Delete E-lab Metmat 18092008ar

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut

ELEKTRIAJAMITE JA JÕUELEKTROONIKA E-ÕPPELABORI

METOODILISED MATERJALID

Tallinn 2008

2

KOOSTAJAD: R. Jansikene, H. Hõimoja, M. Müür, D. Vinnikov, I. Drovtar, I. Kukk, A. Rosin, O. Ruban, K. Eelma

ELEKTRIAJAMITE JA JÕUELEKTROONIKA E-ÕPPELABORI METOODILISED MATERJALID TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Tallinn, 2008 Koostatud projekti „E-õppelabori välja arendamine elektriajamite ja jõuelektroonika valdkonnas TTÜ-s ning TTÜ Virumaa ja Kuressaare kolledžis“ (IN7003 / 1.0101.06-0439) raames Toetanud SA INNOVE TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Ehitajate tee 5, Tallinn 19086 Telefon 620 3700 Faks 620 3701 http://www.ene.ttu.ee/elektriajamid/

3

SISUKORD

1. SÕLTUMATUD STAATILISED MUUNDURID................. ................................................................... 7

1.1. SISSEJUHATUS.......................................................................................................................................... 7 1.1.1. Katsetuste eesmärk.......................................................................................................................... 7 1.1.2. Ülevaade praktilistest ülesannetest ................................................................................................. 7 1.1.3. Katsestend ....................................................................................................................................... 8 1.1.4. Teoreetilised alused ........................................................................................................................ 9

1.2. ÜHEKVADRANDILINE TALITLUS ............................................................................................................. 13 1.2.1. Muunduri väljundpinge ja -voolu tunnusjooned ........................................................................... 14 1.2.2. Juhtimistunnusjoonte salvestamine ............................................................................................... 20 1.2.3. Vabavoolu elementide talitluse analüüs........................................................................................ 24 1.2.4. Pinge, voolu ja võimsuse alalis- ja vahelduvkomponentide analüüs............................................. 31 1.2.5. Pooljuhtseadiste juhtimise analüüs............................................................................................... 40

1.3. M ITMEKVADRANDILINE TALITLUS ......................................................................................................... 44 1.3.1. Muunduri väljundpinge ja -voolu tunnusjoon ............................................................................... 44 1.3.2. Juhtimistunnusjoonte salvestamine ............................................................................................... 49 1.3.3. Pinge, voolu ja võimsuse alalis- ja vahelduvkomponentide analüüs............................................. 53 1.3.4. Pooljuhtseadiste juhtimise analüüs............................................................................................... 61

1.4. HARMOONILISTE ANALÜÜS (FOURIER’ ANALÜÜS) ................................................................................. 66 1.4.1. Väljundpinge ja väljundvoolu analüüs.......................................................................................... 66 1.4.2. Vahelduvpinge moduleerimine...................................................................................................... 70

1.5. KASUTATUD KIRJANDUS........................................................................................................................ 71

2. KOLMEFAASILISE ASÜNKROONMOOTORI SAGEDUSJUHTIMINE.. ...................................... 72

2.1. SISSEJUHATUS........................................................................................................................................ 72 2.1.1. Ettevalmistav osa .......................................................................................................................... 72 2.1.2. Paigaldamine ja ühendusskeemid ................................................................................................. 73 2.1.3. Vajalikud töövahendid ja komponendid ........................................................................................ 74

2.2. MUUNDURI TALITLUS ............................................................................................................................ 75 2.2.1. Sagedusmuunduri plokkjuhtimine ................................................................................................. 75 2.2.2. Siinuse moduleerimise talitlus....................................................................................................... 77 2.2.3. Sagedusmuunduri talitlus: U/f-tunnusjoon.................................................................................... 77

2.3. SAGEDUSJUHTIMISEGA ASÜNKROONMOOTORI TUNNUSJOONED............................................................. 78 2.3.1. Asünkroonmootori tunnusjooned .................................................................................................. 79

3. SUJUVKÄIVITIGA ELEKTRIAJAM ........................ ............................................................................ 83

3.1. SISSEJUHATUS........................................................................................................................................ 83 3.1.1. Sujuvkäiviti stendi kohtjuhtimine................................................................................................... 85 3.1.2. Sujuvkäiviti stendi kaugjuhtimine.................................................................................................. 85

3.2. SUJUVKÄIVITI SEADISTAMINE – KOHAPEALNE....................................................................................... 89 3.2.1. Töö eesmärk .................................................................................................................................. 89 3.2.2. Töö käik......................................................................................................................................... 89

3.3. ASÜNKROONMOOTORI SIIRDEPROTSESSID SUJUVKÄIVITIGA – VEEBIPÕHINE.......................................... 93 3.3.1. Töö eesmärk .................................................................................................................................. 93 3.3.2. Töö käik......................................................................................................................................... 93 3.3.3. Tulemuste töötlemine..................................................................................................................... 95 3.3.4. Metoodilised juhendid................................................................................................................... 95

4. KAHE SAGEDUSMUUNDURIGA ELEKTRIAJAM ............... ........................................................... 98

4.1. SISSEJUHATUS........................................................................................................................................ 98 4.1.1. Lisaaparatuur.............................................................................................................................. 100 4.1.2. Mootorid...................................................................................................................................... 100 4.1.3. Mootori ülekuumenemiskaitse..................................................................................................... 100 4.1.4. Kohtjuhtimine: graafiline kasutajaliides..................................................................................... 100 4.1.5. Kohtjuhtimine: juhtimisaparatuur kilbi uksel ............................................................................. 103 4.1.6. Kaugjuhtimine............................................................................................................................. 103

4.2. SAGEDUSMUUNDURI HÄÄLESTAMINE – KOHAPEAL.............................................................................. 103 4.2.1. Sissejuhatus................................................................................................................................. 103

4

4.2.2. Kiirhäälestusmenüü..................................................................................................................... 104 4.2.3. Väljundkontaktori aktiveerimine ................................................................................................. 104 4.2.4. Ajami automaathäälestus ............................................................................................................ 104 4.2.5. Juhtimismooduse valik U/f = const ............................................................................................. 104 4.2.6. Inkrementaalanduri defineerimine .............................................................................................. 104 4.2.7. Juhtimissignaalide valik.............................................................................................................. 105 4.2.8. Parameetrikuva häälestamine..................................................................................................... 105 4.2.9. Ajami kontroll tühijooksul........................................................................................................... 105

4.3. SAGEDUSJUHTIMISEGA AJAMI OMADUSED ALL- JA ÜLAPOOL NIMIKIIRUST – VEEBIPÕHINE.................. 106 4.3.1. Eelseaded .................................................................................................................................... 106 4.3.2. Töö käik....................................................................................................................................... 106 4.3.3. Tulemuste töötlus ........................................................................................................................ 106 4.3.4. Metoodilised juhendid................................................................................................................. 106

4.4. K IIRENDUS- JA PIDURDUSKÕVERAD – VEEBIPÕHINE ............................................................................ 107 4.4.1. Eelseaded .................................................................................................................................... 107 4.4.2. Töö käik....................................................................................................................................... 107 4.4.3. Tulemuste töötlus ........................................................................................................................ 107 4.4.4. Metoodilised juhendid................................................................................................................. 107

4.5. AJAMI PIDURDAMINE – VEEBIPÕHINE................................................................................................... 108 4.5.1. Eelseaded .................................................................................................................................... 108 4.5.2. Töö käik....................................................................................................................................... 108 4.5.3. Tulemuste töötlus ........................................................................................................................ 108 4.5.4. Metoodilised juhendid................................................................................................................. 108

4.6. SKALAAR - JA VEKTORJUHTIMISE ERINEVUSED – VEEBIPÕHINE............................................................ 109 4.6.1. Eelseaded .................................................................................................................................... 109 4.6.2. Töö käik....................................................................................................................................... 109 4.6.3. Tulemuste töötlus ........................................................................................................................ 109 4.6.4. Metoodilised juhendid................................................................................................................. 109

5. KOLME SAGEDUSMUUNDURIGA ELEKTRIAJAM.............. ....................................................... 111

5.1. SISSEJUHATUS...................................................................................................................................... 111 5.1.1. Juhtimisobjekt ............................................................................................................................. 111 5.1.2. Mitmemootoriliste ajamisüsteemide juhtimine............................................................................ 111

5.2. ETTEVALMISTUS − KOHAPEAL ............................................................................................................. 113 5.2.1. Sagedusmuunduri V3 seadistamine............................................................................................. 113 5.2.2. Sagedusmuunduri V1 seadistamine............................................................................................. 114 5.2.3. Sagedusmuunduri V2 seadistamine............................................................................................. 115

5.3. KATSE TASAKAALUSTAMATA KOORMUSTEGA − VEEBIPÕHINE............................................................ 116 5.3.1. Töö käik....................................................................................................................................... 116 5.3.2. Tulemuste töötlus ........................................................................................................................ 116 5.3.3. Metoodilised juhendid................................................................................................................. 116

5.4. TASAKAALUSTAMINE LIBISTUSE KOMPENSATSIOONIGA − VEEBIPÕHINE.............................................. 116 5.4.1. Töö käik....................................................................................................................................... 116 5.4.2. Tulemuste töötlus ........................................................................................................................ 116 5.4.3. Metoodilised juhendid................................................................................................................. 116

5.5. TASAKAALUSTAMINE ÜLEM -ALLUV SÜSTEEMIS – VEEBIPÕHINE.......................................................... 117 5.5.1. Töö käik....................................................................................................................................... 117 5.5.2. Tulemuste töötlus ........................................................................................................................ 118 5.5.3. Metoodilised juhendid................................................................................................................. 118

6. SERVOAJAMITE JUHTIMINE............................................................................................................ 120

6.1. EESMÄRGID JA TULEMUSED................................................................................................................. 120 6.2. SERVOAJAMI KOKKUPANEK ................................................................................................................. 120

6.2.1. Tulemus ....................................................................................................................................... 120 6.2.2. Eesmärk....................................................................................................................................... 120 6.2.3. Juhised ........................................................................................................................................ 120

6.3. SERVOAJAMI EELHÄÄLESTUS............................................................................................................... 122 6.3.1. Tulemus ....................................................................................................................................... 122 6.3.2. Eesmärk....................................................................................................................................... 122 6.3.3. Harjutuse sisu.............................................................................................................................. 122

5

6.3.4. Juhised ........................................................................................................................................ 122 6.4. BAASPUNKTI KALIBREERIMINE ............................................................................................................ 127

6.4.1. Tulemus ....................................................................................................................................... 127 6.4.2. Eesmärk....................................................................................................................................... 127 6.4.3. Juhised ........................................................................................................................................ 127

6.5. K IIRUSE REGULEERIMINE..................................................................................................................... 128 6.5.1. Tulemus ....................................................................................................................................... 128 6.5.2. Eesmärk....................................................................................................................................... 128 6.5.3. Juhised ........................................................................................................................................ 128

6.6. ASENDI, KIIRUSE JA KIIRENDUSE REGULEERIMINE............................................................................... 133 6.6.1. Tulemus ....................................................................................................................................... 133 6.6.2. Eesmärk....................................................................................................................................... 133 6.6.3. Harjutuse sisu.............................................................................................................................. 133 6.6.4. Juhised ........................................................................................................................................ 133

6.7. MOMENDI REGULEERIMINE.................................................................................................................. 137 6.7.1. Tulemus ....................................................................................................................................... 137 6.7.2. Eesmärk....................................................................................................................................... 137 6.7.3. Juhised ........................................................................................................................................ 137

7. SAMM-MOOTORITE TÖÖPÕHIMÕTE ........................ .................................................................... 140

7.1. SISSEJUHATUS...................................................................................................................................... 140 7.1.1. Eesmärgid ja tulemused .............................................................................................................. 140 7.1.2. Seadmed ja abimaterjalid............................................................................................................ 140

7.2. SAMM -MOOTORIGA AJAMI KOKKUPANEK ............................................................................................ 141 7.2.1. Tulemus ....................................................................................................................................... 141 7.2.2. Eesmärk....................................................................................................................................... 141 7.2.3. Juhised ........................................................................................................................................ 141

7.3. SAMM -MOOTORIGA AJAMI EELHÄÄLESTUS.......................................................................................... 142 7.3.1. Tulemus ....................................................................................................................................... 142 7.3.2. Eesmärk....................................................................................................................................... 142 7.3.3. Juhised ........................................................................................................................................ 142 7.3.4. WinPISA käivitamine ja projektifaili avamine ............................................................................ 143

7.4. VOOLUPIIRANG SAMM-MOOTORIGA AJAMIS......................................................................................... 147 7.4.1. Tulemus ....................................................................................................................................... 147 7.4.2. Eesmärk....................................................................................................................................... 147 7.4.3. Juhised ........................................................................................................................................ 147 7.4.4. Tulemuste analüüs....................................................................................................................... 150

7.5. BAASPUNKTI KALIBREERIMINE ............................................................................................................ 151 7.5.1. Tulemus ....................................................................................................................................... 151 7.5.2. Eesmärk....................................................................................................................................... 151 7.5.3. Juhised ........................................................................................................................................ 151 7.5.4. Tulemuste analüüs....................................................................................................................... 153

7.6. K IIRUSE REGULEERIMINE..................................................................................................................... 154 7.6.1. Tulemus ....................................................................................................................................... 154 7.6.2. Eesmärk....................................................................................................................................... 154 7.6.3. Juhised ........................................................................................................................................ 154 7.6.4. Tulemuste analüüs....................................................................................................................... 160

7.7. ASENDI REGULEERIMINE...................................................................................................................... 161 7.7.1. Tulemus ....................................................................................................................................... 161 7.7.2. Eesmärk....................................................................................................................................... 161 7.7.3. Juhised ........................................................................................................................................ 161 7.7.4. Tulemuste analüüs....................................................................................................................... 164

7.8. K IIRENDUSKÕVERAD ........................................................................................................................... 165 7.8.1. Tulemus ....................................................................................................................................... 165 7.8.2. Eesmärk....................................................................................................................................... 165 7.8.3. Juhised ........................................................................................................................................ 165 7.8.4. Tulemuste analüüs....................................................................................................................... 168

8. DIOODALALDID..................................................................................................................................... 169

8.1. ELEKTRILISE PÕHIMÕTTESKEEMI KIRJELDUS....................................................................................... 169

6

8.2. ESIPANEEL........................................................................................................................................... 170 8.3. TÖÖTAMISE KORD................................................................................................................................ 170 8.4. MÕÕTERIISTAD JA SEADMED................................................................................................................ 171 8.5. POOLPERIOODALALDI .......................................................................................................................... 173

8.5.1. Eesmärk....................................................................................................................................... 173 8.5.2. Katseseadmed.............................................................................................................................. 174 8.5.3. Ettevalmistav osa ........................................................................................................................ 174 8.5.4. Töö käik....................................................................................................................................... 174 8.5.5. Küsimusi...................................................................................................................................... 175

8.6. ÜHEFAASILINE SILDALALDI ................................................................................................................. 176 8.6.1. Eesmärk....................................................................................................................................... 176 8.6.2. Katseseadmed.............................................................................................................................. 176 8.6.3. Ettevalmistav osa ........................................................................................................................ 176 8.6.4. Töö käik....................................................................................................................................... 176 8.6.5. Küsimusi...................................................................................................................................... 177

8.7. ÜHEFAASILINE KESKVÄLJAVÕTTEGA ALALDI ...................................................................................... 178 8.7.1. Eesmärk....................................................................................................................................... 178 8.7.2. Katseseadmed.............................................................................................................................. 178 8.7.3. Ettevalmistav osa ........................................................................................................................ 178 8.7.4. Töö käik....................................................................................................................................... 178 8.7.5. Küsimusi...................................................................................................................................... 179

8.8. KOLMEFAASILINE SILDALALDI ............................................................................................................. 180 8.8.1. Eesmärk....................................................................................................................................... 180 8.8.2. Katseseadmed.............................................................................................................................. 180 8.8.3. Ettevalmistav osa ........................................................................................................................ 180 8.8.4. Töö käik....................................................................................................................................... 180 8.8.5. Küsimusi...................................................................................................................................... 181

8.9. JUHITAVAD ALADID ............................................................................................................................. 182 8.9.1. Eesmärk....................................................................................................................................... 182 8.9.2. Katseseadmed.............................................................................................................................. 182 8.9.3. Ettevalmistav osa ........................................................................................................................ 182 8.9.4. Töö käik....................................................................................................................................... 182 8.9.5. Küsimusi...................................................................................................................................... 184

8.10. DIOODALALDITE STENDI PÕHIMÕTTESKEEM.................................................................................... 185 8.11. DIOODALALDITE STENDI ESIPANEEL................................................................................................ 186 8.12. K IRJANDUS...................................................................................................................................... 187

7

1. SÕLTUMATUD STAATILISED MUUNDURID

1.1. Sissejuhatus

1.1.1. Katsetuste eesmärk • Tutvuda alalisvoolulüliga muundurite ühe- ja mitmekvadrandilise talitlusega eri liiki

koormuste korral. • Uurida türistoride ja dioodide voolujuhtimistalitluste ja ajaliste nihete tekitamise

põhimõtteid. • Võtta üles ja uurida ajami türistoride lülitusjärjekordi. • Uurida väljundpinge ja -voolu tunnusjooni. • Analüüsida pinge pulsatsiooni eri kvadrantides. • Uurida koormuse induktiivsuse mõju impulsside sagedusele. • Määrata voolude, pingete ja võimsuste alalis- ja vahelduvkomponendid, kasutades

superpositsiooniprintsiipi. • Uurida voolu maksimaalse amplituudväärtuse nihkeid. • Anda üliõpilastele algteadmisi vaheldite ja kolmefaasiliste elektriajamite

talitluspõhimõttest.

1.1.2. Ülevaade praktilistest ülesannetest Ühekvadrandiline talitlus

Alalisvoolulüliga muunduri väljundpinge ja -voolu tunnusjoon • Salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest

aktiivkoormusel • Salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest RL-koormusel

Juhtimistunnusjoon • Salvestada juhtimistunnusjoon madalal impulsside sagedusel aktiiv-

induktiivkoormuse korral • Salvestada juhtimistunnusjoon kõrgel impulsside sagedusel aktiiv-induktiivkoormuse

korral Vabavoolu elementide talitluse analüüs

• Määrata koormuse induktiivsuse mõju muunduri väljundvoolule • Määrata impulsside sageduse mõju muunduri väljundvoolule

Pinge, voolu ja võimsuse alalis- ja vahelduvkomponentide analüüs • Analüüsida pinge ja voolu vahelist sõltuvust • Määrata kujutegur • Koostada võimsuste vektordiagramm

Pooljuhtseadiste juhtimise analüüs • Analüüsida voolu pooljuhtides aktiivkoormuse korral • Analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse korral • Analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse ja impulsside kõrge sageduse

korral Mitmekvadrandiline talitlus

Alalisvoolulüliga muunduri väljundpinge ja -voolu tunnusjoon • Salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest

aktiivkoormusel • Salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest RL-koormusel

• Määrata voolu maksimaalse amplituudväärtuse nihe.

8

Juhtimistunnusjoon • Salvestada juhtimistunnusjoon madalal impulsside sagedusel aktiiv-

induktiivkoormuse korral • Salvestada juhtimistunnusjoon impulsside kõrgel sagedusel aktiiv-induktiivkoormuse

korral Pinge, voolu ja võimsuse alalis- ja vahelduvkomponentide analüüs

• Analüüsida pinge ja voolu vahelist sõltuvust • Määrata kujutegur • Koostada võimsuste vektordiagramm

Pooljuhtseadiste juhtimise analüüs • Analüüsida voolu pooljuhtides aktiivkoormuse korral • Analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse korral • Analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse ja kõrge impulsside sageduse

korral Harmooniliste analüüs (Fourier’ analüüs)

• Analüüsida muunduri väljundpinget ja väljundvoolu • Uurida vahelduvpinge moduleerimist

1.1.3. Katsestend Sõltumatu staatilise muunduri (alalisvoolu vahelüliga muunduri) katsestendi eestvaade on toodud joonisel 1.

Joonis 1. Katsestendi eestvaade

Katsestendi eestvaade kujutab endast suvalise ülesande jaoks vajalike moodulite ja seadmete paigutust, mis võimaldab kasutada lühikesi ühendusjuhtmeid. Tabelis 1 on toodud vajalikud katsemoodulid, tööriistad, ühendusjuhtmed (turvajuhtmed) ja ühendussillad. Praktilistes ülesannetes kasutatakse välist kommutatsioonipinget või juhtimismoodulil paiknevat potentsiomeetrit. Praktiliste ülesannete koostamist lihtsustab eelkõige arvuti kasutamise võimalus.

9

Tabel 1. Lülituse koostamiseks vajalikud töövahendid ja komponendid Kogus, tk Kirjeldus Kood

1 Universaalne juhtimismoodul (digitaalne) SO3636-1A 1 Kuue IGBT-transistoriga voolumuundur SO3636-1R

1 Kuue IGBT-transistoriga voolumuunduri esipaneeli kattemask SO3636-1S

1 RLC-koormus SO3636-2A 1 Nelja kanaliga diferentsiaalvõimendi SO3636-2V 1 Alalispinge toiteplokk SO3538-8D 1 Kolmefaasiline eraldustrafo SO3636-2G 1 Laia skaalaga efektiivväärtuse mõõteriist SO5127-1L 1 Laia skaalaga vattmeeter SO5157-1R 1 Klaviatuur LM8921 1 Digitaalostsilloskoop koos testjuhtmetega LM6205

25 Ohutud ühenduspistikud 19/4 mm, valged SO5126-9X 15 Ohutud ühenduspistikud 19/4 mm, valged, keermestatud SO126-9Z 10 Ohutud ühendusjuhtmed, 4 mm, pikkus 25 cm, valged SO5126-8F 2 Ohutud ühendusjuhtmed, 4 mm, pikkus 50 cm, valged SO5126-8Q 4 Ohutud ühendusjuhtmed, 4 mm, pikkus 100 cm, sinised SO5126-9A 4 Ohutud ühendusjuhtmed, 4 mm, pikkus 100 cm, punased SO5126-8U

1 Moodulite paigaldamise alus (kahe korrusega) 1460×740 mm

ST7003-1S

2 Testjuhtmed, BNC/BNC LM9034 Täiendavalt vajalikud komponendid

• üks tarkvarapakett, SO6006-1A • jõuelektroonika juhtmoodul (SO3636-1A) • üks jadaliidese kaabel LM9040 • üks võimendi ühendusjuhe LM6119 • üks tarkvarapakett PWM TRAIN SO6006-E

Kolmanda peatüki ülesannete (Fourier’ analüüs) lahendamiseks läheb vaja üht tarkvarapaketti SO6006-H.

1.1.4. Teoreetilised alused Sõltumatuid staatilisi muundureid kasutatakse alalisvoolu kommutaatoriga (DC-choppers) ja alalisvoolu vahelüliga muunduritena. Muundurite sagedased rakendused on alalis- ja kolmefaasiliste vahelduvvooluajamite avariitoiteallikad (katkematu toite allikad, UPS). Sõltumatutes muundurites kasutatakse lülititena transistore ja türistore, kuna need pooljuhtseadised võivad hetkeliselt sisse ja välja lülituda. Seetõttu on pulseeriva alalispinge korral pinge keskväärtus Uav2 koormusel sujuvalt reguleeritav (joonis 2).

Joonis 2. Muunduri väljundpinge ja vool aktiiv-induktiivkoormusel

Muunduri jõuahela koostamiseks kasutatavad pooljuhtseadised:

10

• väljatransistorid (MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) • isoleeritud paisuga bipolaartransistorid (IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistors) • suletavad türistorid (GTO, Gate Turn Off Thyristors) • jõudioodid

Põhilised sõltumatud muundurid on alaldid, vaheldid ning alalis- ja vahelduvpingemuundurid. Sõltumatute muundurite tüübid on toodud joonisel 3.

Joonis 3. Staatiliste muundurite tüübid

Sõltumatutes muundurites toimub alalis- ja vahelduvvooluahela (või kolmefaasilise) vaheline vaheline energiaülekanne (vt joonis 3). Käesolevas juhendis uuritakse alalisvoolulüliga muunduri skeeme. Tüüpiline ühekvadrandiline alalisvoolulüli koosneb ühest IGBT-transistorist (joonis 4), neljakvadrandiline neljast transistorist (joonis 5). Need moodustavad juhitava alalisvooluajami jõuahela ja täidavad alalisvoolumuunduri ülesannet, s.t muudavad konstantse alalispinge (toitepinge) reguleeritavaks alalispingeks.

Joonis 4. Ühekvadrandiline alalisvoolulüli (üks IGBT-transistor)

Alalispinge reguleerimiseks peamiselt kasutatavad meetodid:

• pulsilaiusmodulatsioon (periood T = const., pulsi laius TE = var.) • pulsisagedusmodulatsioon (pulsi laius TE = const., sagedus või periood T = var. • mitmekvadrandiline juhtimine (muutub voolude ja pingete suund)

11

Joonis 5. Mitmekvadrandiline alalisvoolulüli (neli IGBT-transistori)

Ajakohaseid sõltumatuid vaheldeid juhitakse tavaliselt pulsilaiusmodulatsiooni (PWM, Pulse-Width Modulation) põhimõttel, kuna eri laiusega impulsse on suhteliselt lihtne tekitada. Pinge kuju koormusel vastab joonisele 2 ja ühekvadrandilise talitluse puhul määrtakse see avaldisega

UTfUT

TU Ep

Eav ⋅⋅=⋅=2 (1)

ning mitmekvadrandilise talitluse puhul avaldisega

( ) .12122 UTfUT

TU Ep

Eav ⋅−⋅=⋅

−= (2)

Suhe T

TE on suhteline lülituskestus, mille väärtus muutub nullist üheni ja tavaliselt antakse

see suurus protsentides.

RL-koormuse korral vool kasvab ja kahaneb eksponentsiaalselt. Piisavalt silutud voolu või impulsside kõrge sageduse puhul on vool kolmnurkse kujuga (joonis 2). Kahe asendiga vooljuhtimisel arvutatakse voolu muutus ∆i valemiga

,122

−=∆T

TT

L

Ui E

Eα (3)

kus α = 0,5 ühekvadrandilisel talitlusel ja α = 1 mitmekvadrandilisel talitlusel. Nelja IGBT-transistoriga skeem (joonis 5) võimaldab muuta pingete ja voolude suunda, s.t energiavoog on kahesuunaline. Koormuses tarbitav võimsus, eeldusel et lülituses puuduvad energiakaod, avaldub ühekvadrandilise talitluse puhul valemiga

T

TIUP E

av ⋅⋅= 2 (4)

ja neljakvadrandilise talitluse puhul valemiga

).12(2 −⋅=T

TIUP E

av (5)

Joonisel 5 näidatud sõltumatu muunduri lülitus võimaldab lisaks alalisvoolu muundamisele ka vahelditalitlust. Uurides nelja IGBT-transistoriga muunduri talitlust aktiiv-induktiivkoormusega selgub sarnasus kuue IGBT-transistoriga kolmefaasilise muunduriga. See asjaolu on väga tähtis, kuna energiat võib tarbida toitevõrgust või anda koormuse energia tagasi võrku (energiavoo suunda saab muuta).

12

Alltoodud staatilise muunduri talitlusviisid on praktikas suure tähtsusega ning nende tunnusjooni saab IGBT-transistore ja jõudioode kasutades põhjalikult uurida. Ühekvadrandiline talitlus aktiiv-induktiivkoormusega

Ühekvadrandilise muunduri jõuahel on esitatud joonisel 6.

Joonis 6. Ühekvadrandiline talitlus (aktiiv-induktiivkoormusega)

Esimeses kvadrandis võimaldab muundur võrgust energiat tarbida, kui pinge ja voolu suund on positiivne läbi avatud transistori V1. Suletud transistori korral läbib vool dioodi D2 (vabavooludiood). Mitmekvadrandiline talitlus aktiiv-induktiivkoormusega

Positiivse võimsuse puhul esimeses kvadrandis juhivad transistorid V1 ja V4 (joonis 7). Transistoride V2 ja V3 abil on alati võimalik muuta pinge ja voolu suunda. Energiavoo suunda pole aga võimalik muuta, kuna nii pinge kui vool on vastassuunalised (vastasmärgilised) ning seetõttu jääb võimsus ikkagi positiivseks. Esimeses kvadrandis tagatakse vabavool transistori V1, dioodi D3 ja transistori V4, dioodi D2 kaudu ning kolmandas kvadrandis V3, D1 ja V2, D4 kaudu. Juhul kui koormus sisaldab energiaallikat (aku, pidurduv mootor), siis osutub võimalikuks muuta voolu suunda, s.t vool läbib dioode D1, D4 (teine kvadrant) või D2, D3 (neljas kvadrant), järelikult tagastatakse energia võrku. Madalal pingel on võimalik energiat alati võrku tagastada, kui drossel (induktiivpool) toimib energiasalvestina. Juhtimise suuna muutmisega (V1, D3 või V2, D4) tagastub energia toitevõrku läbi dioodide D1 ja D4, kusjuures drossel toimib samuti energiasalvestina. Neljandas kvadrandis tagastatakse energia võrku juhtimise suuna muutmise korral alati läbi dioodide D3 ja D2. Märkus: Pulsilaiusmodulatsiooniga juhitava alalisvoolumuunduri talitlust uuritakse ja analüüsitakse praktiliste ülesannete toel, kasutades tarkvarapaketti PWM-TRAIN.

13

Joonis 7. Neljakvadrandiline talitlus (aktiiv-induktiivkoormus)

1.2. Ühekvadrandiline talitlus

Sissejuhatus

Pulsilaiusmodulatsiooniga alalisvoolumuundurit kasutatakse konstantse alalispinge muutmiseks. Alalispinge muutmiseks kitsas vahemikus (nullist toitepingeni), juhul kui voolu suuna muutmist ei nõuta, kasutatakse ühekvadrandilist (ühe IGBT-transistoriga) muundurit. Selle muunduri puhul pole võimalik energiat toitevõrku tagastada. Individuaalülesanded

Muunduri väljundpinge ja voolu tunnusjoon

• salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest aktiivkoormusel • salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest RL-koormusel

Juhtimistunnusjoonte salvestamine

• salvestada juhtimistunnusjoon madalal impulsside sagedusel aktiiv-induktiivkoormuse korral

• salvestada juhtimistunnusjoon kõrgel impulsside sagedusel aktiiv-induktiivkoormuse korral

Vabavoolu elementide talitluse analüüs

• määrata koormuse induktiivsuse mõju muunduri väljundvoolule • määrata impulsside sageduse mõju muunduri väljundvoolule

Pinge, voolu ja võimsuse alalis- ja vahelduvkomponentide analüüs

14

• analüüsida pinge ja voolu vahelist sõltuvust • määrata kujutegur • koostada võimsuste vektordiagramm

Pooljuhtseadiste juhtimise analüüs

• analüüsida voolu pooljuhtides aktiivkoormuse korral • analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse korral • analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse ja kõrge impulsside sageduse

korral

1.2.1. Muunduri väljundpinge ja -voolu tunnusjooned

Katsetuste eesmärk

Nende ülesannete lahendamiseks peavad üliõpilased: • olema tutvunud ühekvadrandilise alalispingemuunduri talitlusega mitut liiki koormuste

puhul • mõistma, et muunduri väljundpinge keskväärtus on sujuvalt muudetav • hindama drosseli voolu siluvaid omadusi

Praktilised ülesanded

• salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest aktiivkoormusel • salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest RL-koormusel

Töö käik

Koostada katselülitus vastavalt joonisele 13. Ühendada muunduri väljundisse aktiivkoormus takistusega R = 810 Ω. Lülitada sisse eraldustrafo. Seadistada universaalne juhtimismoodul RS 232 ja ühendada muundur arvutiga (pulsilaiusmodulatsioon, kandevsagedus 112 Hz). Vaadeldaval juhul talitleb pulsilaiusmodulaator madalal sagedusel 112 Hz (Low Frequency).

Märkus: Kasutada alljärgnevas tabelis toodud sätteid.

Väljundpinge (A) 400 V Väljundvool (D) 2,5 A Šunt 1 8 Ω Šunt 2 1,5 Ω

Klaviatuuri ekraanil kuvatakse nüüd lühend PC. Enne mõõtmisi tuleb protsess arvutiga kalibreerida (Offset).

Märkus

Ülesandeid saab lahendada ka ilma arvutit (PC) kasutamata, kui valida juhtimismoodus PWM CONTROL LF (või HF). Selles talitluses pole võimalik kuvada pingete, voolude, võimsuste jt muutujate kesk- ja efektiivväärtusi.

Pingete ja voolude diagrammide kuvamiseks tuleb ostsilloskoop seadistada järgmiselt: CH1: 1 V/div, CH2: 0,2 V/div, Timebase (ajamõõtkava): 1 ms/div, Trigger: HF.

Valida diferentsiaalvõimendi kipplülitite abil alljärgnevad muutujad. Lüliti asend Muutuja Piirkond

A Väljundpinge 400 V B C D Väljundvool 2,5 A

Salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest aktiivkoormusel.

15

Kuvada alljärgnevad muutujad sõltuvatena suhtelistest lülituskestustest 25%, 50% ja 75%: väljundpinge, väljundvool, väljundpinge keskväärtus ja väljundvoolu keskväärtus. Funktsioonide teljestikud suhteliste lülituskestuste korral on toodud joonistel 8...10.

Joonis 8. Pingete ja voolude diagrammid suhtelise lülituskestuse 25% korral



Analüüsida väljundpinge U2 ja väljundvoolu I2 kuju erinevate suhteliste lülituskestuste korral.

16

.................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Arvutada alalispingete keskväärtused Uav2 erinevate suhteliste lülituskestuste korral ja võrrelda saadud tulemusi mõõtetulemustega. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest RL-koormusel.

Koostada katselülitus vastavalt joonisele 14. Korrata ülesannet 1.1 tingimusel, et muunduri väljundisse on lülitatud aktiiv-induktiivkoormus, R = 810 Ω ja L = 1,2 H, suhteline lülituskestus 50%. Kasutada kandevsagedusi 112 Hz ja 1800 Hz. Funktsioonide teljestikud on toodud joonistel 11...12.

Joonis 11. Pingete ja voolude diagrammid aktiiv-induktiivkoormuse korral (R = 810 Ω ja L = 1,2 H, kandevsagedus 112 Hz, suhteline lülitussagedus 50%)

Joonis 12. Pingete ja voolude diagrammid aktiiv-induktiivkoormuse korral (R = 810 Ω ja L =

1,2 H, kandevsagedus 1800 Hz, suhteline lülitussagedus 50%)

17

Märkus: Mõlema diagrammi üheaegseks kuvamiseks ostsilloskoobi ekraanil vali ajamõõtkava Time: 0,2 ms/div.

Analüüsida väljundpinge U2 ja väljundvoolu I2 kuju. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Millist mõju avaldab kandevsagedus pingele ja voolule? .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Arvutada alalisvoolu keskväärtus Iav2 ja võrrelda saadud tulemust mõõtetulemustega. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Arvutada alalispinge keskväärtus Uav2 ja võrrelda saadud tulemust mõõtetulemustega. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

18

Ühendusskeem 1

Joonisel 13 toodud ühendusskeem 1 on mõeldud muunduri voolude ja pingete diagrammide salvestamiseks aktiivkoormusel.

Joonis 13. Ühendusskeem muunduri talitluseks aktiivkoormusega

19

Ühendusskeem 2

Joonisel 14 toodud ühendusskeem 2 on mõeldud muunduri voolude ja pingete diagrammide salvestamiseks RL-koormusel.

Joonis 14. Ühendusskeem muunduri talitluseks RL-koormusega

20

1.2.2. Juhtimistunnusjoonte salvestamine Katsetuste eesmärk

Nende ülesannete lahendamiseks peavad üliõpilased:

• teadma, et alalispinge keskväärtust saab sujuvalt muuta suhtelise lülituskestuse muutmisega

• arvestama lineaarset sõltuvust väljundpinge ja suhtelise lülituskestuse vahel • teadma, et koormuse iseloom ja impulsside sagedus (modulatsiooni kandevsagedus)

ei mõjuta juhtimistunnusjoont Praktilised ülesanded



Töö käik

Koostada katselülitus vastavalt joonisele 17 Ühendada muunduri väljundisse aktiiv-induktiivkoormus takistusega R = 810 Ω ja induktiivsusega L = 1,2 H. Lülitada sisse eraldustrafo. Seadistada universaalne juhtimismoodul RS 232 ja ühendada muundur arvutiga (pulsilaiusmodulatsioon, kandevsagedus 112 Hz).

Vaadeldaval juhul talitleb pulsilaiusmodulaator madalal sagedusel 112 Hz (Low Frequency).




Märkus



Valida alljärgnevad muutujad diferentsiaalvõimendi kipplülitite abil. Lüliti asend Muutuja Piirkond


21

Märkus Automaatmõõtmiste korrektsuse tagab pulsilaiusmodulatsiooni juhtprogrammi lisatud 1000 ms ooteaeg. Suhtelist lülituskestust reguleeritakse sammuga 2%. Mitme pinge üheaegne kuvamine ostsilloskoobi ekraanil aitab nõutud tunnusjoontest paremini aru saada.

Salvestada juhtimistunnusjoon madalal impulsside sagedusel aktiiv-induktiivkoormuse korral.

Salvestada juhtimistunnusjoon (väljundpinge keskväärtus funktsioonina suhtelisest lülituskestusest) aktiiv-induktiivkoormuse korral ja impulsside sagedusel 112 Hz (joonis 15).

Joonis 15. Ühekvadrandilise muunduri juhtimistunnusjoon aktiiv-induktiivkoormusel (R = 810 Ω, L = 1,2 H, impulsside sagedus 112 Hz)

Mida võib öelda reguleerimisulatuse kohta? .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Kirjutage ühekvadrandilise muunduri juhtimistunnusjoone matemaatiline avaldis. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

22

Salvestada juhtimistunnusjoon kõrgel impulsside sagedusel aktiiv-induktiivkoormuse korral.

Salvestada juhtimistunnusjoon (väljundpinge keskväärtus funktsioonina suhtelisest lülituskestusest) aktiiv-induktiivkoormuse korral ja impulsside sagedusel 1800 Hz (joonis 16).

Joonis 16. Ühekvadrandilise muunduri juhtimistunnusjoon aktiiv-induktiivkoormusel (R = 810

Ω, L = 1,2 H, impulsside sagedus 1800 Hz)

Mida võib öelda reguleerimisulatuse kohta? .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Kirjutage ühekvadrandilise muunduri juhtimistunnusjoone matemaatiline avaldis. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Võrrelge salvestatud tunnusjooni ja andke tulemustele kriitiline hinnang. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

23

Ühendusskeem

Joonisel 17 toodud ühendusskeem on mõeldud muunduri juhtimistunnusjoonte salvestamiseks RL-koormusel.

Joonis 17. Ühendusskeem muunduri juhtimistunnusjoonte salvestamiseks

24

1.2.3. Vabavoolu elementide talitluse analüüs

Katsetuste eesmärk


• teadma, et drossel talitleb vabavoolu elemendina • hindama drosseli omadust tekitada faasinihet pinge ja voolu vahel ning drosseli

pinget ja voolu siluvat toimet • teadma, et kõrgematel sagedustel võib kasutada väiksema induktiivsusega drosselit


• määrata väljundvoolu sõltuvus koormuse induktiivsusest • määrata väljundvoolu sõltuvus impulsside sagedusest

Töö käik

Koostada katselülitus vastavalt joonisele 4.2. Ühendada muunduri väljundisse aktiiv-induktiivkoormus takistusega R = 810 Ω ja induktiivsusega L = 0,3 H. Lülitada sisse eraldustrafo. Seadistada universaalne juhtimismoodul RS 232 ja ühendada muundur arvutiga (pulsilaiusmodulatsioon, kandevsagedus 112 Hz).





Märkus





Määrata väljundvoolu sõltuvus koormuse induktiivsusest.

Kuvada väljundpingete ja väljundvoolude keskväärtused järgmiste parameetrite puhul: suhteline lülituskestus 50%, impulsside sagedus f = 112 Hz, R = 810 Ω, L = 0,3 H (joonis 18).

25

Joonis 18. Pinge ja voolu vahelise faasinihke mõõtmine (f = 112 Hz, R = 810 Ω, L = 0,3 H)

Analüüsida voolu kuju .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

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

Millise aja vältel saavutab vool maksimaalväärtuse? .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................... Võrrelda mõõtetulemusi arvutuslikega. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

26

Määrata pinge ja voolu vaheline faasinihe. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Kontrollida eelnevat tulemust arvutuslikult. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

Korrata katset induktiivsusega L = 1,2 H (joonis 19).


Analüüsida voolu kuju. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

Miks ei saavuta vool maksimaalset püsiväärtust? .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

27

Võrrelda mõõtetulemusi arvutuslikega. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Määrata pinge ja voolu vaheline faasinihe. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Võrrelda voolude Iav2 keskväärtusi. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

Määrata väljundvoolu sõltuvus impulsside sagedusest.

Kuvada väljundpingete ja väljundvoolude keskväärtused järgmiste parameetrite puhul: suhteline lülituskestus 50%, impulsside sagedus f = 1800 Hz, R = 810 Ω, L = 0,3 H (joonis 20).


Analüüsida voolu kuju. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

28

Millise aja vältel saavutab vool maksimaalväärtuse? .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

Võrrelda mõõtetulemusi arvutuslikega.

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

Määrata pinge ja voolu vaheline faasinihe.

.................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Kontrollida eelnevat tulemust arvutuslikult. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

Korrata katset induktiivsusega L = 1,2 H (joonis 21).


29

Analüüsida voolu kuju. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

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

Määrata pinge ja voolu vaheline faasinihe. Mida võib täheldada?

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

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

Kontrollida eelnevat tulemust arvutuslikult.

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

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

30

Ühendusskeem Koostada katselülitus vastavalt joonisel 22 toodud ühendusskeemile.

Joonis 22. Ühendusskeem induktiivsuse ja impulsside sageduse mõju uurimiseks muunduri talitlusele

31

1.2.4. Pinge, voolu ja võimsuse alalis- ja vahelduvkomponentide analüüs

Katsetuste eesmärk

Ülesannete lahendamiseks peavad üliõpilased olema tutvunud alalis- ja vahelduvkomponentide superpositsiooniprintsiibiga. Käesolevad katsed panevad aluse kolmefaasiliste vaheldite talitluse tundmaõppimisele. Praktilised ülesanded

• analüüsida pinge ja voolu kuju • määrata kujutegur • koostada võimsuste vektordiagramm

Töö käik

Koostada katselülitus vastavalt joonisele 32. Ühendada muunduri väljundisse aktiivkoormus takistusega R = 810 Ω. Lülitada sisse eraldustrafo. Seadistada universaalne juhtimismoodul RS 232 ja ühendada muundur arvutiga (pulsilaiusmodulatsioon, kandevsagedus 112 Hz).





Märkus Ülesandeid saab lahendada ka ilma arvutit (PC) kasutamata, kui valida juhtimismoodus PWM CONTROL LF (või HF). Selles talitluses pole võimalik kuvada pingete, voolude, võimsuste jt muutujate kesk- ja efektiivväärtusi.




Analüüsida pinge ja voolu kuju. Mõõta järgmised muutujad funktsioonina suhtelisest lülituskestusest aktiivkoormuse korral:

• alalispinge keskväärtus, Uav2 • alalispinge vahelduvkomponent, Uac2 • alalis-väljundpinge, U2 • alalisvoolu keskväärtus, Iav2 • alalis-väljundvool, I2 • alalisvoolu vahelduvkomponent, Iac2

Märkus: Automaatmõõtmiste korrektsuse tagab pulsilaiusmodulatsiooni juhtprogrammi lisatud 1000 ms ooteaeg. Suhtelist lülituskestust reguleeritakse sammuga 2%.

32

Pinge ja voolu alalis- ja vahelduvkomponentide teljestik on esitatud joonisel 23.

Joonis 23. Alalis- ja vahelduvkomponendid (R = 810 Ω, f = 112 Hz)

Analüüsida ja selgitada pingete ja voolude sõltuvust suhtelisest lülituskestusest.

• Alalispingete ja -voolude keskväärtused .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... • Alalispinge ja -voolu vahelduvkomponendid Uac2, Iac2. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

Määrata kujutegur. Mõõta järgmised muutujad funktsioonina suhtelisest lülituskestusest aktiivkoormuse korral:

• kujutegur, Fi • alalisvoolu keskväärtus, Iac2 • alalis-väljundvool, I2

Automaatmõõtmiste korrektsuse tagab pulsilaiusmodulatsiooni juhtprogrammi lisatud 1000 ms ooteaeg. Suhtelist lülituskestust reguleeritakse sammuga 2%.

33

Pinge ja voolu alalis- ja vahelduvkomponentide ning kujuteguri teljestik on näidatud joonisel 24.

Joonis 24. Kujutegur, alalis- ja vahelduvkomponendid (R = 810 Ω, f = 112 Hz)

Hinda tulemusi.

Juhul kui TE/T = 0 ning juhul kui TE/T = 1 .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

Joonistada võimsuste vektordiagramm.

Mõõta aktiivvõimsuse alaliskomponendid Pdc2 ja vahelduvkomponendid Pac2. Mõõtmistel kasutada vektordiagrammi moodust (View/Vector diagram) ning järgnevat koormust ja juhtimisparameetreid: R = 810 Ω, f = 112 Hz, suhteline lülituskestus TE/T = 0,5 (joonis 25).

Joonis 25. Võimsuste vektordiagramm (R = 810 Ω, f = 112 Hz, TE/T = 0,5)

34

Arvutada alalis- ja vahelduvkomponendid ning võrrelda saadud tulemusi mõõtmistulemustega. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Arvutada võimsuste alaliskomponendid Pdc2 ja vahelduvkomponendid Pac2 ning võrrelda tulemusi. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

Arvutada väljund-aktiivvõimsus suhtelise lülituskestuse 50% korral ja võrrelda tulemust mõõtetulemusega. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

Joonistada võimsuse alaliskomponentide Pdc2 vektordiagramm (joonis 26).

Joonis 26. Alaliskomponentide vektordiagramm (R = 810 Ω, f = 112 Hz, TE/T = 0,5)

Märkus: Programmis märkida ära vektordiagrammi suvandite all (Chart>Properties) „Normalize Powers on Pdc“.

35

Arvutada aktiivvõimsuse alalis- ja vahelduvkomponendid ning võrrelda neid mõõtetulemustega. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Arvutada võimsuse komponendid Pdc2 ja Pac2 suhtelise lülituskestuse 50% korral ja võrrelda tulemust mõõtetulemustega. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

Arvutada väljund-aktiivvõimsus suhtelise lülituskestuse 50% korral ja võrrelda tulemust mõõtetulemusega.

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

Joonistada aktiivvõimsuse alaliskomponendi Pdc2 vektordiagramm (joonis 27).

Joonis 27. Võimsuse vektorid (R = 810 Ω, f = 112 Hz, TE/T = 0,5)

36

Millised on järeldused? .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Mõõta aktiivvõimsus P2 alalis- ja vahelduvkomponentide Pdc2 ja Pac2 kaudu funktsioonina suhtelisest lülituskestusest.

Mõõtmised teha järgmisel koormusel (Setting/View characteristic): R = 810 Ω, f = 112 Hz. Automaatmõõtmiste korrektsuse tagab pulsilaiusmodulatsiooni juhtprogrammi lisatud 1000 ms ooteaeg. Suhtelist lülituskestust reguleeritakse sammuga 2%. Võimsuse komponentide teljestik funktsioonina suhtelisest lülituskestusest on toodud joonisel 28.

Joonis 28. Võimsuse komponendid funktsioonina suhtelisest lülituskestusest (R = 810 Ω, f = 112 Hz)

Hinda tulemusi.

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

Mõõta aktiivvõimsus P2 alalis- ja vahelduvkomponentide Pdc2 ja Pac2 kaudu, näivvõimsus S2 ja reaktiivvõimsus funktsioonina suhtelisest lülituskestusest aktiiv-induktiivkoormuse korral.

Mõõtmised teha järgmisel koormusel (Setting/View characteristic): R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz. Automaatmõõtmiste korrektsuse tagab pulsilaiusmodulatsiooni juhtprogrammi lisatud 1000 ms ooteaeg. Suhtelist lülituskestust reguleeritakse sammuga 2%. Võimsuste komponentide teljestik funktsioonina suhtelisest lülituskestusest on toodud joonisel 29.

37

Joonis 29. Võimsuste komponendid funktsioonina suhtelisest lülituskestusest (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz)

Kommenteerida. Mida märkate? .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

Kontrollida tulemusi vektordiagrammi koostamisega.

Joonistada vektordiagramm, kui kasutatakse pulsilaiusmodulatsiooni suhtelise lülituskestusega 50% ja väljundisse on lülitatud aktiiv-induktiivkoormus (joonis 30).

Joonis 30. Võimsuste vektorid (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz)

38

Joonistada aktiivvõimsuse alaliskomponentide Pdc2 vektordiagramm (joonis 31).

Joonis 31. Võimsuse vektorid (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz, TE/T = 0,5)

Märkus: Programmis märkida ära vektordiagrammi suvandite all (Chart>Properties>Normalize Powers on Pdc).

Millised on järeldused?

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

39

Ühendusskeem

Koostada katselülitus vastavalt joonisele 32.

Joonis 32. Ühendusskeem võimsuste alalis- ja vahelduvkomponentide uurimiseks

40

1.2.5. Pooljuhtseadiste juhtimise analüüs

Katsetuste eesmärk


• tundma pooljuhtide lülitusjärjekorda ning juhtimist eraldi igas faasis • analüüsima türistoride ja transistoride tööd voolu reguleerimisel ning ajalisi nihkeid • hindama koormuse induktiivsuse ja impulsside sageduse mõju reguleerimisele


• analüüsida voolu pooljuhtides aktiivkoormuse korral • analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse korral • analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse ja kõrge impulsside sageduse

korral

Töö käik

Koostada katselülitus vastavalt joonisele 36. Ühendada muunduri väljundisse aktiivkoormus takistusega R = 810 Ω. Lülitada sisse eraldustrafo. Seadistada universaalne juhtimismoodul RS 232 ja ühendada muundur läbi kontrolleri (PWM-TRAIN settings, frequency 112 Hz, single quadrant operation duty cycle 50%).




Koormusahela jaoks võtta säte Single-quadrant operation and RL-load.






Analüüsida voolu pooljuhtides aktiivkoormuse korral.

Lülitada muunduri väljundisse aktiivkoormus R = 810 Ω, impulsside sagedus f = 112 Hz ja suhteline lülituskestus 50% ning salvestada pingete ja voolude diagrammid (joonis 33).

41

Joonis 33. Pingete ja voolude diagrammid (R = 810 Ω, f = 112 Hz, suhteline lülituskestus 50%)

Analüüsida IGBT-transistori (V1) ja dioodi (V2) talitlust voolu juhtimisel.

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

Analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse korral.

Lülitada muunduri väljundisse aktiiv-induktiivkoormus R = 810 Ω, L = 1,2 H, impulsside sagedus f = 112 Hz ja suhteline lülituskestus 50% ning salvestada pingete ja voolude diagrammid (joonis 34).

Joonis 34. Pingete ja voolude diagrammid (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz, suhteline lülituskestus 50%)

42


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

Analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse ja kõrge impulsside sageduse korral.

Lülitada muunduri väljundisse aktiiv-induktiivkoormus R = 810 Ω, L = 1,2 H, impulsside sagedus f = 1800 Hz ja suhteline lülituskestus 50% ning salvestada pingete ja voolude diagrammid (joonis 35).

Joonis 35. Pingete ja voolude diagrammid (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 1800 Hz, suhteline lülituskestus 50%)


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

43

Ühendusskeem


Joonis 36. Ühendusskeem pooljuhtseadiste juhtimise uurimiseks

44

1.3. Mitmekvadrandiline talitlus

Sissejuhatus

Mitmekvadrandilise talitluse teeb võimalikuks nelja pooljuhi ühendamine sildlülitusse (joonised 4 ja 5). See lülitus võimaldab ka voolude ja pingete suunda üheaegselt muuta. Seega saab tekitada positiivset ja negatiivset pinget aktiiv-induktiivkoormuse korral. Energiat saab toitevõrku tagastada vaid juhul, kui koormus sisaldab energiaallikat.


Muunduri väljundpinge ja -voolu tunnusjoon • salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest aktiiv-

induktiivkoormusel • salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest RL-koormusel

ning negatiivse pinge korral • määrata voolu ja pinge vaheline faasinihe

Juhtimistunnusjoonte salvestamine • salvestada juhtimistunnusjoon madalal impulsside sagedusel aktiiv-induktiivkoormuse

korral • salvestada juhtimistunnusjoon kõrgel impulsside sagedusel aktiiv-induktiivkoormuse

korral Pinge, voolu ja võimsuse alalis- ja vahelduvkomponentide analüüs

• analüüsida pinge ja voolu vahelist sõltuvust • määrata kujutegur • koostada võimsuste vektordiagramm

Pooljuhtseadiste juhtimise analüüs • analüüsida voolu pooljuhtides aktiivkoormuse korral • analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse korral • analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse ja kõrge impulsside sageduse

korral

1.3.1. Muunduri väljundpinge ja -voolu tunnusjoon

Katsetuste eesmärk

Nende ülesannete lahendamiseks peavad üliõpilased: • olema tutvunud mitmekvadrandilise alalispingemuunduri talitlusega mitut liiki

koormuste puhul • ära tundma, et muunduri väljundpinge keskväärtus ning ka polaarsus on sujuvalt

muudetavad • hindama drosseli voolu siluvaid omadusi • hindama impulsside sageduse mõju pinge ja voolu vahelisele faasinihkele • tundma voolude, pingete ning võimsuste alalis- ja vahelduvkomponentide

superpositsiooniprintsiipi


• salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest aktiiv-induktiivkoormusel

• salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest RL-koormusel ning negatiivse pinge korral

Töö käik

Koostada katselülitus vastavalt joonisele 39. Ühendada ühekvadrandilise muunduri väljundisse aktiiv-induktiivkoormus takistusega R = 810 Ω ja induktiivsusega L = 0,3 H.

45

Lülitada sisse eraldustrafo. Seadistada universaalne juhtimismoodul RS 232 ja ühendada muundur arvutiga (pulsilaiusmodulatsioon, sagedus 112 Hz).





Märkus



Valida alljärgnevad muutujad diferentsiaalvõimendi kipplülitite abil Lüliti asend Muutuja Piirkond


Salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest aktiiv-induktiivkoormusel. Kuvada järgmised muutujad funktsioonina suhtelisest lülituskestusest 75% aktiiv-induktiivkoormuse korral (R = 810 Ω, L = 0,3 H, f = 112 Hz):

• väljundpinge, U2 • väljundvool, I2 • väljundpinge keskväärtus, Uav2 • väljundvoolu keskväärtus, Iav2

Funktsioonide teljestik neljakvadrandilise talitluse korral on toodud joonisel 37.

Joonis 37. Voolude ja pingete diagrammid neljakvadrandilise talitluse korral (R = 810 Ω, L = 0,3 H, f = 112 Hz, suhteline lülituskestus 75%)

46

Analüüsida väljundpinge U2 ja väljundvoolu I2 kuju.

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

Salvestada väljundpinge ja -voolu sõltuvus suhtelisest lülituskestusest RL-koormusel ning negatiivse pinge korral.

Kuvada järgmised muutujad funktsioonina suhtelisest lülituskestusest 25% aktiiv-induktiivkoormuse korral (R = 810 Ω, L = 0,3 H, f = 112 Hz):

• väljundpinge, U2 • väljundvool, I2 • väljundpinge keskväärtus, Uav2 • väljundvoolu keskväärtus, Iav2

Funktsioonide teljestik neljakvadrandilise talitluse korral on toodud joonisel 38.

Joonis 38. Voolude ja pingete diagrammid neljakvadrandilise talitluse korral (R = 810 Ω, L = 0,3 H, f = 112 Hz, suhteline lülituskestus 25%)

Analüüsida väljundpinge U2 ja väljundvoolu I2 kuju.

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

47

Mitmes kvadrandis saab muundur töötada aktiivkoormuse korral?

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

Arvutada alalispinge keskväärtus U2 ja võrrelda tulemust mõõtetulemusega.

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

Määrata voolude faasinihked.

Määrata joonistelt 37 ja 38 voolude faasinihked ja võrrelda tulemusi mõõtetulemustega. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

Kas on võimalik, et muudel suhtelistel lülituskestustel voolude faasinihe suureneb?

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

48

Ühendusskeem Koostada katselülitus vastavalt joonisele 39.

Joonis 39. Ühendusskeem pingete ja voolude kuju uurimiseks

49

1.3.2. Juhtimistunnusjoonte salvestamine

Katsetuste eesmärk

Nende ülesannete lahendamiseks peavad üliõpilased: • teadma, et muunduri väljundpinge keskväärtus on mõlema polaarsusega sujuvalt

muudetav suhtelise lülituskestuse muutmisega • tundma väljundpinge ja suhtelise sageduse vahelist lineaarset sõltuvust • teadma, et juhtimistunnusjoont ei mõjuta RL-koormus ega impulsside sagedus




Töö käik

Koostada katselülitus vastavalt joonisele 2.2.3. Ühendada muunduri väljundisse aktiiv-induktiivkoormus takistusega R = 810 Ω ja induktiivsusega L = 1,2 H. Lülitada sisse eraldustrafo. Seadistada universaalne juhtimismoodul RS 232 ja ühendada muundur arvutiga (pulsilaiusmodulatsioon, kandevsagedus 112 Hz).

Antud juhul talitleb pulsilaiusmodulaator madalal sagedusel 112 Hz (Low Frequency).




Märkus





Märkus Automaatmõõtmiste korrektsuse tagab pulsilaiusmodulatsiooni juhtprogrammi lisatud 1000 ms ooteaeg. Suhtelist lülituskestust reguleeritakse sammuga 2%.

Salvestada juhtimistunnusjoon madalal impulsside sagedusel aktiiv-induktiivkoormuse korral.

Salvestada juhtimistunnusjoon (alalispinge funktsioonina suhtelisest lülituskestusest) RL-koormusel ja impulsside sagedusel f = 112 Hz (joonis 40).

50

Joonis 40. Neljakvadrandilise muunduri juhtimistunnusjoon aktiiv-induktiivkoormuse korral (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz)

Kuidas hindate pinge juhtimisulatust?

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

Kirjutada nelja IGBT-transistoriga lülituse tunnusjoone matemaatiline avaldis.

.................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Salvestada juhtimistunnusjoon kõrgel impulsside sagedusel aktiiv-induktiivkoormuse korral.

Salvestada juhtimistunnusjoon (alalispinge funktsioonina suhtelisest lülituskestusest) RL-koormusel ja impulsside sagedusel f = 1800 Hz (joonis 41).

51

Joonis 41. Neljakvadrandilise muunduri juhtimistunnusjoon aktiiv-induktiivkoormuse korral (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 1800 Hz)

Kuidas hindate pinge juhtimisulatust?

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

Võrrelda salvestatud tunnusjooni ja analüüsida tulemusi kriitiliselt.

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

52

Ühendusskeem


Joonis 42. Ühendusskeem juhtimistunnusjoonte salvestamiseks

53

1.3.3. Pinge, voolu ja võimsuse alalis- ja vahelduvkomponentide analüüs

Katsetuste eesmärk

Ülesannete lahendamiseks peavad üliõpilased olema tutvunud alalis- ja vahelduvkomponentide superpositsiooniprintsiibiga muunduri mitmekvadrandilises talitluses. Kirjeldatud tööd aitavad kaasa kolmefaasiliste vaheldite talitluse tundmaõppimisele.


• analüüsida pinge ja voolu kuju • määrata kujutegur • koostada võimsuste vektordiagramm

Töö käik

Koostada katselülitus vastavalt joonisele 2.3.9. Ühendada muunduri väljundisse aktiiv-induktiivkoormus takistusega R = 810 Ω ja induktiivsusega L = 1,2 H. Lülitada sisse eraldustrafo. Seadistada universaalne juhtimismoodul RS 232 ja ühendada muundur arvutiga (pulsilaiusmodulatsioon, kandevsagedus 112 Hz).

Antud juhul talitleb pulsilaiusmodulaator madalal sagedusel 112 Hz (Low Frequency).




Märkus





Analüüsida pinge ja voolu kuju Mõõta järgmised muutujad funktsioonina suhtelisest lülituskestusest aktiiv-induktiivkoormuse korral:

• alalispinge keskväärtus, Uav2 • alalispinge vahelduvkomponent, Uac2 • alalis-väljundpinge, U2 • alalisvoolu keskväärtus, Iav2 • alalis-väljundvool, I2 • alalisvoolu vahelduvkomponent, Iac2

54

Märkus: Automaatmõõtmiste korrektsuse tagab pulsilaiusmodulatsiooni juhtprogrammi lisatud 1000 ms ooteaeg. Suhtelist lülituskestust reguleeritakse sammuga 2% (joonis 43).

Joonis 43. Alalis- ja vahelduvkomponendid (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz)

Analüüsida ja selgitada pingete ja voolude sõltuvust suhtelisest lülituskestusest.

• Alalispingete ja -voolude keskväärtused .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... • Alalispinge ja -voolu vahelduvkomponendid. Uac2, Iac2. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

55

Määrata kujutegur. Mõõta järgmised muutujad funktsioonina suhtelisest lülituskestusest aktiivkoormuse korral:

• kujutegur, Fi • alalisvoolu keskväärtus, Iac2 • alalis-väljundvool, I2

Automaatmõõtmiste korrektsuse tagab pulsilaiusmodulatsiooni juhtprogrammi lisatud 1000 ms ooteaeg. Suhtelist lülituskestust reguleeritakse sammuga 2%. Pinge ja voolu alalis- ja vahelduvkomponentide ning kujuteguri teljestik on näidatud joonisel 44.

Joonis 44. Kujutegur, alalis- ja vahelduvkomponendid (R = 810 Ω, f = 112 Hz)

Hinnata tulemusi ning tuua välja põhjused.

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

56

Joonistada võimsuste vektordiagramm

Mõõta aktiivvõimsuse alaliskomponendid Pdc2 ja vahelduvkomponendid Pac2. Mõõtmistel kasutada vektordiagrammi moodust (View/Vector diagram) ning järgmist koormust ja juhtimisparameetreid: R = 810 Ω, L = 0 H, f = 112 Hz, suhteline lülituskestus TE/T = 0,25 (joonis 45).

Joonis 45. Võimsuste vektordiagramm (R = 810 Ω, f = 112 Hz, TE/T = 0,25)

Joonistada aktiivvõimsuse alaliskomponendi Pdc2 vektordiagramm (joonis 46).

Joonis 46. Võimsuse vektorid (R = 810 Ω, f = 112 Hz, TE/T = 0,25)

Märkus : Programmis märkida ära vektordiagrammi suvandite all (Chart>Properties>Normalize Powers on Pdc).

Millised on järeldused? .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................

57

Mõõta aktiivvõimsus P2 alalis- ja vahelduvkomponentide Pdc2 ja Pac2 kaudu funktsioonina suhtelisest lülituskestusest. Mõõtmised teha järgmisel koormusel (Setting/View characteristic): R = 810 Ω, L = 0 H, f = 112 Hz.

Automaatmõõtmiste korrektsuse tagab pulsilaiusmodulatsiooni juhtprogrammi lisatud 1000 ms ooteaeg. Suhtelist lülituskestust reguleeritakse sammuga 2%. Võimsuste komponentide teljestik funktsioonina suhtelisest lülituskestusest on toodud joonisel 47.

Joonis 47. Võimsuste komponendid funktsioonina suhtelisest lülituskestusest (R = 810 Ω, L = 0 H, f = 112 Hz)

Arvutada aktiivvõimsuse alalis- ja vahelduvkomponendid ning võrrelda saadud tulemusi mõõtetulemustega.

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

Joonistada võimsuste vektordiagramm aktiiv-induktiivkoormuse korral.

Mõõtmistel kasutada vektordiagrammi moodust (View/Vector diagram) ning järgmist koormust ja juhtimisparameetreid: R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz, suhteline lülituskestus TE/T = 0,25 (joonis 48).

58

Joonis 48. Võimsuste vektorid, suhteline lülitussagedus 25% (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz)

Joonis 49. Võimsuste vektorid, suhteline lülitussagedus 25% (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz, normitud Pdc2)

Märkus : Programmis märkida ära vektordiagrammi suvandite all (Chart>Properties> Normalize Powers on Pdc).

Mõõta aktiivvõimsus P2 alalis- ja vahelduvkomponentide Pdc2 ja Pac2 kaudu, näivvõimsus S2 ja reaktiivvõimsus funktsioonina suhtelisest lülituskestusest aktiiv-induktiivkoormuse korral.

Mõõtmised teha järgmisel koormusel (Setting/View characteristic): R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz.

Automaatmõõtmiste korrektsuse tagab pulsilaiusmodulatsiooni juhtprogrammi lisatud 1000 ms ooteaeg. