 zijn deze niet in de Jiteratuurlijst opgenomen. 4.1.2 VUBIS Met VUBIS wordt gezocht naar bestaande boeken en tijdschriften. Via "trefwoorden"6 en "woord uit titel"7 kan gericht gezocht worden naar verhandelingen omtrent thermische modelvorming. Tabel 4.1.2 toont het hiermee gevonden aantal boeken en tijdschriften. Selectie heeft plaatsgevonden op titel. In de titel diende minimaal een combinatie van warmte en elektrische machine aanwezig te zijn. (Verbuigingen, zowel in het Nederlands, Duits en Engels hierbij inbegrepen.)

s

6

7

Deze bibliografieen worden verzorgd door het IEEE committee report, en verschijnen eens per zoveel jaar in IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. Bijvoorbeeld de bibliografie van 1966/1968 is verschenen in IEEE. Vol. PAS-89 luI/Aug 1970 p.1293-1304 Sleutelwoorden kunnen binnen VUBIS in het nederlands worden opgegeven. Anderstalige literatuur wordt hiermee eveneens gevonden. Woord uit tite1, hierbij zijn Nederlandse, Duitse en Engelse woorden als uitgangspunt gebruikt.

Literatuuronderzoek

5

VUBIS

opzoeking via "woord uit titel"

woord/trefwoord

voor selectie

na selectie

verwarming

37

0

verwarmings

6

0

warmte

60

thermisch warmte netwerken

opzoeking via ''trefwoord" voor selectie

na selectie

0

3

0

0

0

5

0

0

0

elektrische machine parameterschatting

11

1

elektrische machine verwarming

17

2

warme

6

0

warmeuebertragung

1

0

erwarmung

0

0

abbildung

52

0

thermischer

75

1

heat transfer

42

0

heat model

0

0

heat circuit

0

0

heat conducting

2

0

thermal machines

1

1

Tabe/4.1.2. Zoekmethode en resultaat m.b.v. VUBIS

Uit vorengenoemde tabel blijkt dat er 5 boeken geselecteerd zijn. Bij nadere bestudering van deze titels blijken twee boeken dubbel voor te komen. Orie boeken zijn dan ook in de Iiteratuurlijst opgenomen: een colloqium [C17] geselecteerd via "woord uit titel" en 2 dissertaties [C14] en [C15] via opzoeking middels een trefwoord.

Uteratuuronderzoek

6

4.1.3 INSPEC oQ CD-ROM In de volgende stap van het Iiteratuuronderzoek worden de verschenen publikaties in tijdschriften en conferentieverslagen nader bekeken. Aan deze publikaties worden ter herkenning trefwoorden toegekend. Derhalve is het van groot belang om de juiste trefwoorden te zoeken. Hiertoe zijn zelf trefwoorden gezocht, alsmede is de thesaurus van INSPEC geraadpleegd. Via een logische expressie zijn aileen de artikelen geselecteerd die zowel betrekking hebben op thermische aspeeten alsook betrekking hebben op asynchrone machines. De expressie waarmee gezocht is, luidt: (#1 or #2 or #3 or #4 or #5 or #6 or #7 or #7 or #8 or #9 or #10 or #11) AND (#12 or #13 or #14 or #15). TabeI4.1.3a toont de trefwoorden -aangegeven door de combinatie # en getal- waarmee gezocht is, en het aantal gevonden artikelen. Het via deze manier selecteren van artikelen (via CD-ROM) kan aileen per jaartal vanaf 1990 tot en met half 1993. Voorgaande jaren dienen handmatig nagezocht te worden, hetgeen in dit Iiteratuuronderzoek niet uitgevoerd is. opmerking:

Onderstaande tabel (tabel 4.1.3a) bevat trefwoorden en variaties hierop bijvoorbeeld "thermal problem" en "thermal problems". In aile andere hierna volgende INSPEC-tabellen komt dit niet voor, hierbij is het systeem zodanig ingesteld dat het programma ook deze variaties in de zoekprocedure meeneemt. Tevens is in het vervolg aileen nog maar met behulp van thesaurus-trefwoorden gezocht.

Literatuuronderzoek

7

Trefwoord 8

1993

1992

1991

1990

6075

13821

12861

12666

Thermal

#1

Heating

#2

2012

4568

4300

4384

Thermal problems

#3

14

15

15

17

Thermal problem

#4

4

9

8

8

Thermal aspects

#5

4

17

8

13

Thermal models

#6

10

26

31

26

Thermal model

#7

35

82

86

56

Thermal modelling

#8

11

26

12

5

Thermal networks

#9

1

2

1

1

Heat transfer

#10

805

1798

1828

1812

Heat flow

#11

104

257

262

269

Electrical machines

#12

307

203

84

110

Electrical motors

#13

5

9

6

10

Induction motors

#14

231

675

493

573

Induction machines

#15

30

58

47

52

15

52

35

38

voldoend aan logische expressie

. ---

Tabel 4.1.3a Zoekmethode en zoekresultaat INSPEC ondisc. Vervolgens heeft selectie plaatsgevonden op titel, en tenslotte heeft deze laatste groep nog een selectie ondergaan op samenvatting. Selectie op titel vond plaats indien aan een of meerdere van onderstaande criteria werd voldaan: de aanwezigheid van de woorden warmte en machine9 , alsmede de varianten hierop opgesomd in tabel 4.1.3a; de aanwezigheid van het woord "stall" of "time constants". Selectie op samenvatting vond plaats indien aan een of meerdere van onderstaande criteria werd voldaan: een beschrijving van het thermische gedrag van een inductie motor, middels een n8 orde netwerk; een beschrijving van het begrip "stall time". label 4.1.3b. toont het hiermee gevonden aantal boeken en tijdschriften. 8

9

INSPEC kent aIleen Engelstalige trefwoorden. Uitgezonderd zijn hierbij de synchrone machine, de gelijkstroommachine en de generator.

Literatuuronderzoek

8

INSPEC

selectie op

jaartal

titel

samenvatting

1993

6

3

1992

8

3

1991

5

1

1990

9

1

Tabel 4.1.3b.

Selectie via titel en samenvatting

Er zijn dus in totaal 8 artikelen geselecteerd te weten: [A13], [A14], [B12], [B13], [B15], [B16], [B17] en [05].

4.1.4. Dissertation Abstracts op CD-ROM De zoekmethode welke gehanteerd is bij INSPEC is tevens toegepast bij de Dissertation Abstracts, uitgezonderd dat hier aileen gezocht is met behulp van keywords welke afkomstig zijn uit de thesaurus-trefwoorden van INSPEC (zie opmerking § 4.1.3). Ook hier geldt dat er maar een beperkt aantal jaren Oan 1993 tim sept 1993 en jan 1988 tim dec 1992) op CD-ROM aanwezig zijn. Voorgaande jaren dienen net zoals beschreven in § 4.1.3. handmatig nagezocht te worden. De logische expressie luidt hier: (#1 or #2 or #3 or #4) AND (#5 or #6 or #7). Tabel 4.1.4. toont de manier waarop gezocht is, en het hiermee bereikte resultaat. Key-words/Basic index

jan 1993 - sep 1993

jan 1988 - dec 1992

Heat conduction

#1

32

151

Temperature distribution

#2

61

285

Heating

#3

345

1750

Thermal analysis

#4

50

253

Electrical machines

#5

2

18

Induction machines

#6

11

28

Induction motors

#7

20

77

1

1


TabeI4.1.4. Zoekmethode en zoekresultaat m.b.v. de DA ondisc.

Literatuuronderzoek

9

Uiteidelijk zijn na bestudering van titel en samenvatting (selectiecriteria zie paragraaf 4.1.3.) geen van deze dissertaties in de definitieve literatuurlijst opgenomen. 4.1.5 Fabrikant informatie Tijdens het bezoek aan de vakbeurs Elektrotechniek (8·10-1993) zijn de fabrikanten benaderd, welke evenals HOLEC intelligente motorbeveiligingsschakelaars fabrice· ren. Deze fabrikanten (Sprecher & Schuh, Terasaki, ABB, AEG en Siemens) is gevraagd naast algemene informatie ook informatie op te sturen specifiek gericht op de wijze waarop zij de motor thermisch modelleren. Sprecher & Schuh heeft hierop als enige bruikbare informatie opgestuurd [C20].

4.1.6 Sneeuwbalmethode Met de gevonden Jiteratuur uit VUBIS en INSPEC is nu via de zogenaamde sneeuwbalmethode getracht om (met behulp van de artikel-referenties) nieuwe artikelen alsook relaties te vinden tussen deze artikelen. De nieuwe artikelen zijn eerst geselecteerd op titel, en daama nogmaals geselecteerd op samenvatting. Op deze manier zijn 29 artikelen [A1], [A3] , [A4] , [A5], [A6] , [A?], [A8] , [A9] , [A10], [A11], [81], [B2], [83],[B4], [B6], [B8], [89], [B10], [B11], [C1], [C2], [C6], [C7l. [C10], [C13], [C16], [D1], [D2] en [D3] in de literatuurlijst opgenomen. Bijlage \I toont het hiermee bereikte resultaat. Hierbij dient te worden opgemerkt dat niet aile geselecteerde artikelen in verband met de overzichtelijkheid zijn opgenomen. Het hierbij gehanteerde criterium is, dat er minimaal 2 verbanden aanwezig dienen te zijn.

4.1.7. Citatiemethode Voor de laatste stap tot het vergaren van informatie is de Science Citation Index gebruikt. Met de SCI kunnen andere auteurs worden achterhaald, die naar deze artikelen verwijzen. Op deze manier is het misschien mogelijk meer over thermische modellering te weten te komen. Via het sneeuwbaldiagram zijn de auteurs Vogel en Vetter geselecteerd, de reden hiervan is dat zij met hun artikelen het dichtst bij de gezochte thermische modellering aansluiten. De auteur Vogel, J. wordt in de jaren 1985 tim 1993 niet geciteerd, de reden hiervan Iigt wellicht in het fe~ dat het tijdschrift waarin hij publiceert Elektrie niet in INSPEC opgenomen is. De auteur T. Vetter wordt eveneens niet geciteerd in de periode 1988 tim 1993. De reden waarom hij niet geciteerd wordt Jigt in het feit dat proefschriften niet in de SCI zijn opgenomen.

Literatuuronderzoek

10

4.2 Thermisehe meetmethoden Onderstaande bronnen zijn geraadpleegd bij het zoeken naar Iiteratuur omtrent thermisehe meetmethoden: Vakgroep EMV; VUBIS; INSPEC; DA. De manier van zoeken in de desbetreffende bron is dezelfde als besproken bij de thermisehe modelvorming. 4.2.1 Vakgroep EMV Wederom heeft Kerkenaar als aanzet een aantal artikelen (6 stuks) aangedragen omtrent thermisehe meetmethoden. Twee artikelen hiervan zijn opgenomen in de literatuurlijst [E3] en [E6]. 4.2.2 VUBIS Tabel 4.2.2. toont de manier waarop gezoeht is. Uit bovengenoemde tabel blijkt dat er in totaal 3 boeken [E2], [E4] en [E6] op titel geseleeteerd zijn. In de titel diende minimaal een eombinatie van warmte en meting aanwezig te zijn. (Verbuigingen, zowel in het Nederlands, Duits en Engels hierbij inbegrepen). VUBIS


opzoeking via "trefwoord"

woord/trefwoord

voor seJeetie

na seleetie

voor seleetie

na seleetie

Temperatuurmetingen

6

0

75

1

Temperatuurmetingen eongresverslagen

7

0

Thermisehe deteetoren

5

0

Thermisehe sensoren

4

1

Temperaturmessung(en)

19

1

Infra-red temperature measuring

1

0

Temp. measuring

0

0

Temp. deteetoren

0

0

TabeI4.2.2

Literatuuronderzoek

Zoekmethode en resultaat m.b.v. VUBIS

11

4.2.3. INSPEC op CD-ROM Tabel 4.2.3a toont de thesaurie-trefwoorden waarmee gezocht is. De logische expressie luidt hier: (#1 or #2 or #3 or #4 or #5 or #6 or #7 or #8 or #9 or #10 or #11) AND (#11 or #12 or #13 or #14 or #15 or #16 or #17)

I

INSPEC

I

I

1993

I

1992

I

1991

I

1990

Temperature measurement

#1

164

450

436

449

Spec. meth of temp. measurement

#2

29

61

54

83

Pyrometers

#3

13

33

36

40

Infrared detectors

#4

283

417

438

430

Infrared sources

#5

206

482

433

437

Thermal resistance measurement

#6

7

10

10

14

Thermal resistance

#7

48

74

54

55

Resistance thermometer

#8

7

22

34

46

Thermal variables measurement

#9

31

68

85

62

AC machines

#10

13

22

20

18

Asynchronous machines

#11

37

101

85

86

AC motors

#12

22

111

123

103

Squirell cage motor

#13

40

74

77

77

Induction motor

#14

201

618

438

518

Machine winding

#15

64

102

113

89

Stators

#16

132

266

202

141

2

4

2

2


I

TabeI4.2.3a Zoekmethode en zoekresultaat m.b.v. INSPEC ondisc. Vervolgens heeft selectie plaatsgevonden op titel, en tenslotte heeft deze laatste groep nog een se/ectie ondergaan op samenvatting. Selectie op titel vond plaats indein aan een of meerdere van onderstaande criteria werd voldaan: Literatuuronderzoek

12

de aanwezigheid van zowel het woord warmte als meting, alsmede de varianten hierop opgesomd in tabel 4.2.3.a; de aanwezigheid van zowel het woord "losses" als "induction motors". Selectie op samenvatting vond plaats indien aan een of meerdere van onderstaande criteria werd voldaan: een beschrijving van een thermische meetmethode in of op de windingen; een beschrijving van een thermische meetmethode in of op het statorblikpakket. Tabel 4.2.3b toont het hiermee gevonden aantal boeken en tijdschriften. In totaal zijn er dus via deze methode 2 artikelen [E7] en [E9] aan de literatuurlijst toegevoegd. INSPEC

selectie op

jaartal

titel

samenvatting

1993

1

1

1992

1

1

1991

0

0

1990

1 Tabel 4.2.3b Selectle via titel en samenvatlln 9

0

4.2.4 Dissertation Abstracts op CD-ROM Wederom zijn de trefwoorden uit de INSPEC-thesaurus als uitgangspunt genomen bij het zoeken naar proefschriften op het gebied van thermische meetmethoden. Tabel 4.2.4, op de volgende bladzijde toont de hiermee bereikte resultaten. De logische expressie luidt hier: (#1 or #2 or #3 or #4 or #5 or #6 or #7 or #8 or #9) AND (#10 or #11 or #12 or #13 or #14 or #15). Na bestudering van het enige overgebleven artikel is besloten deze niet op te nemen in de definitieve Iiteratuurlijst. De Dissertation Abstract heeft dus jammer genoeg niets opgeleverd.

4.2.5 Science Citation Index via Permuterm Subject Index Daar het resultaat in eerste instantie niet bevredigend leek, is de gedrukte versie van de permuterm subject index van SCI vanaf 1972 tjm 1989 doorgewerkt. Hierbij is als hoofdterm temperature measurement en als bijterm stator, rotor, machine en machine winding gebruikt. Het resultaat was bedroevend: 3 verwijzingen waarbij nog eens een verwijzing fout is 10. Op grond van titel is besloten de overige twee

10

In de permuterm subject index van 1975 tIm 1979 verwijst SCI onder temperature measurement bij machines naar de schrijver Carbella, A. Deze schrijver komt in de source index van bet dcsbetreffende jaar niet voor!

Literatuuronderzoek

13

artikelen niet op te nemen in de definitieve Iiteratuurlijst. In Qverleg met de mentoren is besloten de sneeuwbalmethode maar beperkt uit te voeren en de citatiemethode niet uit te voeren. De redenen hiervanzijn: De informatie welke nu reeds voorhanden is, is voldoende daar dit soort temperatuurmetingen al reeds lange tijd wordt uitgevoerd. Het accent van het literatuuronderzoek Iigt op thermische modelvorming, niet op thermische meetmethoden. De beperkte sneeuwbalmethode is aileen toegepast op artikel [E5] en leverde 2 artikeJen [E1] en [E8] op. DA, via Keywords/Basic index

jan 1993 sep 1993

jan 1990 dec 1992

Temperature measurement

#1

44

216

spec. methodes of temp. measurement

#2

0

0

pyrometers

#3

2

17

infrared detectors

#4

6

31

infrared sources

#5

4

13

thermal resistance measurement

#6

0

3

thermal resistance

#7

5

47

resistance thermometer

#8

3

8

thermal variables measurement

#9

0

0

AC machines

#10

1

6

asynchronous machines

#11

3

6

squirell cage motors

#12

0

0

induction motors

#13

20

77

machine winding

#14

0

1

stators

#15

23

97

1

0

voldoend aan logische expressie TabeI4.2.4

L1teratuuronderzoek

Zoekmethoden en zoekresultaat m.b.v. DA ondisc.

14

4.3 MOTORBEVEILIGINGEN

De volgende bronnen zijn geraadpleegd bij het zoeken naar artikelen/boeken/normen/standaarden omtrent motorbeveiligingen: Vakgroep EG en EMV; VUBIS; INSPEC. De methodiek van opzoeken is weer vergelijkbaar met de twee eerder genoemde deelonderwerpen.

4.3.1 Vakgroep EG en EMV Bij de eerste bespreking met de afstudeerhoogleraar Prof. dr. Ing. H. Rijanto, heeft deze een drietal boeken aanbevolen. Een van deze boeken [H4] is ter orientatie gebruikt en is in de Iiteratuurlijst opgenomen. Tevens heeft Kerkenaar bij de opdrachtomschrijving twee artikelen [H6] en [H8] bijgevoegd, welke eveneens in de Iiteratuurlijst zijn opgenomen.

4.3.2 VUBIS Met behulp van dit informatiesysteem is gezocht naar boeken/tijdschriften omtrent motorbeveiligingen, alsook naar normen/standaarden omtrent motorbeveiligingen. De normen zijn opgezocht met behulp van het NEN-bestand. Hierbij heb ik mij beperkt tot Europese IEG- en Amerikaanse IEEE/ANSI normen/recommendaties. Nationale normen zoals NEN en VDE zijn niet expliciet onderzocht, daar de IEC normen voor 90% of meer hiermee overeen komen. Tabel 4.3.2a toont het aantal geselecteerde normen/standaarden, welke in de literatuurlijst zijn opgenomen. IEC

3

ANSI/IEEE

10

Tabel 4.3.2a Aantal geselecteerde normen/standaarden De 3 geselecteerde IEC-normen/recommendaties zijn: [F1], [F2] , [F3]. De 10 geselecteerde ANSI/IEEE normen/standaarden zijn: [F4], [FS], [F6], [F7], [F8] , [F9], [F10], [F11], [F12], en [F13]. Tabel 4.3.2b toont de manier waarop gezocht is, alsmede het aantal geselecteerde boeken met betrekking tot algemene verhandelingen omtrent motorbeveiligingen.

Uteratuuronderzoek

15

VUBIS


opzoeking via "trefwoord"

woord

voor selectie

na selectie

voor selectie

na selectie

motor

325

1

0

0

motormanagement

0

0

0

0

motorbescherming

0

0

0

0

motorbeveiliging

0

0

0

0

thermische

0

0

0

0

overstroombeveiliging

1

0

0

0

overbelastings beveiliging

0

0

0

0

machines bescherming

0

0

machines beveiliging

0

0

afschakelcriteria

0

0

0

0

motorschutz

1

1 11

3

beveiligingsrelais TabeI4.3.2b.

Zoekmethode en zoekresultaat m.b.v. VUBIS

Uit bovenstaande tabel voigt dat er 5 boeken in aanmerking komen, om te worden opgenomen in de Iiteratuurlijst. Bij nadere bestudering blijkt 1 boek [H4] al aanbevo/en te zijn door Prof. Ryanto. Uiteindelijk zijn er dus via deze manier 4 boeken [H1], [H2], [H3] en [H5] in de Iiteratuurlijst opgenomen.

4.3.3. INSPEC op CD-ROM Tabel 4.3.3a toont de thesaurus-trefwoorden waarmee gezocht is. De logische expressie luidt hier: (#1) OR ((#2 or #3 or #4 or #5 or #11 or #12 or #13) AND (#6 or #7 or #8 or #9 or #10))

Literatuuronderzoek

16

I

INSPEC

I

I 1993 I

1992

I 1991 I 1990 I

Motor protection

#1

22

92

68

58

AC motors

#2

22

111

123

103

Electric motors

#3

98

274

259

191

Induction motors

#4

201

618

438

518

Squirell cage motors

#5

40

74

77

77

Machine protection

#6

22

92

68

58

overcurrent protection

#7

39

80

49

59

Relay protection

#8

90

165

150

131

Switchgear protection

#9

0

0

3

10

Protection

#10

599

1364

1223

1261

Machine winding

#11

64

102

113

89

Stators

#12

132

266

202

141

Rotors

#13

213

401

324

208

25

103

73

67

voldoend aan logische expressie TabeI4.3.3a

Zoekmethode en zoekresultaat m.b.v INSPEC ondisc.

Vervolgens heeft selectie plaatsgevonden op titel en tenslotte heeft deze laatste graep nog een selectie ondergaan op samenvatting. Selectie op titel vond plaats indien aan een of meerdere van onderstaande criteria werd voldaan: de aanwezigheid van zowel het woord beveiliging en machines 11, alsmede de varianten hierop opgesomd in tabel 4.3.3.a; de aanwezigheid van het woord "stator" of "IEC" of "IEEE" of "intelligent Control" of "Clink" of "protective relay systems" in de titel. Selectie op samenvatting vond plaats indien aan een of meerdere van onderstaande criteria werd voldaan: een beschrijving van de verschillien tussen IEC- en NEMA normen; een beschrijving van filter technieken t.b.v. stroommeting; een beschrijving van de bepaling van thermische modelparameters; een beschrijving van Clink; een beschrijving van de ontwikkelingen in de toekomst. Tabel 4.3.3b toont het hiermee gevonden aantal artikelen.

11

Uitgezonderd hierbij zijn de synchrone machine, de gelijkstroommachine en de generator.

Uteratuuronderzoek

17

INSPEC

selectie op

jaartal

titel

samenvatting

1993

10

2

1992

21

4

1991

18

3

1990

15

2

Tabel 4.3.3b Selectie via titel en samenvatting Er zijn dus in totaal 11 relevante artikelen [G1], [G4], [G5], [G6], [G9], [H9], [H10], [H11], [H12], [H13] en [H14] gevonden. Via de referentie-lijst van de geselecteerde artikelen zijn nog eens op titel 4 artikelen [G2], [G3], [G7] en [G8] bijgevoegd aan de literatuurlijst. Deze artikelen beschrijven de verschillen tussen de Europese en Amerikaanse normen. Wederom is in overleg met de mentoren besloten op dit deelonderwerp geen sneeuwbalmethode en citatiemethode toe te passen. Daar het accent van het Iiteratuuronderzoek op thermische modelvorming ligt.

L1teratuuronderzoek

18

5. RELATIEPATROON Onderstaand hoofdstuk beschrijft de relatie tussen de gevonden literatuurverwijzingen en de concept-inhoudsopgave. Uitgangspunt hierbij is de globale tekst van het desbetreffende artikel. 1. Motorbeveiliging [H1] tim [H13], zie paragraaf 7.3.3 2. Internationalisatie, het ontstaan van normen [F1] tjm [F18], zie paragraaf 7.3.1 [G1] tjm [G9], zie paragraaf 7.3.2 3. Thermische modelvorming [A1] tjm [A14], zie paragraaf 7.1.1 [81] tjm [817], zie paragraaf 7.1.2 [C1] tjm [C20], zie paragraaf 7.1.3 [01] tjm [05], zie paragraaf 7.1.4 4. Thermische meetmethoden [E1] tjm [E9], zie paragraaf 7.2 5. Meet- en 8erekeningsresultaten [A1] tjm [A14], zie paragraaf 7.1.1

6. Classificatie van de thermische tijdconstanten De indruk is er dat er op dit moment nog geen relevante informatie omtrent classificatie voorhanden is 7. I-t-vertaling van de motorbeveiligingsschakelaar [H9] 8. Garantievoorwaarden van de fabrikanten, de marges Literatuur onderzoek met betrekking tot dit onderwerp zal in overleg met HOLEC in een later stadium plaatsvinden.

Literatuuronderzoek

19

6. CONClUSIES en AANBEVELINGEN

6.1 Thermische modelvorming Het thermisch gedrag van kortsluitankermotoren wordt in de Jiteratuur veelvuldig beschreven. De hierbij beschreven berekeningsmethoden variE3ren van eenvoUdige netwerken van een eerste-orde tot ingewikkelde netwerken van een hogere orde. In de jaren '50 en '60 lag het accent sterk op knooppuntsvergelijkingen (matrix-rekening). Eind jaren 'SO maakt men gebruik van moderne wiskundige rekenprogramma's zoals de Finite Element Method (FEM) en de Boundary Element Method (BEM). Het thermisch tweede-orde-model wordt door een auteur (Vogel, J.), zij het steeds beknopt, veelvuldig behandeld. Het bepalen van de thermische tijdconstanten gebeurt in hoofdzaak via regressie-analyse (curve fitting) met de kleinste-kwadraten-methode. Het is nog niet vast te stellen of literatuur handelend over classificatie van thermische tijdconstanten aan de hand van bekende motorparameters voorhanden is. 6.2 Thermische meetmethoden Thermische meetmethoden ter bepaling van de gemiddelde temperatuur van een wikkeling ziin reeds lang bekend, en worden in IEC-normen/recommendaties voorgeschreven. Het bepalen van de lokale temperatuur in het statorijzer of in de wikkeling kan met behulp van de in de Iiteratuur beschreven thermokoppels worden uitgevoerd.

