ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΣΤΕΦ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ:

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΣΤΕΦ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΕΝΟΥ ΔΡΟΜΕΑ ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΗΣ & ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΔΑΚΤΥΛΙΟΦΟΡΟΥ ΔΡΟΜΕΑ ΜΕ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ ΣΥΝΤΑΚΤΗΣ: ΖΙΑΤΑΚΗΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΚΑΡΑΚΟΥΛΙΔΗΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 26/5/2009

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η πτυχιακή εργασία αυτή αποσκοπεί στην κατανόηση της μεθόδου της προσομοίωσης των ηλεκτρικών μηχανών στον Η/Υ μέσα από το πρόγραμμα Matlab Simulink. Περιέχει δύο ασκήσεις από το βιβλίο του εργαστηρίου ηλεκτρικών μηχανών του κυρίου Ψωμιάδη που διδάσκεται στο ΤΕΙ Καβάλας οι οποίες αφορούν μετρήσεις πάνω σε ηλεκτρικούς κινητήρες, κάτω από διαφορετικές συνθήκες και από διαφορετικού είδους κινητήρων, με σκοπό την κατανόηση της κατασκευής τους και την μελέτη των αλλαγών στα διάφορα μεγέθη που γίνονται οι μετρήσεις.. Η προσομοίωση μας βοηθάει να πειραματιστούμε πάνω σε κινητήρες χωρίς να χρειάζεται πάνω από όλα η παρουσία τους κάτι που ωφελεί κυρίως οικονομικά τον ενδιαφερόμενο που μπορεί να πειραματιστεί με πολλά είδη κινητήρων χωρίς να χρειάζεται να έχει στην κατοχή του κανέναν από αυτούς χωρίς την ανάγκη των ηλεκτρικών συνδέσεων με αγωγούς και φυσικά χωρίς την ανάγκη εργαστηρίου που συνεπάγεται κατάλληλη γραμμή τροφοδοσίας ηλεκτρικής τάσεως αφού με την προσομοίωση μπορεί κανείς να πειραματιστεί με κινητήρες από μηδαμινή ισχύς όπως τον κινητήρα ενός παιδικού παιχνιδιού έως και κινητήρες μέσης τάσεως!. Επίσης με την προσομοίωση κατά την διαδικασία των πειραμάτων αποφεύγετε η δημιουργία βραχυκυκλωμάτων κάτι που θα μπορούσε να δημιουργήσει προβλήματα από τα πιο απλά όπως το να ρίξει το θερμικό του κινητήρα η να κάψει τις ασφάλειες της γραμμής έως τα πιο σύνθετα όπως την καταστροφή του κινητήρα, πυρκαγιά από σπινθήρες η ακόμα και ηλεκτροπληξία σε περίπτωση επαφής μας με μεταλλικό μέρος του κινητήρα. Τέλος ένας ακόμα λόγος που μας ωφελεί η προσομοίωση και προκύπτει από όλα τα παραπάνω είναι το κέρδος χρόνου αφού με μια απλή κίνηση με το ποντίκι του Η/Υ έχουμε αλλάξει κινητήρα η έχουμε δημιουργήσει μια γραμμή τροφοδοσίας μέσα σε δευτερόλεπτα κάτι που σε πραγματικές συνθήκες θα μας έπαιρνε αρκετά λεπτά έως και ώρες. Στις ασκήσεις που περιέχονται μέσα στην στην πτυχιακή εργασία αυτή θα ασχοληθούμε με δύο διαφορετικά είδη κινητήρων, τους ασύγχρονους τριφασικούς κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα και στους ασύγχρονους τριφασικούς κινητήρες δακτυλιοφόρου δρομέα, θα προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε με απλά βήματα τον τρόπο με τον οποίο πραγματοποιείτε μια προσομοίωση και έπειτα κατά την εφαρμογή της να βγάλουμε τα συμπεράσματα στα οποία αποσκοπούν οι ασκήσεις αυτές. Η πτυχιακή εργασία αυτή περιέχει εικόνες και οδηγίες που αποσκοπούν στην καλύτερη δυνατή κατανόηση του προγράμματος από τον αναγνώστη καθώς και παραπομπή σε βιβλία, ιστοσελίδες και άλλες πυγές από όπου θα μπορέσει κανείς να αντλήσει επιπλέων πληροφορίες για το Matlab Similink έτσι ώστε να έχει την δυνατότητα να πραγματοποιήσει αργότερα μόνος του προσομοιώσεις που θα τον βοηθήσουν στην καλύτερη δυνατή κατανόηση της φιλοσοφίας κατασκευής κάθε ηλεκτρικής μηχανής. 2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 MATLAB σελ Εισαγωγή στο Matlab σελ Εισαγωγή στο Matlab Simulink σελ Δημιουργία νέου μοντέλου σελ Η βιβλιοθήκη του Simulink σελ Εισαγωγή εργαλείων στο μοντέλο σελ Αλλαγή στοιχείων στα εργαλεία σελ. 15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ σελ Ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες σελ Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα σελ Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας δακτυλιοφόρου δρομέα σελ. 23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΕΝΟΥ ΔΡΟΜΕΑ ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΗΣ σελ Θεωρητική εισαγωγή της άσκησης σελ Απαιτούμενα εργαλεία του Simulink σελ Δημιουργία του μοντέλου σελ Λειτουργία της προσομοίωσης σελ Ολοκλήρωση του μοντέλου και Συμπεράσματα σελ. 72 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΔΑΚΤΥΛΙΟΦΟΡΟΥ ΔΡΟΜΕΑ ΜΕ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ ΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΕΣ ΣΕ ΣΕΙΡΑ ΣΤΟΝ ΔΡΟΜΕΑ σελ Θεωρητική εισαγωγή της άσκησης σελ Απαιτούμενα εργαλεία του Simulink σελ Δημιουργία του μοντέλου σελ Λειτουργία της προσομοίωσης σελ Ολοκλήρωση του μοντέλου και Συμπεράσματα σελ. 100 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ σελ 102 3

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 MATLAB 4

5 1.1 Εισαγωγή στο Matlab To MATLAB είναι ένα ολοκληρωμένο λογισμικό, το άνομα του οποίου προέρχεται από την συνένωση των λέξεων Matrix laboratory δηλαδή εργαστήριο μήτρων (συνηθίζεται στη επιστημονική κοινότητα ο όρος πίνακας να καλείται μήτρα). Μία πρώτη περιγραφή του προγράμματος αυτού μας κρύβει ότι θα χειρίζεται πίνακες κατά τους υπολογισμούς του. Πρόκειται για ένα δημοφιλές πακέτο στους ακαδημαϊκούς και δεν είναι τίποτα άλλο, παρά ένα σύγχρονο και εξελιγμένο εργαλείο της πληροφορικής με πολύ καλή υποστήριξη γραφικών. Προορίζεται σε φοιτητές, καθηγητές (κυρίως θετικών επιστημών), επιστήμονες διαφόρων βαθμιδών, επαγγελματίες, μηχανικούς, τεχνικούς και σε πάρα πολλούς άλλους ανθρώπους που ασχολούνται σε εξειδικευμένους τομείς της τεχνολογίας. Πιστέψτε όμως ότι αυτό το τερατώδες πρόγραμμα, το τόσο κομψό με τις τόσες πολλές δυνατότητες δεν μπορεί να περιγραφεί όχι σε μια παράγραφο αλλά ούτε καν σε ένα βιβλίο. Το MATLAB έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις γνωστές γλώσσες προγραμματισμού διότι Ο προγραμματισμός γίνεται σε μια γλώσσα υψηλού επιπέδου γρήγορα και άνετα. Υποστηρίζει τον αντικειμενοστραφή προγραμματισμό Παρέχει υψηλής ποιότητας γραφικά. Έχει πληθώρα διαθέσιμων κωδικών στο internet και πολλά έτοιμα αρχεία M-files. Παρέχει στην Βοήθεια του πολλά παραδείγματα. Όπως προαναφέραμε το όνομα του MATLAB κρύβει και την κύρια λειτουργία αυτού του προγράμματος, δηλαδή την χρήση πινάκων οι οποίοι μπορούν να έχουν στοιχεία είτε πραγματικούς αριθμούς είτε μιγαδικούς. Έτσι κάθε αριθμός δηλαδή κάθε βαθμωτή ποσότητα θα μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα πίνακα με ένα μοναδικό στοιχείο. Το MATLAB από την κατασκευή του έχει προοριστεί για να λύνει τα προβλήματα με αριθμητικές μεθόδους, οπότε θα έχει και αριθμητική πεπερασμένη ακρίβεια, οι δε λύσεις του θα είναι προσεγγιστικές πάρα αναλυτικές. Να τονίσουμε ότι κάθε πρόγραμμα κατασκευάζεται για ένα συγκεκριμένο σκοπό και επομένως δεν μπορούμε να το συγκρίνουμε με άλλα προγράμματα τις ίδιας κατηγορίας όπως είναι το Mathematica και το Maple. Βέβαια η αριθμητική μέθοδος που ακολουθεί το MATLAB δεν πρέπει να μας ανησυχεί καθόλου αφού τα αποτελέσματα του είναι μεγάλης εμπιστοσύνης αξιοπιστίας και ακρίβειας. [3] 5

