Kapcsolt reluktancia-motoros hajtás

BUDAPESTI MŰSZAKI EGYETEM VILLAMOSMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR VILLAMOS GÉPEK ÉS HAJTÁSOK TANSZÉK

SRM

Kapcsolt reluktancia-motoros hajtás

1. A mérés célja: Az Energiatakarékos villamos hajtások című szakirány-tárgy keretében az SRM hajtásról tanultak méréssel történő alátámasztása, illetve a hajtás megismerése, működésének vizsgálata különös tekintettel az energia megtakarítás mértékére. 2. A méréssel kapcsolatos tananyag: Dr. Hunyár - Dr. Kovács - Németh - Dr. Schmidt - Dr. Veszprémi: Energiatakarékos villamos hajtások c. jegyzetből a 460-472.o.:A kapcsolt reluktancia-motoros hajtás 3. Mérési elrendezés: TD

N R S T

SRH

PA

Parkvektorképző kapcsolás y x 0

Vt

EAG

SRM

Ag At

Rg 220 V =

F X1 X2

HP

Rf

Rt

0 KAv

1. ábra A mérés kapcsolási vázlata 3.1 A mérőkapcsolás fő építőelemei: SRM – Kapcsolt reluktancia-motor Motor típus: SR75 Pn = 7.5 kW In = 15 A Mn = 48 Nm Mmax = 72 Nm nmax = 1500 ford./perc az állórész háromfázisú, 6 fogú, a forgórész 8 fogú.

SRH – az SRM tápegysége PA – Voltech gyártmányú teljesítmény-analizátor (PM 3000) EAG – Egyenáramú terhelőgép (mérleggép) (5 EMD 135/4 típusú Egyedi Kismotorgyár) Un = 220V, In = 40 A, Pn = 10 kW nn = 1500 ford./perc k = 0.716 m (a mérlegkar hossza) Ug = 220 V Ag – Deprez ampermérő Imh=3A At – Deprez ampermérő 60mV/0.6mA (50A/60 mV-os sönttel) HP – HP Oszcilloszkóp az áram jelalakok, és a Park vektor megjelenítésére F – Fordulatszám kijelző(az SRH-előlapján található) Rt –Terhelő-ellenállás: Un=380/220V, Pmax=10500 W Rg –Tolóellenállás: R=200 Ω, U=250V Rf – Fékellenállás: R=8+8 Ω, U=250V Av1, Av2, Av3– Az SRM hajtás motor körébe helyezett áramváltók, melyek az áramjelalak vizsgálatához szolgáltatják a jelet.(lásd a Parkvektorképző leírásánál) 100 A => 15 V KAv – Lakatfogós áramváltó TD – Tachodinamó: U=25V (n=1000/perc) Vt – Deprez voltmérő: Umh=6-12-30-60-120-300-600 V 1.2 Kapcsolt reluktancia-motoros hajtás tápegysége (SRH) 1.1.1 A hajtás kezelőszervei : 0 Volt

1 2 3

P

4 STOP

5

START

6

INCH

7

ELŐRE

8

HÁTRA

9

RESET

10

VÉSZGOMB

11

spec. csatl.

12

2. ábra A hajtás kezelőszervei -2.-

Vezérlő-panel: START: A hajtás vezérlésének, és a szabályozók engedélyezése induláskor ELŐRE/HÁTRA: Forgásirány váltó kapcsoló INCH: Minimális sebességű üzem bekapcsolása ALAPJEL: A fordulatszám alapjel potenciométer (P) STOP: A hajtás üzemszerű megállítása, generátoros fékezéssel. VÉSZGOMB: Vészleállítás. RESET: Hiba miatti leállás, és a hibaok megszüntetése utáni szoftver újraindítás Az irányítópanelről állítható mennyiségek: (A panel a tápegység belsejében található, értékei előre be vannak állítva) − A maximális és minimális sebesség − Az inch üzemállapot sebessége − A gyorsítás és fékezési korlát − A fordulatszám-szabályozó P-, I- tagja − Motoros üzemű nyomatékkorlát − Generátoros üzem nyomatékkorlátja Kijelzők: 4 db. 7 szegmenses kijelző: ( F) Az aktuális fordulatszám értéke ford./perc-ben, vagy a hiba kódját (F-nn) LED-ek: FWD - A motor az órajárás szerint forog REV - A motor az órajárással szemben forog REGEN - Generátoros féküzem FAULT - Hiba jelzés RUN - A hajtás üzemszerűen működik (START gomb működtetése után) ARMED - DC tápfeszültség megfelelő TORQ.L - Nyomatékkorlát elérése Vizsgálójelek: Fordulatszámmal arányos egyenfeszültség ( 10 V = 1500 ford./perc) Fordulatszámmal arányos frekvenciájú jel (1 imp/ford.)

