ELEKTROMOTORNI POGONI Laboratorijske vježbe

Transcript

1 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVO I AUTOMATIZACIJU ELEKTROMOTORNI POGONI Laboratorijske vježbe Vježba 1 ZALET I REVERZIRANJE TROFAZNOG ASINKRONOG MOTORA NA KRUTOJ MREŽI U SPOJU Y ili TE ZALET POMOĆU PREKLOPKE Y / Autori: Prof.dr.sc. Damir Žarko, dipl. ing. Mirko Cettolo, dipl. ing. Goran Rovišan, dipl. ing. Tanja Poljugan, dipl. ing. Zagreb, ožujak 2012.

2 ZALET I REVERZIRANJE TROFAZNOG ASINKRONOG MOTORA NA KRUTOJ MREŽI U SPOJU Y i TE ZALET POMOĆU PREKLOPKE Y / 1. Cilj vježbe Upoznavanje s načinima zaleta trofaznog kaveznog asinkronog motora i utjecajem na mrežu tijekom zaleta i reverziranja (potezna struja, trajanje zaleta / reverziranja, propad napona). Sve mjerene veličine (naponi, struje i signal brzine) snimaju se pomoću uređaja Metrel Power Quality Analyser Plus u kombinaciji s računalom i programskim paketom PowerLink. 2. Zadatak vježbe a) Procijeniti poteznu struju i potezni moment motora za spoj Y (zvijezda) i (trokut) b) Procijeniti propad napona mreže za vrijeme zaleta u spoju Y i c) Procijeniti srednju vrijednost momenta motora tijekom zaleta u spoju Y i u spoju d) Procijeniti moment inercije agregata e) Procijeniti vrijeme zaleta za spoj Y i f) Snimiti napon, struju i brzinu vrtnje neopterećenog asinkronog motora kod zaleta: - u spoju Y na mreži krutog napona - u spoju na mreži krutog napona - pomoću preklopke Y / g) Snimiti napon, struju i brzinu vrtnje neopterećenog asinkronog motora kod reverziranja: - u spoju Y na mreži krutog napona - u spoju na mreži krutog napona h) Obraditi snimke napona, struje i brzine vrtnje asinkronog motora pomoću računala i odrediti za sve obavljene pokuse: - vrijeme trajanja zaleta ili reverziranja, - poteznu struju motora, tj. najveću struju tijekom pokretanja ili reverziranja, - propad napona mreže tijekom pokretanja ili reverziranja. i) Postupak mjerenja i rezultate prikazati u obliku ispitnog protokola 3. Opis vježbe 3.1 Ispitivani objekt Vježba se provodi na elektromotornom pogonu s trofaznim asinkronim motorom sljedećih podataka: Končar Code Type 51AZA 132M-4T B3 DY 400 / 690 V 50 Hz 15 / 8,7 A 7,5 kw 0,83 cos φ 1440 min -1 Ta 40 3x PT1000 Cl. F IP55 61 IEC / EN Utjecaj zaleta asinkronog motora na mrežu Prilikom uklopa na napojnu mrežu asinkroni motor uzima iz mreže struju 5 7 puta veću od nazivne. Velika potezna struja uzrokuje propad napona na mreži koji može onemogućiti pravilan zalet i može ometati ostale potrošače na istoj mreži. Osim negativnog utjecaja na mrežu prilikom uklopa, velika potezna struja asinkronog motora izaziva veliko termičko opterećenje namota motora i to naročito kaveza rotora. To je i razlog zbog kojeg je broj zaleta (ili reverziranja) asinkronog motora direktno spojenog na mrežu ograničen u nekom vremenskom intervalu, jer u protivnom može doći do oštećenja motora. Potezna struja može se smanjiti na nekoliko načina: korištenjem preklopke zvijezda-trokut (slike 3.1. i 3.2.), korištenjem soft-start uređaja ili pretvarača napona i frekvencije. Spajanjem namota u zvijezdu potezna struja će se smanjiti tri puta u odnosu na spoj trokut, no istovremeno će se približno tri puta smanjiti i potezni moment (slike 3.1. i 3.2.). U nekim slučajevima to može rezultirati premalim poteznim momentom ako se zalet vrši pod teretom koji zahtijeva veliki moment pri pokretanju (npr. drobilica, mlin, dizalica). Preklapanje iz spoja zvijezda u spoj trokut može se obavljati pomoću preklopke koju se spaja prema shemi na slici 3.4. ELEKTROMOTORNI POGONI 1 : Vježba 1 2