6.3 Motorbeveiliging Europese alsook Amerikaanse normen met betrekking tot motorbeveiligingsschakelaars/relais ziin op titel geselecteerd. Een nadere schifting van deze IEC- en ANSI/IEEE-normen dient in overleg met de mentoren te gebeuren. Daar toenemende Europese laagspanningsfabrikanten de Amerikaanse markt willen betreden, ziin de laatste jaren verhandelingen geschreven welke de specifieke verschillen tussen IEC en NEMA behandelen. Deze normen beschrijven niet aileen waaraan men moet voldoen (uitgangspunt IEEE/ANSI), maar ook hoe men hieraan kan voldoen. Tevens worden hierbij uitgebreide testprogramma's beschreven. De diverse oorzaken van thermische overbelasting, en de manier waarop men hiertegen kan beveiligen wordt veelvuldig behandeld. Het accent hierbij Jigt soms op het ontstaan van een ontoelaatbare warmteontwikkeling door niet-symmetrische voeding. Artikelen hierover zijn, conform de afstudeeropdracht, niet in de Iiteratuurlijst opgenomen.

Uteratuuronderzoek

20

6.4 Aanbevelingen Het Iiteratuuronderzoek is, met uitzondering van paragraaf 4.2.5, aileen uitgevoerd met behulp van CD-ROM. Indien gewenst kan er ook handmatig in de oude banden van de diverse gebruikte bibliografieen gezocht worden.

Literatuuronderzoek

21

7. lITERATUURLlJST Onderstaande literatuurlijst is opgesplitst in de drie eerder genoemde deelonderwerpen. Tevens is elk deelonderwerp weer gerubriceerd. Op verzoek van de mentoren (niet conform algemene richtlijnen voor Iiteratuurverwijzingen) is een samenvatting van het artikel, indien deze op floppy aanwezig is, bijgevoegd. Aismede is per artikeljboek weergegeven via welke bran deze gevonden is. Indeling heeft plaatsgevonden aan de hand van de globa!e tekst (eerste indruk). Bij nadere bestudering gedurende de afstudeerperiode kan een verantwoorde keuze gemaakt worden. 7.1. Thermische modelvorming, 7.1.1 28 orde netwerken [A1]

Berger, Th. Beitrag zum Temperaturverlauf in den Wicklungen elektrischer Maschinen. Elektrie, Bd. 26(1972), Heft 11, s. 349-351 Bron: VUBIS (sneeuwbalmethode)

[A2]

Unterweger, H. Thermischer Abbilder zum Schutz von Niederspannungsmotoren. Bulletin ASEjUCS, Bd. 67(1976), Heft 8, s. 400-406 Bron: HOLEC

[A3]

Vogel, J. Bestimmung der Typenleistung elektrischer Machinen fOr Kurzzeit- und Aussetzbetrieb nach dem Zweik6rperprinzip. Elektrie, Bd. 30(1976), Heft 9, s. 472-474 Bran: VUBIS (sneeuwbalmethode)

[A4]

Vogel, J. und A. Bey Bestimmung der Wicklungstemperatur elektrischer Maschinen mit Analogrechner. Elektrie, Bd. 34(1980), Heft 5, s. 227-229 Bron: VUBIS (sneeuwbalmethode)

[AS]

Vogel, J. und B. Stitz Programm zur Erwarmungsberechnung nach dem Zweikomponentenmodell DRUKUS (A-C-Struktur). TH Magdeburg, 1981 (Nadere Iiteratuurverwijzingen ontbreken) Bron: VUBIS (sneeuwbalmethode)

[A6]

Vogel, J. und W. Bischoff Erwarmungsberechnungen elektrischer Machinen nach dem Zweikomponentenmodell auf dem Analogrechner. TH Magdeburg, 1981 (Nadere literatuurverwijzingen ontbreken) Bron: VUBIS (sneeuwbalmethode)

Literatuuronderzoek

22

[A7]

Namburi, N.R. and T.H. Barton Thermal modelling of an induction motor. In: IEEE/PES 1983 Winter Meeting, New York, Jan. 30 - Febr. 4, 1983, New York: IEEE 1983. ook afgedrukt in: IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS102(1983), NO.8 Bran: INSPEC (sneeuwbalmethode)

[A8]

Vogel, J. Wicklungserwarmung elektrischer Maschinen im nichtstationaren Betrieb. Elektrie, Bd. 37(1983), Heft 1, s. 19-20. Bron: VUBIS (sneeuwbalmethode)

[A9]

Vogel, J. Die Systeme/emente des thermischen Zweikomponentenmodells Elektrie, Bd. 37(1983), Heft 2, s. 74-75 Bron: VUBIS (sneeuwbalmethode)

[A10] Vogel, J. Der Signalflussplan des thermischen Zweikomponentenmodells. Elektrie, Bd. 37(1983), Heft 11, s. 572-573 Bran: VUBIS (sneuwbalmethode) [A11] Vogel, J. Digita/e Typenleistungsbestimmung elektrischer Maschinen auf der Grund/age thermischer Beanspruchungen. Elektrie, Bd. 37(1983), Heft 12, s. 621-622 Bron: VUBIS (sneeuwbalmethode) [A12] Vogel, J. und D. Fricke Analoge und digitale Simulation des thermischen Zweikomponentenmodells Elektrie, Bd. 39(1985), Heft 7, s. 259-260 Bron: EMV [A13] Halle, H. und H. Reiche New thermal model as base for drive design, drive protection and offering of new motor parameters. In: PCIM '91 Europe. Official Proceedings of the Nineteenth International Intelligent Motion (PCIM) Conference, Nurnberg, Germany, 25-27 June 1991. Nurnberg, Germany: ZM Commun, 1991. P. 314-318. Bran: INSPEC Abstract: The authors consider variable speed drives with induction motors and inverters. The thermal 2-compo· nent-model is suitable for the consideration of duties which are characterised by free relations between torque or speed and time, expected for high dynamic drives. Calculated time behaviour of the motor winding temperature is the basis for the evaluation of life time of the winding insulation. The current time behaviour permits full use of the short·time overload capability of the inverter. All parameters exist to adjust the motor protection equipment in accordance to the duty.

Literatuuronderzoek

23

[A14] Harcks, G. Determination of time constants with regression equations (electric machines) European Transactions on Electrical Power Engineering, Vol. 2(1992) Iss 1, p.21-26. Bran: INSPEC A1:lstract: The author presents a procedure for the determination of thermal conditions' parameters for electrical machines using regression equations. The determination of the parameters of thermal processes Is based on the evaluation of heating and cooling-Oown values which are measured depending on time. The procedure introduced is equally suitable for the determination of parameters of heating and coolIng-down processes, In particular of the thermal time constants, on the basis of the two-component model. The basis of the model is a mUlti-parametric exponential function that is transferred into a linear regression equation by means of an appropriate transformation.

Uteratuuronderzoek

24

7.1.2. N8 orde netwerken n > 2

[B1]

Hak, J. Der Luftspalt Warmewiderstande einer elektrischer Maschine Archiv fOr Elektrotechnik, Bd. 42(1956), Heft 5, 5. 236-243. Bron: EMV (sneeuwbalmethode)

[B2]

Hak, J. L6sung eines Warmequellen-Netzes mit BerDcksichtigung der KDhlstr6me. Archiv fOr Elektrotechnik, Bd. 42(1956), Heft 3, 5. 137-154. Bron: EMV (sneeuwbalmethode)

[B3]

Hak, J. Die inneren axialen Warmewiderstande einer elektrischen Maschinen. Archiv fOr Elektrotechnik, Bd. 43(1957), Heft 1, 5.58-65. Bron: EMV (sneeuwbalmethode)

[B4]

Hak, J. Moglichkeiten und Aussichten einer unbeschrankter Losung des Warmeproblems von elektrischen Maschinen. Elektrotechnik und Maschinenbau, Bd. 74(1957), Heft 14, 5. 305-311. Bron: EMV (sneeuwbalmethode)

[B5]

Hak, J. Warmequellen-Netze elektrischer Maschinen. Elektrotechnik und Maschinenbau, Bd. 76(1959), Heft 11, 5. 236-243. Bron: EMV

[B6]

Schuisky, W. Bestimmung der Ef1Narmung von elektrischen Maschinen und Transformatoren mit Hilfe des Warmenetzes. Bulletin ASE, Bd. 50(1959), Heft 17, 5. 825-832. Bron: VUBIS (sneeuwbalmethode)

[B7]

Hak, J. Zwei Erganzungen zur Warmequellen-Netzmethode Archiv fOr Elektrotechnik, Bd. 45(1960), Heft 6, 5.408-417. Bron: EMV

[B8]

Benecke, W. Temperaturfeld und Warmefluss bei kleineren oberflachengekDhlten Drehstrom-motoren mit Kafiglaufer. Elektrotechnisch Zeitschrift (ETZ-A), Bd. 87(1966), Heft 13, s. 455-459. Bron: VUBIS (sneeuwbalmethode)

Literatuuronderzoek

25

[B9]

Eckhardt, H. Beitrag zur Berechnung der stationaren Temperaturverteilung in einer elektrischen Machine mit Hilfe eines Warmequellennetzes Archiv fUr Elektrotechnik, Bd. 53(1969), Heft 1, s. 31-44. Bron: VUBIS (sneeuwbalmehode)

[B10] Maier, F. Berechnung von thermischen Ausgleichsvorgangen in rotierenden elektrischen Maschinen Elektrotechnik und Maschinenbau, Bd. 88(1969), Heft 1, s. 10-23. Bron: VUBIS (sneeuwbalmethode) [B11] Ch ill et, C. et al. Analysis and localization of losses in an induction machine using tric method. Electric Machines and Power Systems, Vol. 18(1990), p. 29-39. Bron: INSPEC

a calorime-

[B12] Mellof, P.H. et al. Lumped parameter thermal model for electrical machines of TEFC design. lEE proceedings-B, Vol. 138(1991), No.5, p. 205-218. Bron: INSPEC Abstract The model described provides both a steady-state and transient solution to the temperatures within an electrical machine of the TEFC design. The model is sufficiently complex to identify the temperatures at most locations in the machine, including the peak temperatures in the endwinding and the surface temperatures of the rotor. It is formulated out of purely dimensional information and constant thermal coefficients and is therefore easily adapted to a range of frame sizes. The thermal behaviour of the TEFC machine is accurately described by the solution of just eight linear differential equations. The model is therefore suitable for application to online temperature estimation for protection and duty-cycle evaluation. The application of the thermal model to a medium (75 kW) and two small (5.5 kW) induction motors is described in detail. The model performance is confirmed by experimental temperature data obtained from varying load tests on each of the three induction motors.