-3.-

1.1.2 A teljesítményelektronikai kapcsolás felépítése és működése: Rf BR

T Rk

IGBT modul

IGBT modul

EI

S

C

B

A

K

IGBT modul

R

K

a

a` b

A tekercs

B tekercs

b`

c

C tekercs

R

3. ábra: A teljesítményelektronikai kapcsolás A tápegység egy háromfázisú diódás hídkapcsolású egyenirányítót (EI), egyenköri nagyfeszültségű kondenzátorokat(K), töltő és kisütő-ellenállásokat(R, Rk), A, B, C három fázis és generátoros féküzemi (BR) IGBT-s modulokat tartalmaz. A háromfázisú tápfeszültség bekapcsolása után az R töltőellenálláson, és az EI egyenirányítón keresztül a K egyenköri kondenzátorok feltöltődnek a kívánt feszültségre. Ezt követően, az R töltőellenállások rövidre záródnak. Amennyiben a tápfeszültség megszűnik, a K kondenzátor, az Rk kisütő-ellenállásokon keresztül rövidre záródik. A fázisokra kapcsolódó A, B, C IGBT-s modulok két tranzisztort és két diódát tartalmaznak. Ez a kapcsolás egyirányú áramvezetést tesz lehetővé, az SRM igényeinek megfelelően. A tranzisztorok bekapcsolása után pozitív feszültség jut a fázistekercsekre, kikapcsolásakor a diódák vezetnek, és így pedig ellenkező előjellel kapcsolják a feszültséget a fázistekercsekre. A nulla feszültség, a tranzisztor, és az ellenkező dióda együttes vezetésekor áll elő. A BR féküzemi IGBT feladata a generátoros üzemben visszatáplált energia felemésztése az Rf ellenálláson, mivel a diódás híd nem képes a hálózatba visszatáplálni azt. 1.1.3 A hajtás szabályozásának blokkvázlata: Fordulatszám és szöghelyzet jeladó

n α

P

Fordulatszám alapjel

Fordulatszám szabályozás PI típusú

i

Áram szabályozás

iga igb igc

a

SRH

b c

ia ib ic

4. ábra A hajtás szabályozási blokkvázlata -4.-

SRM

c`

1.1.4 A hajtás üzembehelyezése 1. Állítsuk 0-ra a P alapjel potenciométert 2. Kapcsoljuk be a 3x380 V-os hálózatot 3. Ellenőrizzük, hogy nincs-e valamilyen hibaüzenet, vagy a helytelen működésre utaló jel. Helyes működés esetén a ‘0’ felirat jelzi a készenléti állapotot az F kijelzőn. 1.1.5 A hajtás kezelése 1. Állítsuk be a kívánt forgásirányt, az ELŐRE/HÁTRA kapcsolóval 2. Indítsuk a hajtást a START gombbal! 3. Állítsuk be a kívánt fordulatszámot a P potenciométerrel. 4. Hiba esetén a VÉSZGOMB működtetésével lehet a hajtást letiltani. Újraindítás előtt a hiba elhárítását követően a RESET gombot kell működtetni. 5. A hajtás üzemszerű leállítása a STOP gombbal történhet. 6. Üzem közben a fordulatszám, illetve a forgásirány változtatása is megengedett, a P potenciométerrel, illetve az ELŐRE/HÁTRA kapcsolóval 1.2 Mérőeszközök 1.2.1 Parkvektor-képző kapcsolás (Av1, Av2, Av3) a` b` SRH c` a b c

Av1

Av2

ix =2ia-ib-ic

iy=ib-ic

Av3 -ia

x y 0 SRM

5. ábra Az áram-Parkvektor-képző kapcsolás Az áram-Parkvektor derékszögű komponensei: az

(

)

i = 23 ia + ai b + a 2ic = i x + ji y egyenletből: i x = 13 (2i a − i b − i c ) ,