6 1.2 Εισαγωγή στο Matlab Simulink Το Simulink είναι ένα γραφικό περιβάλλον μοντελοποίησης και προσομοίωσης block διαγραμμάτων και μη γραμμικών συστημάτων. Αποτελεί επέκταση του MATLAB και διαφοροποιείται από αυτό στο ότι διαθέτει ένα παραθυρικό γραφικό user interface και μπορεί να προσθέσει περεταίρω λειτουργίες στο MATLAB. Μπορεί κανείς να το χρησιμοποιήσει για τον σχεδιασμό, την προσομοίωση, την υλοποίηση, και τον έλεγχο, συστημάτων επεξεργασίας εικόνας, τηλεπικοινωνιακών συστημάτων και άλλων δυναμικών συστημάτων. [4] Για να χρησιμοποιήσει κανείς το MATLAB Simulink πρέπει να έχει εγκαταστήσει στον Η/Υ του το πρόγραμμα MATLAB. Αφού το εγκαταστήσει θα πρέπει να τρέξει το εικονίδιο που έχει δημιουργηθεί στην επιφάνεια εργασίας. Μετά από αυτό θα εμφανιστεί στην οθόνη του το παρακάτω παράθυρο.(εικόνα 1.2.1) Εικόνα (Κυρίως παράθυρο MATLAB) [5] 6

7 Αυτό είναι το κυρίως πρόγραμμα MATLAB.. Για να μπούμε στο Simulink κάνουμε κλικ με το ποντίκι πάνω στο εικονίδιο Simulink όπως δείχνει η εικόνα Εικόνα (Κυρίως παράθυρο MATLAB και εικονίδιο πρόσβασης Simulink) [5] Αφού κάνουμε κλικ ανοίγει ένα νέο παράθυρο που είναι η βιβλιοθήκη του Simulink όπου περιέχονται όλα τα εργαλεία που μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει καθώς και μηχανή αναζήτησης εργαλείων για γρηγορότερη εύρεση του εργαλείου που χρειαζόμαστε( εικόνα 1.2.3) 7

8 Εικόνα 1.2.3(βιβλιοθήκη του Simulink) [5] 8

9 1.3 Δημιουργία νέου μοντέλου Μέσα από την βιβλιοθήκη αυτή μπορούμε να ξεκινήσουμε επίσης και το μοντέλο που θέλουμε να δημιουργήσουμε. Για να το πετύχουμε αυτό πάμε πάνω στο μενού και επιλέγουμε File έπειτα New και έπειτα Model. (εικόνα 1.3.1) L ] S im u lin k L ib ra ry Brow ser K J O B. fli X l _ J l J J Edit View Help Open.,, Close Preferences.,, Ctrl+O Model Ctrl+N - U Simulink 't- Commonly Used Blocks 't- Continuous 'h- Discontinuities Discrete 'h- Logic and Bit Operations 't- Lookup Tables 'h- Math Operations 't- Model Verification 'h- Model-Wide Utilities 't- Ports 6; Subsystems 'h- Signal Attributes 't- Signal Routing ±- Sinks 't- Sources 'h- User-Defined Functions + Additional Math & Discrete Aerospace Blockset Communications Blockset B Control System Toobox B Data Acquisition Toolbox + B l Fuzzy Logic Toolbox < i "" 3 commonly used blocks Commonly Used Blocks 4 4 = j=fiu) Γ X Q> Mist JL f \&c L - I Continuous Discontinuities Discrete Logic and Bit Operations Lookup T ables Math Operations Model Verification Model-Wide Utilities Ports & Subsystems Εικόνα (δημιουργία νέου μοντέλου) [5] 9

10 Με αυτόν τον τρόπο δημιουργούμε ένα νέο μοντέλο που είναι άδειο και μέσα σε αυτό θα δημιουργήσουμε την προσομοίωση που θέλουμε. Το μοντέλο θα δημιουργηθεί με το όνομα untitled που σημαίνει ότι δεν του έχει δοθεί (ανώνυμο) οπότε για να δώσουμε ένα όνομα στο μοντέλο πάμε στο μενού File έπειτα στο Save as και στο παράθυρο που ανοίγει μετά μπορούμε να επιλέξουμε την θέση και το όνομα με το οποίο θέλουμε να αποθηκευτεί το μοντέλο μας. (εικόνα 1.3.2) Εικόνα 1.3.2( Μετονομασία του μοντέλου) [5] 10

11 1.4 Η βιβλιοθήκη του Simulink Μετά από όλα αυτά είμαστε έτοιμοι να γνωρίσουμε την βιβλιοθήκη μας που είναι ένα από τα πιο δύσκολα κομμάτια αφού διαθέτει πάρα πολλά εργαλεία και χρειάζεται χρόνος για να μάθει κανείς ακόμα και τα βασικά. Είναι βέβαια χωρισμένα σε κατηγορίες ανάλογα με την ιδιότητα τους και το επάγγελμα αυτού που θα τα χρησιμοποιήσει μιας και το Simulink δεν απευθύνεται μόνο στον κλάδο της ηλεκτρολογίας αλλά και σε πολλούς άλλους κλάδους αφού αν ρίξει κανείς μια πρώτη ματιά στην βιβλιοθήκη θα δει εργαλεία για: Διαστημικά συστήματα Επικοινωνιακά συστήματα Συστήματα ελέγχου Συστήματα ελέγχου επεξεργαστών Μαθηματικούς υπολογισμούς Μηχανικά συστήματα Υδραυλικά συστήματα Ηλεκτρονικά συστήματα Συστήματα για ανεμογεννήτριες Και πολλά άλλα που θα ανακαλύψει κάποιος τυχαία ψάχνοντας να βρει κάποιο εργαλείο για το μοντέλο που σχεδιάζει. Σαν πρώτη αρχή η βιβλιοθήκη περιέχει ένα πακέτο εργαλείων που χρησιμοποιούνται πολύ συχνά σε πολλές εφαρμογές. Αυτό είναι στην ομάδα Simulink στο Commonly Used Blocks όπου όταν το ανοίξουμε θα δούμε πια είναι τα εργαλεία αυτά.(εικόνα 1.4.1) Εικόνα 1.4.1(Commonly Used Blocks) [5] 11

12 Ένα από τα πιο σημαντικά πακέτα εργαλείων που χρειάζεται ο κλάδος της ηλεκτρολογίας και όχι μόνο είναι το SimPowerSystems όπου εκεί θα βρει κανείς γεννήτριες, κινητήρες, όργανα ελέγχου, αντιστάσεις, διακόπτες, ρελέ και πολλά άλλα απαραίτητα εργαλεία για την κατασκευή μίας προσομοίωσης τα οποία θα κάνουν την κατασκευή της προσομοίωσης όσο πιο εύκολη γίνεται. Παράδειγμα για να βάλουμε έναν κινητήρα στο μοντέλο μας πάμε στο SimPowerSystems και έπειτα στον πακέτο Machines όπου βρίσκονται οι μηχανές.(εικόνα 1.4.2) Εικόνα 1.4.2(SimPowerSystems Machines) [5] 12

13 1.5 Εισαγωγή εργαλείων στο μοντέλο Όταν βρούμε τον κινητήρα που μας χρειαζόμαστε υπάρχουν δύο τρόποι να τον τοποθετήσουμε μέσα στο μοντέλο μας. Ο ένας είναι να κάνουμε δεξί κλικ πάνω στον κινητήρα και στο μενού που θα εμφανιστεί να κάνουμε κλικ στο Add to (όνομα αρχείου μας) και αμέσως θα τοποθετηθεί από μόνο του στο κέντρο της σελίδας του μοντέλου μας (Εικόνα 1.5.1) Εικόνα 1.5.1(Επιλογή κινητήρα και εισαγωγή στο μοντέλο) [5] 13

14 Αλλά κάτι τέτοιο δεν μας βολεύει πολύ όταν έχουμε ήδη σχεδιάσει πολλά μέσα στο μοντέλο μας και ειδικά στο κέντρο επειδή υπάρχει ο κίνδυνος όταν πάμε να το επιλέξουμε για να το μετακινήσουμε στη θέση που θέλουμε να επιλέξουμε μαζί και υλικά που βρίσκονται ίσως κάτω η πολύ κοντά σε αυτό και να δημιουργηθεί μια σύγχυση. Σε αυτήν την περίπτωση μας βολεύει να χρησιμοποιήσουμε την μέθοδο drag and drop όπως στα windows, δηλαδή να το επιλέξουμε με αριστερό κλικ και κρατώντας πατημένο το κλικ να το σύρουμε μέσα στο παράθυρο του μοντέλου μας, είτε αμέσως στη θέση που θέλουμε, είτε σε μια θέση όπου δεν θα έχουμε πρόβλημα όταν πάμε να το μετακινήσουμε. Όταν το τοποθετήσουμε μέσα στο μοντέλο μας θα είναι κάπως έτσι (εικόνα 1.5.2) Simulink Library Browser A synchronous M achine SI U nits: Implements a three-phase asynchronous machine (wound rotor or squirrel cage] modeled in the dq rotor reference frame. Stator and rotor windings are connected in wye to an internal neutral point. You can specify initial values for stator and rotor currents or for the stator current only. g - f t Dials & Gauges Blockset i - f t l Embedded Target for Infineon C l66(3 Eh f t Embedded Target for Motorola HC1 ± h f t Embedded Target for Motorola MFC g - f t Embedded Target for 05EK/VDX f t Embedded Target for TI C2000 DSP +] f t Embedded Target for TI C6000 DSP U Fuzzy Logic Toolbox Link for ModelSim f t Model Predictive Control Toolbox ft l Neural Network Blockset f t RF Blockset f t l Real-Time Windows Target f t Real-Time Workshop +] f t ] Real-Time Workshop Embedded Code I f Report Generator +] f t ] Signal Processing Blockset f t SimMechanics g - f t ] SimPowerSystems i...0 Electrical Sources i...j Elements - h ) E xtra Libra-y Machnes 151 Measurements 151 Phaser Elements I...[5J Power Electronics g ft l Simulink Control Design "5^ Simulink Extras g - ft j Simulink Parameter Estimation Asynchronous Machine pu Units Asynchronous Machine SI Units DC Machine Discrete DC Machine Excitation System Generic Power System Stabilizer Hydraulic Turbine and Governor M achines M easurement D emux Multi-Band Power System Stabilizer Permanent Magnet Synchronous Machine Simplified Synchronous Machine pu Units Simplified Synchronous Machine SI Units Steam Turbine and Governor I ΓΪ3 untitled File Edit View Simulation Format Tools Help 0.0 Normal A s p chro n o us M a chi n e SI Units Εικόνα (κινητήρας μέσα στο μοντέλο) 14