[813] Mellor, P.H. and D.R. Turner Real time prediction of temperatures in an induction motor using a microprocessor. Electric Machines and Power Systems, Vol. 15(1988), p. 333-349. Bron: INSPEC Abstract: The authors describe a microprocessor based thermal prediction device for induction motors, which has applications in ageing control and motor protection. A lumped parameter linear model is used to describe the dynamic thermal performance of an induction motor. The model is formulated out of purely dimensional information and constant thermal coefficients, to be applicable to any similar machine. The heat input Is derived from measurements of the induction motor supply alone. The thermal model is solved In real time by a microprocessor, which estimates the motor's temperatures from the external inputs of motor phase current and ambient temperature. Results are presented for 5.5 kWmachine.

[814] Gutt, H.-J. Sensorlose Heisspunkt-Temperaturiiberwachung- elektrischer Antriebe mittels selbstlernenden Mikrorechnersystems. Bulletin SEV/VSE, Bd. 80(1989), Heft 23, s. 1521-1527. Bran: EMV

Literatuuronderzoek

26

[B15] Bousbaine, A. et al. Thermal modelling of induction motors based on accurate loss density measurements. In proceedings. International Conference on Electrical Machines, Manchester, UK, 15-17 Sept 1992. Manchester UK: Manchester Univ. 1992. Vol. 3, p. 953-957. Bron: INSPEC Abstract: The ability to predict the temperature rise of a machine prior to construction is as Important as the ability to predict its performance. The use of numerical techniques for solution of steady state heat flow problems is well established. However, for very complex heat flow systems the lumped parameter network technique still plays a very important role. The thermal model relies on a complete knowledge of the dimensions of the machine, materials properties and heat generated at the different nodes. The solution of the simultaneous equations arising from equating the flow of heat into and out of each node subjected to the losses gives rise to the temperature distribution within the machine. The authors present an accurate method for measuring such losses in machines.

[B16] Kylander, G. Temperature simulation of a 15-kW induction machine operating at variable speed. In: Proceedings, International Conference on Electrical Machines, Manchester, UK, 15-17 Sept 1992. Manchester UK: Manchester Univ. 1992. Vol. 3, p. 943-947. Bron: INSPEC Abstract: The author presents a thermal model for a 15 kW induction motor. It is a lumped parameter model that divides the machine in 90 nodes. It can calculate the temperature distribution of the machine as a function of time for different operating conditions, notably variable speed and variable ambient temperature. The parameters of the model are partly determined by the results of a measurements campaign.

[B17] Nestler, H. and Ph. K. Sattler On-line estimation of temperatures in electrical machines by an observer Electric Machines and Power Systems, Vol. 21 (1993), p. 39-50. Bron: INSPEC Abstract: Ar1 observer for temperature estimation in electrical machines is introduced, based on a thermal model implemented in a microcomputer. Only measurement of current, voltage, speed and temperature at an easy accessible spot is required. The experimental results are shown for three different machine types, a DC disk motor 1 kW, a DC rolling mill motor 3500 kW and a squirrel cage induction motor 18.5 kW.

Uteratuuronderzoek

27

7.1.3. Fundamenteel./ Aigemeen [C1]

Schuisky, W. Elektromotoren Wien: Springer, 1951 Bron: EMV (sneeuwbalmethode)

[C2]

Tustin, A. et al. Temperature rises in electrical machines on variable load and with variable speed. lEE proceedings-A, Vol. 103(1956), p. 483-492. Bron: EMV (sneeuwbalmethode)

[C3]

Bates, J.J. and A Tustin Temperature rises in electrical machines as related to the properties of thermal networks. lEE proceedings-A, Vol. 103(1956), p. 471-482. Bron: EMV

[C4]

Kessler, A Versuch einer genaueren Vorausberechnung des Zeitlichen Erwarmungsverlaures elektrischer Maschinen mittels Warmequellennetzen. Archiv fOr Elektrotechnik, Bd. 45(1960), Heft 1, s. 59-76. Bron: EMV

[C5]

Schuisky, W. Berechnung elektrischer Maschinen. Wien: Springer , 1960 Bron: EMV

[C6]

Kessler, A. Zur Theorie des Warmequellennetzes. Archiv fur Elektrotechnik (Af.E.), Bd. 49(1964), Heft 2, s. 109-123. Bron: EMV (sneeuwbalmethode)

[C7l

Kuhne, W. Verwarmingsverschijnselen bij asynchrone draaistroomkooiankermotoren. Polytechnisch tijdschrift editie ElektrotechniekjElektronica, Vol. 19(1964) No. 10, p. 332-337, Na.11, p. 368-372, No. 12, p. 412-416, en No. 13, p. 438-442. Bran: EMV (sneeuwbalmethode)

[C8]

Hofmann, H.L. Eine oberflachengekiihlte Drehstrom-Motorenreihe mit verbesserter innerer Warmeleitung. Dissertation, Technische Hochschule Carola-Wilhelmina, Braunscheig 1968. Bran: EMV

lheratuuronderzoek

28

[C9]

Harich, H. Grundlagen, Aufbau, Eigenschaften und Fehler analoger elektrischer ModelIe. Elektrotechnik und Maschinenbau, Bd. 92(1975), Heft 7, s. 306-309. Bron: EMV

[C10] Vogel, J. et al. Grundlagen der elektrischen Antriebstechnik mit Berechnungsbeispielen. Berlin: VEB Technik, 1977. Bran: VUBIS (sneeuwbalmethode) [C11] Hofmann, H. Ka/orisch Messverfahren zur Bestimmung des Ummagnetisierungsverlustes von Elektroblechen bei h6chsten Induktionswerten. Elektrotechnik und Maschinenbau, Bd. 95(1978), Heft 9, s. 393-398. Bran: EMV [C12] Szoogyen, J.R. Cooling of electric motors lEE journal on Electric Power Applications, Vol. 2(1979), No.2, p. 59-67. Bran: EMV [C13] Perez, I.J. and J.G. Kassakian A stationary thermal model for smooth air-gap rotating machines. Electric Machines and Electromechanics, Vol. 3(1979), No. 3-4, p. 285-303. Bran: INSPEC (sneeuwbalmethode) [C14] Rode, P. Ein Beitrag zur Ermittlung einfacher thermischer Rechenmodelle am Beispiel motorisch betriebener Gerate. Dissertation, Technische Hochschule Carolo-Wilhelmina, Braunschweig 1981. Bran: VUBIS [C15] Vetter, T. Uberwachung und Pradiktion des Erwarmungsverhaltens einer Asynchronmaschine mit Kafiglaufer mittels Parameterschatzung. Dusseldorf: VOl, 1988. Fortschrittberichte VOl Reihe 21 Nr. 37. Dissertatie Bran: VUBIS [C16] Vogel, J. et al. Grundlagen der elektrischen Antriebstechnik mit Berechnungsbeispie/en. 2. Auf/. Berlin: VEB, 1983. Bron: VUBIS (sneeuwbalmethode)

Uteratuuronderzoek

29

[C17] Thermal aspects of machines Colloqium, organised by Proffesional Groups P1 (Electrical Machines) and P6 (Power Electronics) of lEE, Savoy 27 October 1992, lEE Savoy Place, London 1992. IE~ colloqium digest No. 1992/164 Bron: VUBIS [C18] Dirven, R.G.C. Een model van de korte termijn temperatuurafhankelijkheid van de weerstand van een machinewikkeling. Technische Universiteit Eindhoven, Faculteit dar Elektrotechniek, Vakgroep EMV, 1992. Stageverslag EMV 92-11. Bron: EMV [C19] Bossink, P. Verificatie Thermisch Model KSA-motoren CLINK. Holec Systemen & Componenten B.V, Afdeling C&B/ITL, Hengelo, 1993. Afstudeerverslag. Bran: HOLEC [C20] Sprecher & Schuh Optimalisatie van produktie units en hun werking door middel van motorbeveiliging. Understanding Motor behaviour. The Need for motor protection. Thermal overload relays. Modern electronic protection relays. Electronic motor management (protection and control functions). (Nadere Iiteratuurverwijzingen ontbreken) Bron: Fabrikanten