i y = 1 ( i b − ic ) 3 -5.-

A 3-mal, illetve

3-mal való osztást (illetve az arány beállítását) az oszcilloszkóp bemeneti le-

osztásával állítjuk be. Az x, y áramkomponensekkel arányos jeleket az Av1, Av2, áramváltók kimeneteiről vesszük, melyek csatlakoztatásánál figyeljünk a 0, és a + pontok helyes bekötésére. 1.2.2 Voltech háromfázisú teljesítmény analizátor (PA) A PA teljesítmény-analizátor kezelésének leírása (lásd az előlap fotóját a mellékletben): A PA teljesítmény-analizátor fő funkcióválasztó gombjai: SELECT és ENTER Bekapcsolás, beállítás: 1. Kapcsoljuk be a PA-t a POWER gombbal. 2. Állítsuk be a 3 fázisú 3 vezetékes mérést a 3∅4W kapcsolóval. 3. Válasszuk ki a mennyiségek összegzett megjelenítését az Σ kapcsolóval. (pl. teljesítmény: W) Az integrátor alapbeállítása, energiamérés: 1. Nyomjuk le az INTEGRATOR gombot a MENUS-ben. 2. A megjelenő menüből válasszuk az <enable>-t a SELECT, ENTER kombinációval, majd a -t és végül a <manual>-t. 3. Ha a megfelelő munkapontot beállítottuk a terheléssel, nyomjuk meg a Whr gombot, az energia megjelenítéséhez. 4. A START/RESET gombot kell megnyomni az integrálás elindításához. A kívánt idő után olvassuk le a kijelzőről az idő és az energia értékét. A STOP gombbal állítsuk le az integrálást. Áramharmonikusok értékeinek meghatározása: 1. Nyomjuk le az A HARM gombot. 2. Írjuk be, a megjeleníteni kívánt harmonikus számát a billentyűzetről, (bal felső sarok első 10 billentyűje) majd üssük le az ENTER-t. Adatok kinyomtatása: 1. Nyomjuk le, az INTERFACE gombot (MENUS). 2. Válasszuk a PRINTER-t, a menüből.(SELECT, ENTER) 3. A feladattól függően vagy a display, vagy a selected funkciót válasszuk ki. Ha a display van kiválasztva, akkor a DATA DUMP gomb lenyomásának hatására ki

fogja

nyomtatni,

a

kijelzőn

szereplő

értékeket.

Ha a selected-et választjuk, akkor ki kell választani, hogy 1 vagy 3 csatornát szeretnénk-e megjeleníteni (Energia Σ, áramharmonikus Ch 1.). Majd adjuk meg a ki-6.-

választott függvényt a megfelelő gomb lenyomásával. (pl. teljesítmény: W, vagy energia W) 4. Az A HARM gomb lenyomását követően, válasszuk ki, hogy minden harmonikust ki akarjuk-e iratni, (ALL) vagy csak a páratlanokat (ODD ONLY). 5. Adjuk be a maximális harmonikus rendszámát. 6. Válasszuk ki ismét, hogy a manuális triggerre induljon el a vizsgálat. 7. Indítsuk el az analízist a DATA DUMP gombbal. 1.2.3 HP oszcilloszkóp és KAv lakatfogós áramváltó A HP-hez a lakatfogós áramváltót, egy kiegészítő készüléken keresztül lehet csatlakoztatni. A csatlakoztatás után, azt a csatornát 10mV/DIV-be kell állítani, majd a kiegészítő készüléken kell az osztást változtatni. 2. Mérési feladatok leírása: 2.1 A kapcsolás áttekintése, az SRH hajtás működtetésének megismerése A kapcsolás megismerése után, győződjünk meg arról, hogy az Rg gerjesztést változtató ellenállás nullára van-e állítva.Kapcsoljuk be a HP oszcilloszkópot, a KAv jelű kézi áramváltó tápforrását, valamint a PA jelű teljesítmény-analizátort. A mérésvezető bekapcsolja az SRH-t és ismerteti a kezelőszervek elhelyezkedését, majd elindítjuk a hajtást. Ha minden üzemszerűen működik, akkor a gép elkezd forogni, valamint az F kijelzőn és a Vt voltmérőn megjelenik a fordulatszám jele, és a HP oszcilloszkópon látható lesz az áram jelalak. A vizsgálat folyamán növeljük az alapjelet a P potenciométerrel fokozatosan a kívánt fordulatszámig. 2.2 Az áram jelalakok vizsgálata különböző terheléseken, és fordulatszámokon Feladat a hálózati-, és a motor-tápláló áram-jelalakok megfigyelése és tendenciák megállapítása, az áram vezetési idő mérése %-ban, a mérésvezető által megadott fordulatokon, és terheléseken. Az áram Park-vektorok felvétele ugyanezen munkapontokban. 2.2.1 Áram jelalak vizsgálat a hajtás motor felőli oldalán. A HP oszcilloszkóp X1 bemenetét csatlakoztassuk az Av3 áramváltó szekunder kivezetésére.(0, +) valamint az X2 bemenetét a „b” fázisra kötött KAv kimenetére, hogy az „a” és „b” fázisok áramának időbeli alakulását össze tudjuk hasonlítani. A már részletezett módon kapcsoljuk be, az SRH hajtást. Állítsuk az alapjelet kb. 500 ford/perc-re. Állítsuk be az oszcilloszkópot, hogy mind a két csatornán megfelelően vizsgálható képet kapjunk. Vizsgáljuk meg, hogy a frekvencia változtatásával milyen minőségi változás figyelhető meg az áram jelalakokban, üresjárásban . -7.-