15 Με παρόμοιο τρόπο μπορούμε να τοποθετήσουμε όλα τα εργαλεία που χρειαζόμαστε στο μοντέλο μας. Επίσης έχουμε την δυνατότητα για να μην χρειάζεται να πηγαίνουμε στην βιβλιοθήκη συνέχεια όταν ένα εργαλείο είναι ήδη μία φορά μέσα στο μοντέλο μας να μπορούμε να το αντιγράψουμε όπως ακριβώς και στα windows με copy paste η απλά να πάμε πάνω του και κρατώντας πατημένο το δεξί κλικ, να το σύρουμε εκεί που θέλουμε. Θα δούμε ότι αυτόματα δημιουργήθηκε ένα νέο αντίγραφο του εργαλείου και ότι αυτό είναι που σέρνουμε εκεί που το χρειαζόμαστε. 1.6 Αλλαγή στοιχείων στα εργαλεία Αφού έχουμε τοποθετήσει τον κινητήρα στο μοντέλο μας θα χρειαστεί να τον προσαρμόσουμε στις απαιτήσεις μας. Γι αυτό θα πρέπει να ελέγξουμε και να μεταβάλουμε τα στοιχεία του και έτσι ώστε να έχει ακριβώς τα στοιχεία του πραγματικού κινητήρα που θέλουμε να μελετήσουμε. Αυτό το καταφέρνουμε πατώντας αρχικά διπλό αριστερό κλικ πάνω στον κινητήρα που βάλαμε στο μοντέλο μας. Εικόνα 1.6.1( Ιδιότητες στοιχείων κινητήρα) [5] Όταν το κάνουμε αυτό θα εμφανιστεί η παραπάνω εικόνα (εικόνα 1.6.1) όπου μπορούμε να δούμε διάφορες τιμές τάσης, συχνότητας, εύρους και άλλα που θα αναφερθούν πιο αναλυτικά σε επόμενο κεφάλαιο. 15

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ 16

17 2.1 Α σ ύ γ χ ρ ο ν ο ι τ ρ ιφ α σ ικ ο ί κ ιν η τ ή ρ ε ς [ΐ] Οι ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες είναι μηχανές που μετατρέπουν την εναλλασσόμενη ηλεκτρική ενέργεια του τριφασικού δικτύου σε μηχανική. Το τύλιγμα του οπλισμού του στάτη του κινητήρα, τροφοδοτείται με τριφασικό ρεύμα και αναπτύσσεται στο εσωτερικό της μηχανής περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, που επιδρά στο δρομέα και παράγει ροπή περιστροφής. Οι κινητήρες αυτοί έχουν απεριόριστες εφαρμογές σ όλους τους τομείς της σύγχρονης τεχνολογίας. Αρχή λειτουργίας ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων Στους κινητήρες συνεχούς ρεύματος μέσα από Το συλλέκτη τροφοδοτείται με ρεύμα ο δρομέας που βρίσκεται σε μαγνητικό πεδίο δημιουργούμενο από το τύλιγμα διέγερσης. Αποτέλεσμα αυτών είναι η δημιουργία μαγνητικής δύναμης (Laplace) που περιστρέφει το δρομέα. Η ταχύτητα περιστροφής n του κινητήρα είναι πάντοτε μικρότερη από τη σύγχρονη ταχύτητα ns του στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Αν υποθέσουμε ότι n = ns τότε δεν Θα προλαβαίνει το μαγνητικό πεδίο να κόψει τους αγωγούς του δρομέα, δεν Θα έχουμε επαγωγή και φυσικά Θα μηδενισθεί η μαγνητική δύναμη και Θα σταματήσει ο κινητήρας. Όπως είναι γνωστό: F=B *Ι */ όπου: F: μαγνητική δύναμη (Laplace) σε (Ν) Β: μαγνητική επαγωγή στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου σε Τ Ι: ρεύμα δρομέα από επαγωγή σε (Α) I: μήκος αγωγού δρομέα σε (m) Στους ασύγχρονους κινητήρες, ο δρομέας είναι ηλεκτρικά ανεξάρτητος από το στάτη και δεν τροφοδοτείται με ρεύμα από το δίκτυο. Στα τρία τυλίγματα του στάτη δίνουμε τριφασικό ρεύμα και δημιουργείται το στρεφόμενο μαγνητικά πεδίο που τέμνει τις σπείρες του δρομέα. Στο δρομέα αναπτύσσονται επαγωγικά ρεύματα, με αποτέλεσμα τη δημιουργία μαγνητικής δύναμης (Laplace) που περιστρέφει το δρομέα 17

18 Ολίσθηση Το στρεφόμενο μαγνητικά πεδίο περιστρέφεται με ταχύτητα που εξαρτάται από τη συχνότητα (f) του ρεύματος τροφοδοσίας και τα ζεύγη πόλων (p) του τυλίγματος του στάτη. Η ταχύτητα αυτή λέγεται σύγχρονη ταχύτητα ns n s 60f P ns: σύγχρονη ταχύτητα σε στρ/min f: συχνότητα τροφοδοσίας σε Ηζ ρ: ζεύγη μαγνητικών πόλων 0 δρομέας του κινητήρα περιστρέφεται με ταχύτητα n που εξαρτάται από το φορτίο του άξονα. 0 λόγος της διαφοράς μεταξύ της σύγχρονης ταχύτητας ns και της ταχύτητας του κινητήρα n προς τη σύγχρονη ταχύτητα, ονομάζεται ολίσθηση : s = n s -n n s Η ολίσθηση ενός κινητήρα δεν είναι σταθερή, μεταβάλλεται με το φορτίο και αυξάνεται με αυτό. 18

19 Ροπή ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων Ενα από τα σημαντικότερα στοιχεία του κινητήρα είναι η ροπή (Τ) που μπορεί να αναπτύξει στον άξονά του για να περιστρέψει το φορτίο. Μέσα από σχέσεις της Μηχανικής καταλήγουμε στην έκφραση της ροπής: T 9.55 * P n όπου: Τ: ροπή (σε Ν) Ρ: αποδιδόμενη ισχύς (σε W) n: ταχύτητα κινητήρα (σε στρ/min) Είδη ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων Οι ασύγχρονοι κινητήρες λόγω της απλότητας της κατασκευής τους, του κόστους, της ελάχιστης συντήρησης και της μεγάλης συγκέντρωσης ισχύος, είναι οι διαδεδομένοι κινητήρες στη βιομηχανία. Ονομάζονται διαφορετικά και επαγωγικοί κινητήρες, γιατί Το ρεύμα διέγερσης του δρομέα δημιουργείται από ετιαγωγή αντί να παρέχεται με ηλεκτρική σύνδεση από κάποια πηγή. Οι ασύγχρονοι κινητήρες διακρίνονται σε μονοφασικούς και τριφασικούς. στο κεφάλαιο αυτό θα αναπτύξουμε τους τριφασικούς κινητήρες. Οι ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες ανάλογα με τη κατασκευή του δρομέα διακρίνονται σε δύο τύπους α) κινητήρας με βραχυκυκλωμένο δρομέα β) κινητήρας με δακτυλιοφόρο δρομέα 19