Uteratuuronderzoek

30

7.1.4. Overig [01]

FOrsich. H. Erwarmungsberechnung fOr einen Stromverdrangungslaufer im Stillstand und beim Anlauf. Siemens Forschung- und Entwicklungsberichte, Bd. 8(1979). Heft 4. s. 196203. Bron: VUBIS (sneeuwbalmethode)

[02]

Ookopoulos, P und J. Xypteras Analytische Berechnung der transienten Temperaturverteilung in elektrischen Maschinen. Elektrotechnisch Zeitschrift Archiv (etz Archiv). Bd. 6(1984). Heft 2. s. 73-76. Bron: VUBIS (sneeuwbalmethode)

[03]

Zocholl. E. et al. Thermal protection of induction motors enhanced by interactive electrical and thermal models. IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-103(1984), No.7, P 1749-1755. Bron: INSPEC (sneuwbalmethode)

[04]

Hwang, C.-C. and C.-T Pan Thermal analysis of induction motors using 3D finite element method. Journal of the Chinese Institute of Engineers, Vol. 12(1989), No.5, p. 599610. Bron: HOLEC

[05]

Oymond. J.H. Stall time, acceleration time, frequency of starting: the myths and the facts. In: GE-Canada, Peterborough, Ont., Canada Record of Conference Papers. Industry Applications Society 38th Annual Petroleum and Chemical Industry Conference,Toronto, Ont., Canada, 9-11 Sept. 1991. New York: IEEE, 1991. Bron: INSPEC Abstract: The definitions, methods of calculation, and thermal effects of stalling, accelerating, and repeated starting of medium and large fabricated squirrel~ge induction machines are discussed. The questions why there may be variations between like machines and why the motor designer and the user/specifier need to have a dialogue relative to an understanding of the application In terms of duty cycle, inertia, system VOltage, and the load torque-speed characteristic are discussed.

Literatuuronderzoek

31

7.2. Temperatuurmeetmethoden [E1]

Measurement of the winding resistance of an a.c. machine during operation aialtemating voltage. Zwitserland, Geneve: Bureau Central de la Commission Electrotechnique Internationale, IEC-rapport nr. 279, First edition 1969. Bron: EMV (sneeuwbalmethode)

[E2]

Kinzie, P.A. Thermocouple temperature measurement. London: Wiley-Interscience, 1973. Bron: VUBIS

[E3]

Wieringa, L. Temperatuurmetingen aan wisselstroommachines d.m.v. de superpositiemethode. Technische Universiteit Eindhoven, Faculteit der Elektrotechniek, Vakgroep EMV, 1975. Stageverslag EM 75-16. Bron: EMV

[E4]

Breunig, P.O. et al. Handbuch der technischen Temperaturmessung. Germany: Vieweg, 1976 Bran: VUBIS

[E5]

Gils, J.A. van Weerstandsmeting aan draaistroomwikkelingen zonder onderbreking van de bedrijfsstroom. Polytechnisch tijdschrift editie Elektrotechniek/Elektronica, Vol. 36(1981) No.6, p. 304-309 Bron: EMV

[EB]

Ricolfi, T. Thermal sensors. Germany, Weinheim: VCH, 1990 Bran: VUBIS

[E7]

Gribakin, V.S. et a!. Measuring winding temperatures for electrical machines. Measurement techniques, Vol. 33(1990), No. 10, p. 1019-1022. Translation of:lzmeritel'naya Tekhnika, VoI33(1990) No. 10, p. 36-37 Bron: INSPEC Abstract: The stator winding is used as the resistance thermometer In thermal tests on electrical machines. The authors have proposed a method and device for measuring the winding temperature under load with direct readout of the temperature on a voltmeter. The method can be used In temperature measure· ments if the sensor is a metal resistor with linear temperature response. The instrument provides a reading on a scale calibrated In degrees Celsius.

Literatuuronderzoek

32

[E8]

Roterende elektrische machines; Kengegevens en eigenschappen. Delft: Nederland Normalisatie-Instituut, 1991, NEN 3173 4e editie Bran: EMV (sneeuwbalmethode)

[E9]

Mohamed-Ali, Y. et a!. Influence of high order voltage harmonics on iron losses in an induction motor. In: International Conference on Electrical machines, Manchester, UK, 15-17 Sept. 1992. Manchester UK: 1992. Manchester Univ. Vol. 2(1992), p. 322326. Bron: INSPEC Abstract: Variable frequency supplies used for induction motors and especially PMW inverter supplies create voltage and current harmonics which induce additional losses in copper and Iron, compared to sinusoidal supplies. These supplementary losses are located in windings and in laminations. The quantification and the separation of these losses and their localization constitute a very complex problem. The authors use temperature measurements in the windings and in the laminations of the stator to resolve it and they show that a linear correlation exists between these losses and a distortion factor of the supply voltage, defined by the ratio of RMS to rectified mean values. They propose simple measurements to compute it with a good accuracy.

Uteratuuronderzoek

33

7.3. MQtorbeveiligingen 7.3.1. Normen/Standaarden

[F1]

Methods for determining losses and efficiency of rotating electrical machinery from test (excluding machines for traction vehicles) Geneve, InternatiQnal Electric CQmmittee, 1972, IEC standard nr. 34-2 3rd edition + Supplement nQ. 1(1974) Zwitserland, Geneve: Bureau Central de la Commission Electrotechnique InternatiQnale. Bron: VUBIS

[F2]

Thermal detectors and control units used in thermal protection systems. Geneve, InternatiQnal Electric Committee, 1984, IEC standard nr. 34-11-2 Amendment nQ. 1(1990). Zwitserland, Geneve: Bureau Central de la CQmmission ElectrQtechnique Internationale. Bran: VUBIS

[F3]

Low-voltage sWitchgear and controlgear Geneve, International Electric Committee, 1988, IEC standard nr. 947 Zwitserland, Geneve: Bureau Central de la CQmmissiQn ElectrQtechnique Internationale. Brcn: VUBIS Opgebcuwd uit de vclgende cnderdelen; General rules IEC standard nr. 947-1 Electromechanical contactors and motor-starters. IEC standard nr. 947-4-1 Control and Protection switching equipment. IEC standard nr. 947-6-2

[F4]

American National Standard for trip devices for AC and general-purpose DC low-voltage power circuit breakers. New YQrk: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1972, ANSI Standard, nr. C37.17. Brcn: VUBIS

[F5]

Switchgear assemblies including metal-enclosed bus. - Consolidated ed. New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1974, IEEE Standard nr. 27, ANSI Standard nr. C37.20,C37.20a,C37.20b,C37.20c bran: VUBIS

[F6]

IEEE guide for AC motor protection New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1976, ANSI/IEEE standard, nr. C37.69. Bron: VUBIS

Uteratuuronderzoek

34

F[7]

IEEE guide for protective relay applications to power system buses. New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1979, ANSI/IEEE standard, nr. C37.97. Bron: VUBIS

[F8]

IEEE standard enclosed field discharge circuit breakers for rotating electric machinery. New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1979, ANSI/IEEE standard, nr. C37.18. Bron: VUBIS

[F9]

IEEE trial-use guide for construction and interpretation of thermal limit curves for squirrel-cage motors over 500 HP. New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1981, ANSI/IEEE standard, nr. 620. Bron: VUBIS

[F10] IEEE recommended practice for chemical industry severe duty squirrel-cage induction motors : 600 V and below. New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1986, - 14 p. ANSI/IEEE standard, nr. 841. Bron: VUBIS [F11] IEEE standard for metal-enclosed low-voltage power circuit-breaker switchgear. New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1987, ANSI/IEEE standard, nr. C37.20.1. Bron: VUBIS [F12] IEEE standard for relays and relay systems associated with electric power apparatus. New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1989, ANSI/IEEE standard, nr. C37.90. Bran: VUBIS

Uteratuuronderzoek

35

7.3.2 Verschillen tussen normen/standaarden [G1]

Kelly, J.P. lEG and NEMA motor starters: understanding the differences. In: IEEE 1990 Annual Textile, Fiber and Film Industry Technical Conference, Bron: INSPEC Atlanta, 2-3 May 1990. New York: IEEE 1990. P. 1-10. Abstract: After a historical review of the lEe (International Electrotechnical Commission). NEMA (National Electrical Manufacturers' Association). and UL (Underwriters Laboratories) and their goals. a description Is given of how differences in market forces and conditions In Europe caused lEe-type contactors to develop differently from NEMA-type contactors. These dissimilarities also caused lEe-type overloads to evolve differently. Since the introduction of lEe-type overload relays In the North American market has caused problems for U S engineers, a detailed review of operational and feature differences of lEeand NEMA-type specified devices Is given. Eight issues that should be considered when making a choice between lEe-type and NEMA·type starters are discussed: starter size; starter price; contactor performance; contactor application; overload relay trip characteristics; overload relay reset mechanism characteristics; and fault-withstand capability.