Feladat az áram-jelalak lerajzolása, a tipikus áram-jelalakok esetén, az áram vezetési szög (idő) mérése, a mérésvezető által megadott fordulatszámon. Áramjelalakok vizsgálata a hajtás hálózat felőli oldalán Csatlakoztassuk a KAv lakatfogós áramváltót az egyik hálózati bemenet áramvezetékére. Vizsgáljuk meg a tápláló áram jelalakját 1200/perc fordulaton. 2.2.3 Az áram Park-vektor vizsgálat A HP oszcilloszkóp bemeneteit X1, X2 csatlakoztassuk a Park-vektor képző alapkapcsolás mérőpontjaira x, y, 0. Az oszcilloszkópot állítsuk X-Y üzemmódba. Feladat az előző feladatban megadott munkapontokban az áram Park-vektorok felvétele, és az időfüggvényekkel történő összevetése.Az áramjelalakok, és Park-vektorok vizsgálata a terhelés függvényében. Kapcsoljuk be, a 2x110 V egyenfeszültséget. Végezzük el a 4.2.1-3 feladatokat, a megadott fordulatszámon úgy, hogy fokozatosan növeljük a terhelést. Vegyük fel az 1/4, 1/2, 3/4 és teljes terheléseken az egyes jelalakokat, és a Park vektor képét. Feladat a megadott munkapontokban az áram jelalakok és a Park-vektorok felvétele, valamint azok egymással történő összevetése. 2.3 Indítási tranziens vizsgálata Állítsuk be a hajtást kb. 1000/perc fordulatra. Kössük a TD kapcsait a HP oszcilloszkóp X1 bemenetére. Kapcsoljuk ki a hajtást, majd amikor megállt, indítsuk újra, terhelés nélkül és figyeljük meg az indítás n(t) függvényét a HP oszcilloszkópon. 2.4 Teljesítményviszonyok vizsgálat A Voltech háromfázisú teljesítmény analizátor alkalmazását jelen esetben az a tény indokolja, sőt, teszi szükségessé, hogy a tápláló feszültség meredek homlokú impulzusokból áll és jelentős felharmonikus tartalommal bír. Az SRH és az SRM által felvett teljesítmény(Pfelv) mérését a pillanatnyi teljesítmények(p(t)) helyett átlagos teljesítményre végezzük el, a hálózati oldalon lévő áram szubharmonikusok miatt. Így: Pfelv =

1T ∫ p( t ) dt , T0

ahol T az integrálási idő. Az SRM leadott teljesítményét a következő képlet alapján számítjuk:

-8.-

2π M ⋅ n , ahol M = k ⋅ m ⋅ g [Nm] 60 A kapott két teljesítmény értékből számítjuk a hajtás eredő hatásfokát: Pmech =

η=

Pmech Pfelv

* 100 [%]

Végezzük el az üresjárásban (Ig=0), a nyomaték , majd írjuk le a felvett háromfázisú energia és az integrálási idő értékét a PA teljesítmény-analizátorról. Végezzük el az energia mérést a mérésvezető által megadott munkapontokban. Feladat: Írjuk fel minden pontban a hálózatból felvett háromfázisú teljesítményt (energia és idő), a fordulatszámot, és a nyomatékot. 2.4.1 A mért értékek kiértékelése: 1. A hajtás n-M határgörbéjének felvétele: Ábrázoljuk az összetartozó értékpárokat a fordulatszám-nyomaték síkon.Számítsuk ki minden munkapontban a hatásfokot. Ábrázoljuk az η(n) illetve az η(M) függvényeket a nyomaték illetve a fordulatszám paraméterek megválasztása mellett. 3. Ábrázoljuk η(M) függvényt az M relatív egységeiben. 2.5 A harmonikus tartalom vizsgálata A Voltech műszer segítségével végezzük el az előző mérési feladat keretén belülnéhány munkapontban a harmonikus áramok mérését, az első 10 harmonikusra. A kapott eredményeket vessük össze a szabvány (1. Táblázat) ide vonatkozó értékeivel. 3. A mérés kiértékelése: Foglaljuk mérési jegyzőkönyvbe tapasztalatainkat! A jegyzőkönyv tartalmazza − Az elvégzett feladatokat, azok menetét, a mért adatokat, és az azokból számított értékeket, a számításhoz használt képleteket, a mérés értékelését, a mérési eredmények értelmezését. − Ahol szükséges, a kapott adatok ábrázolását milliméterpapíron − Nyomtatott jelalakokat 1998. december 17.

-9.-

-10.-

-11.-