20 2.2 Α σ ύ γ χ ρ ο ν ο ς τ ρ ιφ α σ ικ ό ς κ ιν η τ ή ρ α ς β ρ α χ υ κ υ κ λ ω μ έ ν ο υ δ ρ ο μ έ α [ΐ] Κατασκευαστικά στοιχεία Το τύλιγμα του δρομέα αποτελείται από μεταλλικές ράβδους από Χαλκό ή ορείχαλκο, τα άκρα των οποίων βραχυκυκλώνονται από δύο δακτυλίδια βραχυκύκλωσης Η σύνδεση γίνεται με συγκόλληση ή χύτευση. Ο δρόμος δεν συνδέεται ηλεκτρικά με άλλο τμήμα του κινητήρα και το ρεύμα που κυκλοφορεί σ αυτόν είναι από επαγωγή λόγω του στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Αν τα αυλάκια στο τύμπανα του δρομέα είναι απλά, το τύλιγμα λέγεται απλού κλωβού, αν φέρει διπλά αυλάκια το τύλιγμα λέγεται διπλού κλωβού και αν τα αυλάκια είναι βαθειά, το τύλιγμα λέγεται με βαθειά αυλάκια Οι κινητήρες με τύλιγμα απλού κλωβού είναι γενικά απλής κατασκευής, έχουν μικρό κόστος και καλό βαθμό απόδοσης. Στους μικρούς κινητήρες το τύλιγμα απλού κλωβού κατασκευάζεται από καθαρό αλουμίνιο που χύνεται μέσα στα αυλάκια. Το μειονέκτημα των κινητήρων απλού κλωβού είναι το μεγάλο ρεύμα εκκίνησης με αντίστοιχα μικρή ροπή εκκίνησης. Λόγω των δυσμενών συνθηκών εκκίνησης, οι κινητήρες απλού κλωβού είναι κινητήρες μικρής ισχύος. Τα παραπάνω μειονεκτήματα μειώνονται. όταν οι κινητήρες έχουν τύλιγμα διπλού κλωβού ή τύλιγμα με βαθειά αυλάκια. Κατασκευαστικές κλάσεις κινητήρων με βραχυκυκλωμένο δρομέα Οι κατασκευαστές προσπαθούν να μεταβάλλουν την αντίσταση και την αντίδραση των τυλιγμάτων του δρομέα μεταβάλλοντας το μέγεθος, τη μορφή και το βάθος των αυλακιών του, Έτσι επιτυγχάνουν μεγάλη ροπή εκκίνησης και μικρό ρεύμα εκκίνησης του κινητήρα. Αυτά είναι απαραίτητα για την ομαλή εκκίνηση του και την ανεπιθύμητη πτώση τάσης του δικτύου. που προκαλεί ταλαντώσεις στη λειτουργία διπλανών συσκευών. Έχει γίνει διαχωρισμός των κινητήρων με βραχυκυκλωμένο δρομέα σε τέσσερις κλάσεις ανάλογα με τη συμπεριφορά τους κατά την εκκίνηση και κατά την κανονική λειτουργία 20

21 Κλάση Α: Κανονική ροπή εκκίνησης και κανονικό ρεύμα εκκίνησης. Έχουν τύλιγμα απλού κλωβού και διακρίνονται για την καλή επίδοση λειτουργίας οε βάρ0ς της εκκίνησης. Η μέγιστη ροπή είναι μεγαλύτερη του 2,5*Τον και σε ταχύτητα πάνω από Ο,8*η που σημαίνει ολίσθηση μικρότερη του 0,2. Το ρεύμα εκκίνησης είναι μεγάλο ίσο με 5+8*Ιν. Χρησιμοποιούνται για κίνηση μηχανημάτων σταθερής ταχύτητας χωρίς μεγάλη ροπή εκκίνησης, όπως εργαλειομηχανές. αντλίες. ανεμιστήρες. Κλάση Β: Κανονική ροπή εκκίνησης ίδια με την κλάση Α. μικρή ολίσθηση και ρεύμα εκκίνησης το 75% της κλάσης Α. Το ρεύμα εκκίνησης μειώθηκε με σχεδιασμό τυλίγματος υψηλής αντίδρασης σκέδασης ενώ η ροπή εκκίνησης είναι ίδια με την κλάση Α με κατασκευή όμως διπλού κλωβού ή κλωβού με βαθειά αυλάκια. Οι εφαρμογές τους είναι ίδιες με την κλάση Α και έχουν αντικαταστήσει στη σύγχρονη τεχνολογία τους κινητήρες κλάσης Α. λόγω του χαμηλότερου ρεύματος εκκίνησης. Κλάση Γ: Έχουν τύλιγμα δρομέα διπλού κλωβού μεγαλύτερης αντίστασης από την Α και τη Β κλάση. Αναπτύσσουν μεγαλύτερη ροπή εκκίνησης. Χρειάζονται μικρότερο ρεύμα εκκίνησης, έχουν μικρότερο βαθμό απόδοσης και μεγαλύτερη ολίσθηση από τις δύο προηγούμενες κλάσεις. έχουν μεγαλύτερο κόστος και χρησιμοποιούνται σε φορτία που χρειάζονται μεγάλη( ροπή εκκίνησης όπως συμπιεστές, μεταφορικές ταινίες, ισχύος 10 PS μέχρι 300 Ρ8. Κλάση Δ: Έχουν τύλιγμα απλού κλωβού με ράβδους από ορείχαλκο, μικρότερης διατομής για να παρουσιάζουν μεγαλύτερη αντίσταση. Αναπτύσσουν πολύ μεγάλη ροπή εκκίνησης με χαμηλό ρεύμα εκκίνησης. Η μέγιστη ροπή ξεπερνά την τριπλάσια της ονομαστικής και επιτυγχάνεται σε χαμηλές ταχύτητες με ολίσθηση 0,5 έως 0,11 με χαμηλό βαθμό απόδοσης. Χρησιμοποιούνται για κίνηση διακοπτόμενων φορτίων που χρειάζονται μεγάλη επιτάχυνση και για κρουστικά φορτία όπως πρέσες, διατρητικά μηχανήματα, ψαλίδια και μηχανήματα με σφόνδυλο. Κατά την εκκίνησή του ένας ασύγχρονος κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα μπορεί να απορροφήσει από το δίκτυο ρεύμα από τετραπλάσιο έως και εξαπλάσιο του ονομαστικού του, πράγμα που προκαλεί στιγμιαία πτώση τάσης του δικτύου και η οποία έχει επιπτώσεις στους άλλους καταναλωτές. Η πτώση τάσης λέγεται και βύθιση τάσης και δημιουργεί προβλήματα σε κινητήρες, ηλεκτρονικά μηχανήματα και άλλες ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές. 21

22 Για να αποφευχθεί αυτό έχουν αναπτυχθεί διάφορες μέθοδοι εκκίνησης οι οποίες είναι: α) Απευθείας εκκίνηση (για μικρής ισχύος κινητήρες μόνο) β) Εκκίνηση με διακόπτη αστέρα - τριγώνου Υ-Δ γ) Εκκίνηση με αντιστάσεις στο στάτη δ) Εκκίνηση με αυτομετασχηματιστή ε) Εκκίνηση με ηλεκτρονικό εκκινητή Ρύθμιση στροφών Η ρύθμιση στροφών του ασύγχρονου κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα μπορεί γίνει με αλλαγή του αριθμού των πόλων η με αλλαγή της συχνότητας της τάσεως με την οποία τροφοδοτείται. Επειδή η αλλαγή του αριθμού των πόλων είναι κάτι που μπορεί να γίνει μόνο κατά την κατασκευή του κινητήρα η μόνη λύση να αλλάξει κανείς τις στροφές του κινητήρα είναι η αλλαγή της συχνότητας κάτι που επιτυγχάνεται στις μέρες μας με τα γνωστά INVERTER η αλλιώς ηλεκτρονικών ρυθμιστών στροφών τα οποία χρησιμοποιούν ανορθωτικές διατάξεις για την μετατροπή του εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές και έπειτα την μετατροπή του ξανά σε εναλλασσόμενο του οποίου όμως χάρη σε ένα φίλτρο και έναν επεξεργαστή μπορούμε να αλλάξουμε την συχνότητα του και συνεπώς τις στροφές του κινητήρα. Με αυτόν τον τρόπο μάλιστα μπορούμε να φτάσουμε τις στροφές του κινητήρα πολύ πιο πάνω από τις ονομαστικές κάτι όμως που ίσως καταστρέψει τον κινητήρα σε συνεχή λειτουργία αφού δεν είναι μηχανικά κατασκευασμένος για να αντέχει στις καταπονήσεις που προκαλούν αυτές τις στροφές. Λόγω των πλεονεκτημάτων τους τόσο στη ρύθμιση στροφών όσο και στην ομαλή εκκίνηση, στην ομαλή πέδηση, την αύξηση ροπής εκκίνησης, την δυνατότητα αυτόματης η προγραμματιζόμενης ρύθμισης, την δυνατότητα αλλαγής φοράς περιστροφής, την αυξημένη προστασία του κινητήρα και την εξοικονόμηση ενέργειας είναι σήμερα ο πιο διαδεδομένος τρόπος ελέγχου των ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων βραχυκυκλωμένου δρομέα με μοναδικό μειονέκτημα το κόστος τους. 22