[G2]

NEMA and lEG Devices for Motor SeNice: A GUide for understanding the differences. Washington D.C, USA, National Electrical Manufacturers Association, 19??, N EMA standard publications No. ICS 2.4 Bran: INSPEC (sneeuwbalmethode)

[G3]

NEMA and lEG Devices for Motor Starters: A guide for understanding the differences. Washington D.C, USA, National Electrical Manufacturers Association, 1990, NEMA Standard publications No. ICS 2.7 Bron: INSPEC (sneeuwbalmethode)

[G4]

IEEE guides and standards for protective relaying systems. New York, Ny, USA, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1991, p. 1-668. Bran: INSPEC Abstract: A collection of IEEE guides and standards for protective relaying systems is presented. Many area are covered including line protection; rotating machinery protection; transformer protection; consumer interface protection; and relay testing.

[G5]

Manthe, M. A comparison of the different rating structures and application considerations as applied to motor controllers (600 volts and below) In: Record of Conference Papers, Industry Applications Society 38th Annual petroleum and Chemical industry Conference. Toronto, Ont, Canada, 9-11 sept. 1991. New York: IEEE 1991 p. 39-46. Bran: INSPEC

Literatuuronderzoek

36

[G6]

Babb, M. Protection is the name of the game for motor starters. Control Engineering, Vol. 39(1992), No.9, p. 53-55. Bron: INSPEC Abstract: There is now a full circle of protection available on the factory floor: for the operator, for the motor, and for the motor starter itself. No matter what issue is being discussed in connection with motor starters-IEC vs. NEMA, or solid-state vs. electromechanical, or stand-alone operation vs. networking devices-all of the arguments eventually come back to the issue of protection. How much protection is needed, and how much does a particular technology provide? The author compares motor starters from IEC (International E1ectrotechnicaJ Commission) and NEMA (National Electrical Manufacturers Association) and looks at solid-state protection, self-protection, and protection with communications.

[G7]

Babb, M. Protecting Motor Starters Control Engineering, May 1993, p. 66-69. Bron: INSPEC (sneeuwbalmethode)

[G8]

Babb, M. IEC and NEMA: Questions and Concerns Control Engineering, February 1993, p. 71-75. Bron: INSPEC (sneeuwbalmethode)

[G9]

Babb, M. The expanding horizons of 'intelligent' power control Control Engineering, February 1993, p. 66-67. Bron: INSPEC Abstract: Perhaps one of the biggest changes that has come upon the North American motor control industry in the past decade is the emergence of IEC type magnetic contractors and thermal overload protection devices. The IEC, or International ElectrotechnicaJ Commission, is a standards organization based In Geneva, Switzerland, that publishes recommendations for product designs. The IEC has been responsible for some of the most widely accepted manufacturing standards in Europe, including DIN and VDE. NEMA is the National Electrical Manufacturers' Association, based In Washington, DC. Uke IEC, NEMA has developed design standards and test specifications that have greatly influenced the motor controls industry. However, its activities have been generally limited to North America. The increasing popularity of IEC products in the US, especially in the OEM market, is testimony to the broadening of the controls market across International boundaries. The new range of choices that engineers must face in considering NEMA and IEC products is the subject of the first article In the series.

Literatuuronderzoek

37

7.3.3 Aigemeen

[H1]

Blaschke, H. Motorschutz Berlin: VEB Technik, 1954. Bran: VUBIS

[H2]

Cortlandt, A.R. Protective relays: their theory and practice. Warrington: Chapman and Hall, 1968, repro 1974 Bran: VUBIS

[H3]

Lythall, R.T. et al. A.C. motor control: a gUide to the basic methods of starting, controlling, squencing and protection A. C. induction motors. London: lIifte Books, 1971. Bron: VUBIS

[H4]

Clemens, H. und K. Rothe Re/aisschutztechnik in Elektroenergiesystemen Berlin: VEB Technik, 1978. Bran: EG

[H5]

Daemeland, D. VEM-Handbuch Relaisschutztechnik. Berlin: VEB Technik, 1978. Bran: VUBIS

[H6]

Amft, D. Ableitung einer fur den Motorschutz benutzbaren Zeitkonstantenrelation aus der Analyse der Daten einer Einheitsmotorenreihe. Elektrie, Bd. 36(1982), Heft 5, s. 227-230 Bran: EMV

[H7]

Amft, D. Eine erweitere Theorie des thermischen Motorschutzes und M6glichkeiten ihrer Verwicklung durch mikroelektronische Schaltungen. DDR Karl-Marx-Stadt: Wiss. Zeitschrift der Technischen Hachschule KarlMarx-Stadt, Bd 25(1983), Heft 2, S. 232-250. Bran: EMV (sneeuwbalmethade)

[H8]

Amft, D. A/gorithmen fur elektronische Schutzkonzepte bei Typenreihen von Niederspannungs-Asynchronmaschinen. Elektrie, Bd. 39(1985), Heft 7, s. 261-264. Bran: EMV

Uteratuuronderzoek

38

[H9]

Zocholl, S.E. Integrated Metering and Protective Relay Systems IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 25(1989), No.5, p. 889-893. Bran: INSPEC Abstract: The process of converting sampled analog signals to digital numbers using a low~st microprocessor and an AID converter for motor protection is considered. Distribution fault records, relay performance with extremely saturated low ratio current transformers, and advanced methods of protecting high-inertia drive motors are presented. The discussion also covers: digital filtering; range of operation of a digital overcurrent relay; the function of the anti-aliasing filter; advances in motor protection; rotor thermal model; and maintainable structured software.

[H10] Zocholl, S.E. Motor analysis and thermal protection IEEE Transactions on Power delivery, Vol. 5(1990), No.3, p.1275-1280. Bran: INSPEC Abstract: A motor starting study can be completed in a matter of minutes using a PC program written for the purpose. The study uses readily available nameplate, load, and thermal-limit data and determines the most significant motor protection criterion: rotor temperature rise plotted per unit of thermal limit. The parameters for the electrical, mechanical, and thermal models are determined from the source data and used by the program to produce plots of current, torque, speed, and rotor temperature versus time. The author identifies the necessary source data and explains the method of analysis using a 6000 hp, high-inertia draft fan motor as an example.

[H 11] Fischer, A. und S. Wolf Digitaler Motorschutz mit neuartigem thermischem Abbild des Lauterkreises. Siemens Energie und Automation, Bd. 12(1990), Heft 5-6, s. 36-39 Bran: INSPEC Abstract: A motor overload relay is designed to protect the motor against excessive overheating. Such protection requires a very precise thermal replica of the motor. Here, the authors describe how, unlike conventional protection, the Type 7SK52 digital motor protection relay takes into account not only the thermal conditions in the stator circuit, but computes an accurate thermal replica of the rotor circuit as well. The unit also incorporates a number of other protection features, making the 7SK52 an excellent, comprehensive protection system for all high-voltage motors.

[H12] Hamilton, K.M. Latest developments in motor protection reporting and motor protection control systems. In: Electrical Power Utilization - How to Achieve System Performance. Conference and Exhibition. London, UK, 26-27 Feb. 1991. Leatherhead, UK: IRA 1991. Vol. 5(1991), No.2, p. 1-12. Bron: INSPEC Abstract: The author examines the trend towards protection reporting systems at high voltage and protection control systems at low voltage. Speed of operation and control signals, particularly associated with load shedding schemes and protocol or interfaceproblems between protection controller and control equipment, are two of the problem areas which receive special attention.

Uteratuuronderzoek

39

(H13] Zocholl, S.E. Motor analysis for protection Engineers IEEE Computer Applications in Power, Vol. 4(1991), No.4, p. 22-26. Bron: lNSPEC Abstract: A motor analysis program called Motorlab, which allows a protection engineer to complete a motor analysis In a matter of minutes, Is described. MotorLab uses the minimum essential motor rating, torque. and thermal data to produce plots of the starting current, terminal voltage, speed and torque for any desired condition of source voltage and Impedance. The program plots the time-<:urrent plot of the motor thermal limit and starting current in log-log format and automatically coordinates the stator, locked rotor, and fault characteristic. It also checks the security of the application. The main purpose of the program is to determine the temperature rise In the motor, which is used to determine settings for a microprocessor-based relay that employs thermal models to determine temperature. The attributes of the program are illustrated by an analysis of a 4160 volt, 6000 HP, 720 RPM, high-lnertia, induced-draft fan motor.

[H14] Morskieft, E.J.M. and M. Groenenboom Clink, a cost effective, high performance data collection, protection and control system for LV industrial switchboards. In: 12th International Conference on Electricity Distribution. CIRED Birmingham, UK, 17-21 May 1993. London, UK: lEE 1993. Vol. 5(1993), p. 15 Bran: INSPEC Abstract: Not so long ago, a great deal of auxiliary wiring was Incorporated in the controlling and signalling of low voltage motor control switchgear. Nowadays more and more electronic systems are emerging which carry out these functions by communicating via a single bus. Some systems also offer fairly sophisticated protection functions, for instance improved thermal protection of motor loads. Clink is just such a system, developed by Holec Systemen en Componenten a.v. The authors give a brief description of how Clink works, and then examine some of the design aspects In greater detail. The first of these is communication, the basic lifeline in this kind of system. They take a look at system reliability In general and its electromagnetic compatibility. Finally, an explanation Is given of special, construction measures taken in order to fulfil the requirements placed by aspects mentioned above.

Uteratuuronderzoek

40


Bijlage I

Faculteit Elektrotechniek, afdeling Energietechniek: vakgroep Elektrische Energiesystemen in samenwerking met vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica

Afstudeeropdracht voor: Begindatum:

T.L.W Smits (351717) 1993.11.01

Onderwerp: Verificatie van een thermisch model van kortsluitanker-machines. Toelichting: De elektrische beveiliging tegen overbelasting van kortsluitankermachines was voorheen voornamelijk gebaseerd op een simulatie van het thermisch gedrag van kortsluitankermachines door middel van bi-metalen strookjes in thermische relais. Thans kan de simulatie verwezenlijkt worden met -al dan niet specifieke- computers. De validiteit van het daarin geprogrammeerde model -de software- is het onderwerp van dit onderzoek. Het bij dit onderzoek beoogde simulatie-model is een relatief eenvoudig model met slechts twee onderscheiden tijdconstanten waarbij de meetpunten zijn gelegen in het koper van de statorwikkeling, in het ijzer van het statorblikpakket en in de omgevingslucht ( het koelmedium ) van de machine. Het is een niet ongebruikelijk model, gebaseerd op fysische overwegingen, en wordt ondermeer gebruikt bij het CLiNK-motorbeveiligingssysteem van HOLEC. Een eerste oordeel over de validiteit van dit model zal voornamelijk gebaseerd worden op een beperkt, doch geselecteerd, aanta! laboratoriummetingen. De waarde van het onderzoek is dan ook beperkt: van equetes van gebruikers en onderzoeken van gedragingen van machine-beveiligingen in de praktijk zal bij dit onderzoek worden afgezien. Doel van het onderzoek is na te gaan of, en in hoeverre, het voorgestelde model voldoet bij beproevingen van een beperkte keuze van kortsluitankermachines, alsmede of/hoe de globa!e waarden van de betreffende thermische tijdconstanten eenvoudig bepaald respectievelijk geclassificeerd kunnen worden. Daartoe valt de keuze vooralsnog op ( normale ) vierpolige kortsluitankermachines met vermogens van 11 en 22 kW als onderzoeksobjecten. Van beide vermogens dienen minstens drie machines te worden onderzocht: twee machines van respectievelijk de voornoemde vermogens met geheel gesloten behuizingen ( IP 44, 54 ) en zo mogelijk van verschillend fabrikaat, en een open ( IP 22, 23 ) machine van een vermogen van 11 of 22 kW en van een fabrikaat dat overeenkomt met een van de eerder genoemde machines van hetzelfde vermogen . Het onderzoek beperkt zich dus tot laagspanningsmachines met 2 poolparen en met luchtkoeling. Literatuuronderzoek

Met uitzondering van blokkerings- en aanloopmetingen worden temperatuurmetingen beperkt tot metingen met constant as-vermogen onder elektrisch gebalanceerde, zij het niet noodzakelijk nominale, condities. Slechts voor incidentele verificaties wordt het as-vermogen intermitterend gevarieerd. Niet-symmetrische condities zoals fasespannings-ongelijkheid en/of fase-uitval -hoewel belangrijk bij toepassingen- worden niet beschouwd. Verder blijven de frequenties van de elektrische statorklemspanningen beperkt tot 50Hz. Van de machine-temperaturen dienen als functie van de tijd en de machine-statorstroom tenminste gemeten te worden: a. de over de wikkelingslengte gemiddelde temperatuur ( met de weerstandsmethode ); de hoogste temperatuur die locaal voorkomt op de statorwikkeling ( of b. rotorkooi ); zo mogelijk, de bliktemperatuur onderin de statorgleuf ( tegen het juk c. ) en aan de buitenzijde van de machine. Deze metingen dienen automatisch te worden geregistreerd en op floppy-disk te worden opgeslagen opdat zij geschikt zijn voor herhaald gebruik. Slechts twee thermische begincondities worden in het onderzoek betrokken: a. een koude machine ( circa 20°C); b. een bedrijfswarme " machine ( circa 80° C). Afhankelijk van de gevonden thermische machine-tijdconstanten worden metingen qua tijd gestaffeld uitgevoerd: allereerst wordt de validiteit van de grootste tijdconstante onderzocht en bij positief resultaat vindt vervolgens een validatie van de kleinste tijdconstante plaats. Tevens moet worden nagegaan of het model betrouwbare uitkomsten oplevert in het tijdsgebied waarin beide tijdconstanten een rol kunnen spelen. Nagegaan moet worden of de beschrijving voor kleine tijden oak geldig blijft bij blokkering van de machine ( uiteraard bij verlaagde statorklemspanning ). Er wordt niet verwacht dat een verdere verfijning van het model noadzakelijk zal zijn. Mocht het tegendeel blijken dan worden van dit onderzoek slechts aanbevelingen tot verbetering verlangd. De fysiche overwegingen waarop het voornoemde model is gebaseerd dienen aan een oordeel te worden onderworpen. Tevens moet, met simulaties, worden nagegaan hoe foutgevoelig het model blijkt te zijn. Speciale aandacht hierbij wordt gevraagd voer: a. een gevoeligheids-analyse van de in het model gebruikte componenten; de foutaccumulatie na 1 en 5 cycli van een nader te kiezen intermitteb. rend bedrijf ( S2 of S6 ). Oak dienen de, hierna vermelde, door HOLEC gemaakt aannamen te worden beoordeeld, vooral ten aanzien van de eerder genoemde classificatie: a. De thermische weerstand tussen koper en blik bedraagt circa 3/8-e van de weerstand tussen koper en omgeving. b. 8ij circa 3/4 van het nominaJe motorvermogen zijn de blikverliezen gelijk aan de koperverliezen. II

II

II

literatuuronderzoek

II

II

Voor de beveiliging van kortsluitankermachines is het essentieel in hoeverre de thermische toestand van een kortsluitankermachine met behulp van de ( gemiddelde waarde van ) de motorstroom kan worden getraceerd3. Oit moet worden nagegaan. Zo Iijkt er enige vrees te bestaan dat de afkoeling bij stilstand niet correct wordt afgebeeld met het model. Verhitting van de statorwikking door een stralende rotor is in het model eveneens onvolledig verwerkt; de vraag wordt gesteld of dit phenomeen een rol van belang speelt. Is een beveiligingsmethode, die zich uitsluitend baseert op een stroommeting wei deugdelijk ? Zo mogelijk, dient te worden aangegeven wanneer meting van de gemiddelde waarde van de motorstroom niet meer voldoet en moet worden overgegaan naar een andere grootheid ( zoals bijvoorbeeld de effectieve waarde ). Het onderzoek dient, zo nodig, eveneens aanbevelingen tot verbetering van het model aan te dragen. Samenhangend met de in het vorige punt gestelde,· dient te worden nagegaan of de belangrijkste voorschriften, normen, recommendaties en garantie-waarden van motorfabrikanten tegemoet komen aan een motor-beveiligingsfunctie. Met name IEC-947 moet hierin worden betrokken. Hoe dienen de garantie-waarden van de motorfabrikanten ten aanzien van die functie te worden beoordeeld ? In het afstudeeronderzoek dient een met betrekking tot het onderwerp relevante Iiteratuur-onderzoek te omvatten. Oit impliceert dat naast de gemeten thermische aspecten ook de wijzen van beveiliging tegen, en beschikbare normen over, overbelasting van kortsluitankermotoren tot onderwerp van literatuur-onderzoek worden gerekend. Bij dit onderzoek kan behalve van de universitaire faciliteiten, ook gebruik gemaakt worden van de faciliteiten van HOLEC. Hoogleraar: Mentoren:

literatuuronderzoek

Prof. Dr. H. Rijanto Dr. Ir. V.K.1. Kalasek, Ir. R.W.P. Kerkenaar.

1988 1985 1983

1981

1980 1977

1976 1972 1969 1966

1964

1960

1959

1957

1956

Lheratuuronderzoek

Bijlage II

FACULTEIT DER ELEKTROTECHNIEK. Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica. Vakgroep Elektrische Energiesystemen

Recommend Documents