3 I, I [A] A 400 Struja Struja 200 Struja Y Y Y / n, n [min ] Slika 3.1. Moment motora kod zaleta u spoju, Y i Y/ preklopkom Slika 3.2. Struja motora kod zaleta u spoju, Y i Y/ preklopkom U trenutku preklapanja iz spoja Y u spoj namotima motora mogu poteći velike struje kao posljedica prijelazne pojave. Budući da se preklapanje vrši uz beznaponsku pauzu, to znači da će motor biti kratkotrajno isključen prije ponovnog uključenja na mrežu. U trenutku kada opterećeni asinkroni motor isključimo s mreže počnu istovremeno dvije prijelazne pojave: - nestajanje magnetskog toka u motoru zbog izostanka uzbude, tj. priključenog napona, - usporavanje elektromotornog pogona zbog kočenja momentom tereta na osovini. Rasipni tok u željezu statora padne u vrlo kratko vrijeme na nulu jer se njegovom nestajanju protive samo vrtložne struje u statorskom željezu. Ta pojava se odvija obično u dijelovima jedne periode i može se zanemariti. Glavni tok stroja i rasipni tok rotora koji su ulančeni rotorskim namotom ne mogu naglo nestati. Tok se smanjuje brzinom koju određuje vremenska konstanta namota rotora L Tel = R. Preostali glavni tok će u namotu statora inducirati napon čija se amplituda i fazni pomak mijenjaju kao posljedica smanjenja glavnog toka i smanjenja brzine vrtnje stroja. Brzina vrtnje stroja se nakon isključenja ne može trenutno smanjiti na nulu jer rotaciju podržava kinetička energija masa koje su u vrtnji u trenutku isključenja, a kočenje uzrokuje moment tereta na osovini. Elektromotorni pogon se to sporije zaustavlja što mu je mehanička vremenska konstanta veća i što mu je moment tereta manji. U trenutku ponovnog uključenja motora na napajanje struja koja će poteći namotom statora ovisi o razlici napona mreže i napona koji inducira preostali glavni tok. Najgori slučaj nastupa kada su ta dva napona u protufazi, što može rezultirati strujom većom od struje kratkog spoja. U praksi je dozvoljena vrijednost udarne struje kod preklapanja % struje kratkog spoja motora. Razlog ograničenju su sile koje se javljaju u namotu i koje mogu izazvati mehanička oštećenja izolacije te u slučajevima višestrukih ponovnih uklapanja motora dovesti do proboja izolacije. Vrijeme potrebno za smanjenje glavnog toka do veličine koja više nije opasna za izazivanje velike udarne struje pri ponovnom uključenju iznosi manje od sekunde za male motore, oko 1 s za srednje i nekoliko sekundi za velike motore. Tipični primjeri momenta tereta kao funkcije brzine vrtnje M t = f(n) prikazani su na slici 3.3. O karakteristici momenta tereta ovisit će vrijeme potrebno za zalet motora do nazivne brzine. Slika 3.3 Momentne karakteristike tipičnih radnih mehanizama ELEKTROMOTORNI POGONI 1 : Vježba 1 3

4 3.3 Postupak mjerenja Mjerenje se izvodi na agregatu koji se sastoji od tri stroja: 1. ispitivani asinkroni motor, 2. sinkronim generator koji služi kao tahogenerator. 3. sinkroni motor s premanentnim magnetima koji je dio agregata, a koji u ovoj vježbi nema direktnu funkciju. L1 3 x 400 V 50 Hz L2 L3 N U V W N T reg 230 V GORE DOLJE u v w I 1 I 2 I 3 u mjerni sustav U 12 S preklopka za reverziranje A1 A2 B1 B2 C1 C2 preklopka Y / A B C L1 L2 L3 U TG u mjerni sustav DIG. REG. UZBUDE U1 V1 W1 W2 U2 V2 = 230 V U1 V1 W1 U V W A F1 F2 AM 230 V SMPM M m W2 AM U2 V2 n SG Slika 3.4. Shema spoja energetskog kruga elektromotornog pogona asinkronog motora - zalet i reverziranje rad na laboratorijskoj vježbi ELEKTROMOTORNI POGONI 1 : Vježba 1 4

5 Asinkroni motor se u spoju Y (zvijezda) ili spoju (trokut) pomoću sklopa za reverziranje priključuje na mrežu krutog napona. Uzbudni namot tahogeneratora (sinkroni generator) napaja se direktno iz istosmjernog izvora. Uz konstantnu uzbudnu struju, napon koji se inducira na armaturnim stezaljkama tahogeneratora proporcionalan je brzini vrtnje agregata. Budući da se pokretanjem asinkronog motora vrti i sinkroni motor s permanentnim magnetima, potrebno je obratiti pažnju na inducirani napon na njegovim stezaljkama te je obavezno uključiti njegov ventilator za hlađenje jer tijekom vrtnje tog stroja u praznom hodu dolazi do zagrijavanja statora uzrokovanog okretnim poljem magneta u vrtnji. Sklop za reverziranje omogućuje zamjenu dvije faze na stezaljkama motora uz kratku beznaponsku pauzu za vrijeme preklapanja iz jednog položaja u drugi. Zamjenom dvije faze mijenja se smjer vrtnje okretnog polja u motoru i smjer djelovanja momenta motora. Budući da se brzina vrtnje ne može trenutno promijeniti, motor najprije protustrujno koči do brzine nula, a zatim se zalijeće u suprotnom smjeru do brzine vrtnje praznog hoda. Shema spoja energetskog kruga prikazana je na slici 3.4, a mjernog kruga na slici 3.5. Vježba se provodi na neopterećenom asinkronom motoru. Mjeri se linijski napona motora (ujedno je to i napon mreže) te sve tri linijske struje motora (tj. mreže) kao i brzina vrtnje motora (napon tahogeneratora). Sve mjerene veličine uvode se u mjerni uređaj Metrel PQA Plus koji komunicira s računalom preko RS232 komunikacijskog protokola. Rad s uređajem putem računala omogućava software PowerLink. Detaljne upute za rad s uređajem Metrel PQA Plus nalaze se u [5]. Postupak mjerenja se sastoji od sljedećeg: Slika 3.5. Shema spoja mjernog kruga a) identificirati sve objekte u laboratoriju prema shemama spoja energetskog i mjernog kruga, b) očitati podatke s natpisne pločice asinkronog motora i tahogeneratora, c) statorske stezaljke asinkronog motora spojiti u odgovarajući spoj (Y ili ), d) prema shemama spojiti energetski i mjerni dio, e) provjeriti ispravnost spoja, f) uz odobrenje asistenta priključiti motor na mrežu, g) obavezno uključiti ventilator sinkronog motora s permanentnim magnetima, h) tijekom zaleta (i reverziranja) snimiti pomoću Metrela PQA Plus napon mreže, linijske struje motora i brzinu vrtnje asinkronog motora za sljedeće slučajeve: - neopterećeni motor, spoj Y (zalet i reverziranje), - neopterećeni motor, spoj (zalet i reverziranje), - neopterećeni motor, preklopka Y / i) snimke prebaciti u računalo, j) dobivene snimke prikazati pomoću računala, k) odrediti i usporediti poteznu struju motora, propad napona mreže te trajanje zaleta i reverziranja za sve navedene slučajeve, l) dati tablični prikaz usporedbe procijenjene vrijednosti potezne struje motora, propad napona mreže i trajanje zaleta i reverziranja sa stvarnima (u apsolutnim i relativnim iznosima), m) napisati izvještaj o ispitivanju. 4. Pitanja za pripremu vježbe a) Koji se problemi mogu javiti tijekom pokretanja asinkronog motora direktnim priključkom na mrežu? b) Na koje se načine može smanjiti potezna struja asinkronog motora? c) Da li asinkroni motor može trajno raditi u spoju zvijezda i pod kojim uvjetima? d) Da li asinkroni motor može trajno raditi u spoju trokut i pod kojim uvjetima? e) Kako se odnose momenti kratkog spoja i struje kratkog spoja za slučaj spoja zvijezda i spoja trokut? f) Objasnite zbog čega se vrši pokretanje zvijezda trokut (Y / ). g) Skicirajte energetski dio sheme spoja za uklapanje asinkronog motora pomoću preklopke Y/ na mrežu. ELEKTROMOTORNI POGONI 1 : Vježba 1 5

6 h) Procijenite i obrazložite procjenu ukupnog vremena zaleta pomoću preklopke Y/. i) Procijenite iznos potezne struje u spoju Y i. Obrazložite procjenu. j) Procijenite iznos poteznog momenta u spoju Y i. Obrazložite procjenu. k) Procijenite propad napona mreže u spoju Y i. Obrazložite procjenu. l) Procijenite iznos vremena zaleta u spoju Y i. Obrazložite procjenu. m) Procijenite iznos momenta inercije asinkronog motora snage 7,5 kw, 2p = 4. Obrazložite procjenu. n) Procijenite vrijeme trajanja zaleta neopterećenog asinkronog motora 75 kw, 2p = 4. Obrazložite procjenu. 5. Literatura [1] Jurković, B.: Elektromotorni pogoni, Školska knjiga, Zagreb, 1978 [2] Wolf, R: Ispitivanje električnih strojeva III, Sveučilište u Zagrebu, 1964 [3] Nurnberg, W: Ispitivanje električnih strojeva, Školska knjiga, Zagreb, 1951 [4] Avčin, Jereb: Ispitivanje električnih strojeva, Tehniška založba Slovenije, Ljubljana, 1968 [5] Upute za mjerenje analizatorom kvalitete električne energije Metrel PQA MI2x92 Plus, dostupno na ELEKTROMOTORNI POGONI 1 : Vježba 1 6