23 2.3 Α σ ύ γ χ ρ ο ν ο ς Τ ρ ιφ α σ ικ ό ς Κ ιν η τ ή ρ α ς Δ α κ τ υ λ ιο φ ό ρ ο υ Δ ρ ο μ έ α [ΐ] Κατασκευαστικά στοιχεία 0 στάτης του κινητήρα με δακτυλίδια δεν έχει καμία διαφορά από το στάτη του κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα. 0 δρομέας όμως Είναι τελείως διαφορετικός. Αποτελείται από μαγνητικά ελάσματα με εγκοπές που σχηματίζουν οδοντώσεις μέσα στις οποίες τοποθετείται το τύλιγμα. Ο αριθμός των πόλων του δρομέα είναι ίδιος με τον αριθμό των πόλων του στάτη. Το τύλιγμα του δρομέα είναι συνδεδεμένο σε αστέρα ή τρίγωνο. τα τρία άκρα του οποίου συνδέονται σε τρία μονωμένα μεταξύ τους δακτυλίδια. στερεωμένα πάνω στον άξονα του δρομέα. Στα δακτυλίδια εφάπτονται ψήκτρες, με ψηκτροθήκες στερεωμένες στο στάτη. Μέσω των ψηκτρών, κάθε φάση του δρομέα συνδέεται με την αντίσταση ενός τριφασικού εκκινητή. Με τις αντιστάσεις του εκκινητή μπορούμε να επιτύχουμε εκκίνηση με χαμηλό ρεύμα και μεγάλη ροπή. Εκκίνηση ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα με δακτυλίδια Όπως αναφέραμε στο κύκλωμα του δρομέα, είναι δυνατή η σύνδεση εξωτερικών αντιστάσεων μέσω δακτυλιδιών και ψηκτρών. Ξεκινώντας από μία αντίσταση R ίση με την ωμική αντίσταση των τυλιγμάτων του δρομέα R1=Rsp> προσθέτουμε βηματικά εξωτερικές αντιστάσεις R, έτσι ώστε R2=R1+R, R3=R1+2R, R4= Ri+3R. Παρατηρούμε ότι καθώς αυξάνεται η αντίσταση του δρομέα, η μέγιστη ροπή Τ παραμένει σταθερή, αλλά πραγματοποιείται σε μικρότερη ταχύτητα. Με την προσθήκη της R4 έχουμε επιτύχει ροπή εκκίνησης ίση με τη μέγιστη και ρεύμα εκκίνησης αρκετά χαμηλό σε σχέση με αυτό που θα είχαμε με αντίσταση δρομέα ίση με την R1. Στις κανονικές συνθήκες λειτουργίας ο κινητήρας παρουσιάζει μεγάλη ολίσθηση και φυσικά μικρή απόδοση. Στην εκκίνηση έχουμε συνδεδεμένη την αντίσταση R4 και, καθώς αυξάνεται η ταχύτητα, βηματικά αναιρούνται οι αντιστάσεις μέσω χειροκίνητου διακόπτη ή καλύτερα αυτόματα μέσω ηλεκτρονόμου και χρονοδιακόπτη. Λίγο πριν φθάσει ο κινητήρας στις ονομαστικές του στροφές. έχουν βραχυκυκλωθεί οι εξωτερικές αντιστάσεις και λειτουργεί μόνο με την αντίσταση του δρομέα σαν κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα. 23

24 Ρύθμιση στροφών ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα με δακτυλίδια Όπως είδαμε και στους κινητήρες με βραχυκυκλωμένο δρομέα, η ταχύτητα περιστροφής n s 60f Ρ μπορεί να μεταβληθεί επιδρώντας σε τρεις παραμέτρους p,f,s. Οι μέθοδοι είναι ίδιες, μόνο που στον κινητήρα με δακτυλιοφόρο δρομέα μας δίνονται μεγαλύτερα περιθώρια ρύθμισης με ταυτόχρονη μεταβολή της αντίστασης του δρομέα. Την ολίσθηση μπορούμε να τη μεταβάλλουμε με αλλαγή της τάσης τροφοδοσίας του στάτη ή με αλλαγή της αντίστασης του δρομέα. Α. Αλλαγή της τάσης τροφοδοσίας του στάτη Με την αλλαγή της τάσης τροφοδοσίας του στάτη η ρύθμιση των στροφών γίνεται σε ένα μικρό εύρος από ηελαχ μέχρι η ^ Πρέπει να υπερκαλύπτεται φυσικά η ροπή του φορτίου. Σε κάθε εφαρμογή υπάρχει μία ελάχιστη τιμή τάσης του στάτη που, αν ξεπεραστεί, οδηγεί το σύστημα σε ασταθή λειτουργία. Για να βελτιωθεί το σύστημα από πλευράς ευστάθειας πρέπει να έχουμε κινητήρα με δρομέα με μεγάλη αντίσταση. Αν ο κινητήρας είναι με βραχυκυκλωμένο δρομέα θα έχουμε σε κανονική λειτουργία υπερθέρμανση, απώλειες και μικρό βαθμό απόδοσης, Η μέθοδος ενδείκνυται κυρίως για κινητήρα με δακτυλιοφόρο δρομέα, που μπορούμε να προσθέσουμε βηματικά εξωτερικές αντιστάσεις και να επιτύχουμε την ίδια μέγιστη ροπή σε μικρότερη ταχύτητα. Με συνδυασμό τιμής αντίστασης δρομέα και τάσης τροφοδοσίας μπορούμε να επιτύχουμε ρύθμιση της ταχύτητας του κινητήρα με μεγάλα περιθώρια. Η ελάχιστη ταχύτητα είναι ηι και η μέγιστη η2. Η μεταβολή της τάσης τροφοδοσίας γίνεται ηλεκτρονικά με παρεμβολή μετατροπέα έξι θυρίστορ, δύο ανά φάση τοποθετημένα ανάστροφα (ΤΜΑΌ). Η αλλαγή της γωνίας έναυσης των θυρίστορ μεταβάλλει την τάση τροφοδοσίας. Β. Αλλαγή αντίστασης δρομέα μέσω διακόπτη (σύστημα ΟΝ-ΟΕΕ) Μέσω ηλεκτρονικής συσκευής οδήγησης μπορεί να μεταβληθεί η μέση ροπή του δρομέα. Η ροπή του φορτίου είναι συγκεκριμένη, άρα έτσι Θα ρυθμιστεί η ταχύτητα. 24

25 Στατική ρύθμιση ολίσθησης και ανάκτηση ισχύος Τα συστήματα ρύθμισης ταχύτητας δακτυλιοφόρων κινητήρων που μελετήσαμε, στηρίζονται στη μεταβολή της εξωτερικής αντίστασης του δρομέα. Ο τρόπος αυτός αυξάνει τις θερμικές απώλειες και φυσικά μας δίνει χαμηλό βαθμό απόδοσης. Τα ηλεκτρονικά ισχύος μας βοηθούν να αλλάξουμε τη χαρακτηριστική ροπής - στροφών (Τ-n) χωρίς απώλειες. Περίπου το 90% της ισχύος του δρομέα αντί να μετατραπεί σε θερμότητα πάνω στις εξωτερικές αντιστάσεις, επιστρέφει στο δίκτυο τροφοδοσίας. Η διάταξη με την οποία επιτυγχάνεται η ρύθμιση ταχύτητας και ταυτόχρονα η ανάκτηση ισχύος είναι η γνωστή διάταξη ηλεκτρονικού ρυθμιστή στροφών που μελετήσαμε στη ρύθμιση ταχύτητας κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα. 0 ηλεκτρονικός ρυθμιστής θα μπορούσε να τροφοδοτήσει το στάτη με ελεγχόμενη τάση και συχνότητα και έτσι να ελεγχθεί η ταχύτητα, όπως στους κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα. Στους κινητήρες με δακτυλίδια μπορούμε όμως να συνδέσουμε τον ηλεκτρονικό ρυθμιστή στο δρομέα, να μεταβάλλουμε τη γωνία έναυσης των θυρίστορ και έτσι να αλλάξει η χαρακτηριστική ροπής - στροφών (Τ-n) και ταυτόχρονα να ανατροφοδοτηθεί το δίκτυο τροφοδοσίας,. 25

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΕΝΟΥ ΔΡΟΜΕΑ ΣΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΣΗΣ 26

27 3.1 Θεωρητική εισαγωγή της άσκησης [2] Ασύγχρονος Τριφασικός Κινητήρας Βραχυκυκλωμένου Δρομέα στο Πείραμα Βραχυκύκλωσης Σκοποί: Μετά την πραγματοποίηση αυτής της άσκησης ο φοιτητής θα μπορεί: 7. Να σχεδιάσει τη συνδεσμολογία ενός Ασύγχρονου Τριφασικού Κινητήρα με βραχυκυκλωμένου δρομέα, ο οποίο τροφοδοτείται με τάση από τριφασικό δίκτυο. 8. Να πραγματοποιήσει την παραπάνω συνδεσμολογία με όλα τα απαραίτητα όργανα μέτρησης και ελέγχου. 9. Να δώσει μειωμένη τάση στον κινητήρα με ταυτόχρονη μηχανική πέδηση στον άξονα του βραχυκυκλωμένου δρομέα. έτσι ώστε αυτός να μην μπορεί να περιστραφεί. 1Ο.Να χαράξει σε κλίμακα τις χαρακτηριστικές καμπύλες Ικ = f(uk) και Μκ f(uk), αφού καταγράψει σε πίνακα τις τιμές της έντασης του ρεύματος Ι και της ισχύος Ρκ, που απορροφά ο κινητήρας για κάθε τιμή της σταδιακά μεταβαλλόμενης τάσης Uk. 11.Να σχολιάσει τα αποτελέσματα καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι μεν ένταση του ρεύματος Ικ μεταβάλλεται γραμμικά με την τάση υκ η δε ισχύς Ρκ, άρα και. η ροπή Μκ, μεταβάλλονται ανάλογα με το τετράγωνο της τάσης Uk). 12.Να υπολογίσει το ονομαστικό ρεύμα εκκίνησης Ι και την ονομαστική ροπή εκκίνησης Μκν του κινητήρα για UKN = UiN Β. Θεωρητικές Επεξηγήσεις στον Προβληματισμό της Άσκησης Το πείραμα βραχυκύκλωσης γίνεται σε όλα τα είδη των ασύγχρονων κινητήρων. Ο δρομέας ακινητοποιείται με έναν μοχλοβραχίονα (ή με το χέρι για μικρούς σχετικά κινητήρες), ενώ ο στάτης τροφοδοτείται με τάση ονομαστικής συχνότητας. Η τιμή της τάσης κατά την διάρκεια του πειράματος κυμαίνεται για μικρούς κινητήρες από το 1/3 μέχρι το 1/1, για μεγάλους απο το 1/6 μέχρι το 1/3 της ονομαστικής τάσης. Κατά την εκτέλεση του πειράματος καταγράφονται οι τιμές της τάσης U ^ της έντασης Ικ και της ισχύος Ρκ Οι μετρήσεις πρέπει να γίνονται γρήγορα., για την αποφυγή της υπερθέρμανσης των τυλιγμάτων γι αυτό και για την διεξαγωγή της άσκησης χρειάζονται περισσότεροι παρατηρητές. Μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζουν σι τιμές του ρεύματος βραχυκύκλωσης των κινητήρων 27

28 βραχυκυκλωμένου κλωβού, διότι η τιμή του ονομαστικού ρεύματος εκκίνησης βρίσκεται ύστερα από προέκταση της χαρακτηριστικής καμπύλης Ικ = f(uk) για τάση: U K = υ ΚΝ = υ 1Ν Η καμπύλη αυτή δείχνει μια γραμμική μεταβολή τησ έντασης του ρεύματος Ι από τις μικρές τιμές της τάσης μέχρι την ονομαστική της τιμή. Μία τέτοια μορφή της καμπύλης, όμως, ανταποκρίνεται γενικά σε μη ισχυρά κορεσμένες μηχανές (μηχανές οι οποίες λειτουργούν, στο ονομαστικό φορτίο κάτω από το γόνατο της καμπύλης μαγνήτισης τους. Στους ισχυρά κορεσμένους κινητήρες παρατηρείται μια σημαντική παρέκκλιση της γραμμικής μεταβολής του ρεύματος βραχυκύκλωσης ως συνάρτησης της τάσης με αποτέλεσμα η πραγματική τιμή του ρεύματος για την ονομαστική τάση να βρίσκεται από 10 μέχρι 20% υψηλότερα απ ότι η ανιιλογικά η υπολογισμένη τιμή. Σε εξαιρετικές περιπτώσεις η παρέκκλιση αυτή φτάνει και το 50 %. Η αναγωγή των τιμών των αποτελεσμάτων του πειράματος βραχυκύκλωσης σε άλλες τιμές της τάσης γίνεται, για μεν το ρεύμα ανάλογα της τάσης για δε την ισχύ και την ροπή ανάλογα του τετραγώνου της τάσης. Η εύρεση τιμών αποτελεσμάτων, τα οποία πάρθηκαν σε συνδεσμολογία αστέρα για την συνδεσμολογία τριγώνου γίνεται με πολλαπλασιασμό των τριών αυτών επί 3. Στην περίπτωση αυτή το ρεύμα είναι της γραμμής και όχι της φάσης. Οι σχέσεις λοιπόν που ισχύουν είναι: I k = l k i Uk υ Κ ψ Mk = M k ^ U 2 k U 2 Κ ψ Pk Pk π ψ U 2 k U 2 Κ ψ Στον υπολογισμό των τιμών από αστέρα σε τρίγωνο : ΙΔ ΙΥ 3 Uk UΚ ψ ΜΔ MY 3 U 2 k U 2 Κ ψ Ρ Δ = Ρ Υ 3 U 2 k Και για την ίδια φάση ισχύει : ΙΔ = ΙΥ 3 ΜΔ =ΜΥ 3 ΡΔ = ΡΥ 3 28

29 Γ. Πορεία Εκτέλεσης της Άσκησης[2] 3.Καταγραφή των στοιχείων των οργάνων που θα χρησιμοποιηθούν κατά την διεξαγωγή της άσκησης. α) Μηχανή πειραματισμού Ασύγχρονος Τριφασικός Κινητήρας Βραχυκυκλωμένου Δρομέα ΤΥΠΟΣ : Πινακίδα στοιχείων β) Βολτόμετρο περιοχής μέτρησης V γ) Αμπερόμετρο περιοχής μέτρησης Α πηνίου τάσης V δ) Βαττόμετρο περιοχής μέτρησης πηνίου έντασης πηνίου τάσης Α V ε) Βαττόμετρο περιοχής μέτρησης πηνίου έντασης Α ζ) Γέφυρα μέτρησης ωμικής αντίστασης η) Πηγή τριφασικής τάσης θ) Καλώδια συνδέσεων των κυκλωμάτων Σημείωση: Να μετρηθεί η ωμική αντίσταση της φάσης του τυλίγματος του στάτη για τον καθορισμό των απωλειών Pcuio. 29

30 4.Ισοδύναμο Ηλεκτρικό Κύκλωμα [2] 5. Σχηματική παράσταση της συνδεσμολογίας [2] 30

31 ΑΣΚΗΣΗ 7[2] 6. Πραγματοποίηση της συνδεσμολογίας και χειρισμοί. Ελέγξτε την ορθότητα της συνδεσμολογίας σύμφωνα με το ισοδύναμο κύκλωμα. Τροφοδοτείστε τον κινητήρα με τάση διάμεσο τροφοδοτικού μεταβαλλόμενης τάσης, με ταυτόχρονη πέδηση του άξονα του κινητήρα. Καταγράψτε σε πίνακα τις τιμές της τάσης οι οποίες πρέπει να κυμαίνονται από το 1/6 μέχρι το 1/3 της ονομαστικής της τιμής και της ισχύος από τα αντίστοιχα όργανα μέτρησης. U k (V ) Ik (A ) P k (W ) Υπολογίστε την εκάστοτε ροπή που αναπτύσσει ο κινητήρας από τα αντίστοιχα μετρηθέντα μεγέθη. Μ k (V ) Χαράξτε τις γραφικές παραστάσεις Ik= f(uk) και Mk=f(Uk) 31

32 S 3 * 32

33 3.2 Απαιτούμενα εργαλεία του Simulink Κινητήρας Για να πραγματοποιήσουμε την παραπάνω άσκηση σε προσομοίωση με το πρόγραμμα MATLAB Simulink χρειαζόμαστε ορισμένα εργαλεία μέσα από την βιβλιοθήκη του Simulink που θα αντικαταστήσουν τα υλικά που θα χρησιμοποιούσαμε σε πραγματικές συνθήκες. Τα εργαλεία αυτά καθώς και ο τρόπος χειρισμού τους μαζί με τις ιδιότητες του αναφέρονται αναλυτικά παρακάτω. Το πρώτο εργαλείο είναι φυσικά το αντικείμενο της μελέτης μας δηλαδή ο ασύγχρονος κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα. Όπως είδαμε ήδη στο κεφάλαιο 1 θα τον βρούμε μέσα στην βιβλιοθήκη του Simulink στο πακέτο SimPowerSystems στο machines. Αφού τον τοποθετήσουμε μέσα στο νέο μοντέλο που δημιουργήσαμε θα πρέπει να ελέγξουμε και να αλλάξουμε τα χαρακτηριστικά του αν χρειαστεί για να ικανοποιεί τις απαιτήσεις μας. Στην εικόνα φαίνονται οι ρυθμίσεις και οι τιμές των χαρακτηριστικών του κινητήρα που είναι μέσα στο μοντέλο μας. Εικόνα 3.2.1(Ρυθμίσεις) [5] Εικόνα 3.2.2(Preset models) [5] 33

34 Το πρώτο που μπορούμε να ρυθμίσουμε είναι αν ο κινητήρας μας είναι κάποιο συγκεκριμένο μοντέλο που υπάρχει ήδη αποθηκευμένο μέσα στο Simulink.Αυτό μπορούμε να το ελέγξουμε από παράθυρο Preset model (εικόνα 3.2.2) Το δεύτερο και σημαντικό επίσης είναι ο τύπος του κινητήρα όπου μπορεί να είναι τύπου Wound που σημαίνει δακτυλιοφόρου δρομέα η τύπου squirrel-cage που σημαίνει βραχυκυκλωμένου δρομέα.(εικόνα 3.2.3) Εικόνα 3.2.3(τύπος κινητήρα) [5] 34

35 Οι επόμενες ρυθμίσεις που μπορούμε να κάνουμε αφορούν την ισχύς, την τάση και την συχνότητα λειτουργίας του κινητήρα (εικόνα 3.2.4). Κάτω από τις ρυθμίσεις της τάσης μπορεί κανείς να αλλάξει την ωμική και επαγωγική αντίσταση του στάτη και στη συνέχεια του δρομέα.(εικόνα 3.2.4). Επίσης μπορεί κανείς να αλλάξει τον αριθμό των πόλων που συνεπάγεται την αλλαγή των στροφών του κινητήρα.(εικόνα 3.2.5). Εικόνα 3.2.4(Ισχύς Τάση Συχνότητα) [5] Εικόνα 3.2.5(Αριθμός πόλων) [5] 35

36 Σε κάθε εργαλείο μπορεί κανείς να βρει αναλυτικές οδηγίες και πληροφορίες για την κατασκευή και την χρήση του πατώντας στο παράθυρο Ηβ1ρ(εικόνα 3.2.6) ^ Help File Edit View Go F a vo rites D esktop W indow Help Help Navigator C o n ten ts! index S e a rc h D em os Q Begin Here S) Release Notes 111 φ Installation is φ MATLAB ± & Excel Link S Φ MATLAB BuilderforCOM + φ MATLAB B uilder for Excel + ^ MATLAB C ornpiler IS φ MATLAB Report Generator IS φ Bioinformatics Toolbox IS φ Communications Toolbox IS φ Control System Toolbox IS φ Curve Fitting Toolbox IS φ Data Acquisition Toolbox IS φ Database Toolbox IS Datafeed Toolbox IS φ Filter Design Toolbox IS φ Filter Design HDL Coder inancial Toolbox IS φ Financial Derivatives Toolbox IS φ Financial Time Series Toolbox IS Fixed-Income Toolbox IS Fixed-Point Toolbox - # F uzzy Logic Toolbox m φ GARCH Toolbox IS φ Genetic Algorithm and Direct Sea IS φ Image Acquisition Toolbox IS φ Image Processing Toolbox IS φ Instrument Control Toolbox IS φ LMI Control Toolbox IS φ Link for Code Composer Studio IS φ Link for ModelSim IS Φ Mappinq Toolbox Εικόνα 3.2.6(help) [5] Asynchronous Machine (SimPowerSystems ) S i m P o w e rs y s te m s A synchronous Machine Model the dynamics of a three-phase asynchronous machine, also known as an induction machine Library Machines Description The Asynchronous Machine block operates in either generator or motor mode. The mode of operation is dictated by the sign of the mechanical torque: IfTm is positive, the machine acts as a motor. IfTm is negative, the machine acts as a generator. The electrical part of the machine is represented by a fourth-order state-space model and the mechanical part by a second-order system. All electrical variables and parameters are referred to the stator. This is indicated by the prime signs in the machine equations given below. All stator and rotor quantities are in the arbitrary Μέσα στο help μπορεί κανείς να βρει σχέδια της θεωρητικής κατασκευής του κινητήρα και τύπους που είναι απαραίτητοι για την κατανόηση της λειτουργίας του και της διαδρομής του ρεύματος, καθώς και των ωμικών και επαγωγικών καταναλώσεων που βρίσκονται στα τυλίγματα τόσο στου στάτη όσο και στου δρομέα και για μεγέθη όπως η ροπή και οι στροφές. (εικόνα 3.2.7, 3.2.8, ) Εικόνα [5] 36

37 Εικόνα [5] 37

38 Επίσης μπορεί να βρει κανείς και έτοιμα μοντέλα που χρησιμοποιούν το εργαλείο που επεξεργαζόμαστε όπως για παράδειγμα στην περίπτωση αυτή τον κινητήρα έτσι ώστε να πάρει μια ιδέα για την λειτουργία του και τους τρόπους εφαρμογής του σε προσομοιώσεις καθώς και γραφικές παραστάσεις για την επεξήγηση της λειτουργίας των μοντέλων. (εικόνα , ) The p o u e c pram demo illustrates the use of the Asynchronous M achine block in m otor mode It consists of an asynchronous machine in an open-loop speed control system. The machine's rotor is short-circuited, and the stator is fed by a PW M inverter, built w ith Sim ulink blocks and interfaced to the Asynchronous M achine block through the Controlled Voltage Source block. The inverter uses sinusoidal pulse-width modulation, w hich is described in 2. The base frequency o f the sinusoidal reference wave is set at 60 Hz and the triangular carrier wave's frequency is set at 1980 Hz. This corresponds to a frequency m odulation factor mr of 33 (60 Hz x 33 = 1980). It is recom mended in 2 that mr be an odd m ultiple o f three and that the value be as high as possible. The 3 HP m achine is connected to a constant load of nominal value (1 1 9 M m ). It is started and reaches the set point speed of 1 0 p u at t = 0 9 second. The parameters of the machine are those found in the S I U nits dialog box above, except for the stator leakage inductance, w hich is set to twice its normal value This is done to sim ulate a smoothing inductor placed between the inverter and the machine A lso, the stationary reference frame was used to obtain the results shown Εικόνα (παράδειγμα μοντέλου από το help) [5] Εικόνα [5] Μία σημαντική βοήθεια είναι ότι μπορεί κανείς, τα μοντέλα του help να τα δει και σε λειτουργία. 38

39 Αυτό γίνεται πατώντας πάνω στα μπλε γράμματα που υπάρχουν στο κείμενο πάνω από κάθε μοντέλο όπως για παράδειγμα στο παραπάνω μοντέλο πατώντας πάνω στα μπλε γράμματα που γράφουν power pwm (εικόνα ) Αυτά είναι τα εσωτερικά χαρακτηριστικά του κινητήρα που ρυθμίζουμε αλλά υπάρχουν και εξωτερικά στοιχεία που αφορούν τον τρόπο λειτουργίας του, το μηχανικό φορτίο του και την πύλη εξόδου τιμών. Εικόνα (εξωτερικά στοιχειά κινητήρα) [5] Όπως φαίνεται από την (εικόνα ) υπάρχουν οι είσοδοι-έξοδοι των τριών τυλιγμάτων Α Β C και a b c όπου συνδέονται οι 3 φάσεις R S T. Υπάρχει επίσης αριστερά πάνω η είσοδος ^ η οποία έχει 2 λειτουργίες. Μπορεί κανείς καταρχήν από εκεί να ρυθμίσει την ροπή που θα δέχεται ο κινητήρας, συνεπώς το φορτίο, όμως αν δώσουμε ροπή αρνητική (με τιμή κάτω από το 0 δηλαδή) τότε ο κινητήρας θα συμπεριφέρεται ως γεννήτρια. Στην έκδοση MATLAB 7b και σε νεότερες δίνεται η δυνατότητα εκτός από ροπή να δώσεις μέσα από την είσοδο mechanical input αλλάζοντας την είσοδο από Torque ^ σε Speed w συγκεκριμένο αριθμό στροφών στον δρομέα κάτι που θα χρησιμοποιήσουμε σε αυτή την άσκηση για να ακινητοποιήσουμε τον δρομέα του κινητήρα δίνοντας μηδενικό αριθμό στροφών (εικόνα ) 39

40 Εικόνα (Αλλαγή από είσοδος ροπής σε είσοδος στροφών ΜΟΝΟ στις εκδόσεις του MATLAB 7b και νεότερες) [5] Στην δεξιά πλευρά πάνω υπάρχει η έξοδος m από την οποία μπορούμε να πάρουμε κάθε είδους μέτρηση ρεύματος, τάσεως του στάτη η του δρομέα καθώς και τις στροφές του δρομέα και την ηλεκτρομαγνητική ροπή. 40

41 Γ εννήτρια ΤΡΙΦΑΣΙΚΗ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΖΟΜΕΝΗ ΠΗΓΗ ΤΑΣΕΩΣ Η Τριφασική αυτή πηγή τάσεως (εικόνα ) διαθέτει χρονικό προγραμματισμό του εύρους, τη φάσης, της συχνότητας και των αρμονικών. Για να την επιλέξουμε για το μοντέλο μας πάμε στο SimPowerSystems και στο Electrical Sources και από εκεί επιλέγουμε το Three - Phase Programmable Voltage Source και το τοποθετούμε μέσα στο μοντέλο μας. Χρησιμοποιείται για να παράγει μια τριφασική ημιτονοειδή τάση με χρονικά μεταβαλλόμενες παραμέτρους. Μπορεί κανείς να προγραμματίσει τη χρονική μεταβολή για το εύρος, την φάση, ή την συχνότητα της πηγής. Επιπλέον, δύο αρμονικές μπορούν να προγραμματιστούν και να αλλάξουν το σήμα. Πατώντας διπλό αριστερό κλικ κάποιος μπορεί να δει τις ιδιότητες της και να αλλάξει τα χαρακτηριστικά της όπως ακριβώς και με τον κινητήρα και κάθε άλλο εργαλείο του Simulink (εικόνα ) Εικόνα [5] Εικόνα [5] 41

42 Αρχικά μπορούμε να ρυθμίσουμε την ενεργός φασική τιμή της τάσης σε Volt, την φάση σε μοίρες, και την συχνότητα σε Hertz.( εικόνα ) Ακολουθεί ο χρονικός προγραμματισμός για το μέγεθος το οποίο θέλουμε να προγραμματίσουμε. Δεν επιλέγουμε καμία από τις παραμέτρους της πηγής εάν δεν θέλουμε να προγραμματίσουμε χρονικό προγραμματισμό. Σε αντίθετη περίπτωση επιλέγουμε την τάση εάν θέλετε για να προγραμματίσουμε χρονικά την μεταβολή της τάσεως ή την φάση η την συχνότητα σε περίπτωση που θέλουμε να μεταβάλουμε τις στροφές του κινητήρα μέσα της πηγής τάσεως όπως είδαμε στο κεφάλαιο 2. Σημειώστε ότι ο χρονικός προγραμματισμός ισχύει και στις τρεις φάσεις της πηγής εκτός εάν ρυθμίσουμε από τις παραμέτρους που είναι κάτω να το εφαρμοστεί παράδειγμα μόνο στην φάση Α.( εικόνα ) Πιο κάτω βρίσκεται ο τύπος του προγραμματισμού, έχουμε τρεις επιλογές όπως δείχνει η (εικόνα ) Μπορούμε να επιλέξουμε το βήμα, την κεκλιμένη ράμπα για να προγραμματίσουμε μια κεκλιμένη ράμπα τάσεως χρόνου., την διαμόρφωση ή τον πίνακα των τάσεων-ζευγαριών για να προγραμματίσουμε μια σειρά αλλαγών της τάσης για τους συγκεκριμένους χρόνους..( εικόνα ) Εικόνα [5] Εικόνα [5] 42

43 Έπειτα μπορούμε να επιλέξουμε τον ρυθμό της μεταβολής του μεγέθους που προγραμματίζουμε χρονικά για παράδειγμα την τάση να ανεβαίνει κατά 10 volt (εικόνα ) στο Rate of change και τέλος μπορούμε να ρυθμίσουμε την διάρκεια του χρόνου για την οποία θέλουμε να ισχύει αυτή η μεταβολή παράδειγμα από το 1ο δευτερόλεπτο έως το 2ο (εικόνα ) Αυτά ήταν τα χαρακτηριστικά που μπορούμε να ρυθμίσουμε στην γεννήτρια Οι συνδέσεις που μπορούν να γίνουν στην γεννήτρια είναι οι τρεις φάσεις R S T στα άκρα A B C και στο Ν συνδέουμε την γείωση.(εικόνα ) Γ είωση Η γείωση είναι απαραίτητη σε ορισμένα κυκλώματα. Σε περίπτωση που δεν την έχουμε συνδέσει με την γεννήτριά μας η προσομοίωση δεν θα ξεκινήσει και θα εμφανιστεί σφάλμα λάθους από το Simulink στο οποίο θα περιγράφεται ο λόγος που δεν ήταν εφικτό να ξεκινήσει η προσομοίωση. Την γείωση μπορούμε να την βρούμε από την διαδρομή SimPowerSystems, Elements και βρίσκεται εκεί με το αγγλικό όνομα Ground. (εικόνα ) Εικόνα [5] 43

44 Βολτόμετρο Το βολτόμετρο είναι ένα χρήσιμο και εύκολο στην χρήση του εργαλείο του Simulink αφού συνδέεται όπως ακριβώς και ένα απλό βολτόμετρο στην πράξη. Η τιμή που παίρνουμε στην έξοδο όμως δεν είναι η ενεργός τιμή της τάσης και κατά την διάρκεια της λειτουργίας του κυκλώματος όπου είναι συνδεμένο θα παρατηρήσει κανείς σε έναν παλμογράφο ότι παίρνει τις πραγματικές τιμές της τάσης σε σχέση με το χρόνο με αποτέλεσμα να μην έχουμε ακριβώς μια τιμή στην έξοδο, αυτό δεν είναι όμως πρόβλημα αφού είναι χρήσιμο πολλές φορές να βλέπουμε και τις πραγματικές τιμές που παίρνει η τάση. Όσο για την ενεργό τιμή της τάσης επιτυγχάνεται η μέτρηση της με συνδυασμό βολτομέτρου και ενός άλλου εργαλείου του Simulink που θα αναλύσουμε στην συνέχεια. Το βολτόμετρο μπορεί να το βρει κανείς στην θέση SimPowerSystems measurements με το όνομα Voltage measurement (εικόνα ) Voltage Measurement Εικόνα [5] Στην αριστερή πλευρά του βολτομέτρου υπάρχουν δύο είσοδοι στις οποίες συνδέονται οι γραμμές του κυκλώματος που θέλουμε να μετρήσουμε την τάση. Στην δεξιά πλευρά του βολτομέτρου υπάρχει η έξοδος V από την οποία φεύγει το αποτέλεσμα της μέτρησης που έχει κάνει το βολτόμετρο και καταλήγει σε εργαλεία που είτε θα το επεξεργαστούν αν το απαιτεί η άσκηση είτε το εμφανίσουν στην οθόνη μας σε μορφή παλμογράφου η σε μορφή οθόνης LCD η σε μορφή γραφήματος ανάλογα με το εργαλείο που θα χρησιμοποιήσουμε για την επεξεργασία της τιμής της τάσης. Σαν όργανο ελέγχου που είναι και απλό στην λειτουργία του δεν επιδέχεται αλλαγές χαρακτηριστικών όπως άλλα εργαλεία του Simulink. 44

45 Αμπερόμετρο Το αμπερόμετρο είναι ένα επίσης χρήσιμο και εύκολο στην χρήση του εργαλείο του Simulink όπως και το βολτόμετρο που περιγράψαμε στην προηγούμενη σελίδα. Συνδέεται και αυτό όπως τα πραγματικά αμπερόμετρα σε σειρά με την γραμμή η το στοιχείο που θέλουμε να μετρήσουμε. Για την τιμής εξόδου ισχύουν τα ίδια με το βολτόμετρο καθώς ούτε στο αμπερόμετρο δεν έχουμε ενεργός τιμή του ρεύματος και την μετατρέπουμε με επίσης σε ενεργό σε συνδιασμό με άλλο εργαλείου του. Το αμπερόμετρο μπορεί να το βρει κανείς στην θέση SimPowerSystems measurements με το όνομα Current measurement (εικόνα ) Εικόνα [5] Στην αριστερή πλευρά του αμπερομέτρου υπάρχει μία είσοδος με (+) και στην δεξιά μια είσοδος με (-) αυτές οι 2 είσοδοι είναι και οι επαφές του αμπερομέτρου με τις οποίες συνδεόμαστε σε σειρά με την γραμμή ή τα στοιχεία που θέλουμε να μετρήσουμε την ένταση. Στην δεξιά πλευρά πάνω του αμπερομέτρου υπάρχει η έξοδος i από την οποία φεύγει το αποτέλεσμα της μέτρησης που έχει κάνει το αμπερόμετρο και καταλήγει και αυτή όπως του βολτομέτρου σε εργαλεία που είτε θα το επεξεργαστούν αν το απαιτεί η άσκηση είτε το εμφανίσουν στην οθόνη μας σε μορφή παλμογράφου, οθόνης LCD, ή γραφήματος ανάλογα με το εργαλείο που θα χρησιμοποιήσουμε για την επεξεργασία της τιμής της τάσης. Επίσης το αμπερόμετρο σαν όργανο ελέγχου που είναι και αυτό δεν επιδέχεται αλλαγές χαρακτηριστικών όπως άλλα εργαλεία του Simulink. 45

46 RMS Όπως αναφέραμε στην περιγραφή του βολτομέτρου και του αμπερομέτρου η τιμή στην έξοδο τους δεν είναι η ενεργός τιμή. Σε πολλές περιπτώσεις όμως χρειαζόμαστε την ενεργός τιμή και γι αυτό το λόγο έχει δημιουργηθεί το εργαλείο RMS του οποίου η λειτουργία είναι απλά να μετατρέπει στην έξοδό του σε ενεργός τιμή την τιμή που μπαίνει στην είσοδό του. Έτσι και στην περίπτωση του βολτομέτρου και στην περίπτωση του αμπερομέτρου όταν θα συνδεθεί η είσοδος του RMS σε σειρά έπειτα από την έξοδο του αμπερομέτρου η του βολτομέτρου τότε η τιμή που θα πάρουμε στην έξοδο του RMS θα είναι η ενεργός τιμή τάσης η έντασης αντίστοιχα. Το εργαλείο RMS δέχεται μία αλλαγή μόνο στα χαρακτηριστικά του και αυτή είναι η συχνότητα λειτουργίας την οποία χρειάζεται για να αποδώσει με ακρίβεια την ενεργός τιμή. Εικόνα [5] Όπως φαίνεται από την (εικόνα ) αριστερά υπάρχει μία είσοδος με το όνομα signal στην οποία μπαίνει η τάση, ή η ένταση που θέλουμε να μετατρέψουμε και δεξιά υπάρχει η έξοδος rms από την οποία βγαίνει η έξοδος της ενεργούς τιμής. Το εργαλείο RMS μπορεί κανείς να το βρει στην διαδρομή της βιβλιοθήκης SimPowerSystems Extra Library Measurements Rms. 46

47 Scope Ένα από τα απαραίτητα εργαλεία στο Simulink σχεδόν σε κάθε εφαρμογή είναι το Scope. Είναι ένα από τα εργαλεία που μπορούν να εμφανίσουν τιμές από εξόδους εργαλείων μέτρησης. (εικόνα ) Εικόνα (Scope) [5] Μοιάζει με παλμογράφο και κάνει την ίδια δουλειά αφού δέχεται στην είσοδό του κάθε μέτρηση φυσικού μεγέθους και την συγκρίνει πάντα σε σχέση με το χρόνο και εμφανίζει την μέτρηση σε στυλ οθόνης παλμογράφου, για ακριβείς παρατηρήσεις της γραφικής, που έχει σχηματιστεί ύστερα από κάθε προσομοίωση, αλλά και κατά την διάρκεια της προσομοίωσης.(εικόνα ) Το Scope μπορεί να εμφανίσει περισσότερες από μία τιμές διαφορετικού μεγέθους κάτι που το ρυθμίζουμε εμείς στις ιδιότητές του από το δεύτερο αριστερά εικονίδιο που φαίνεται σαν μπλοκ σημειώσεων. Σε περίπτωση προστίθεται ακόμα μία είσοδος στο εργαλείο Scope. εικόνα [5] 47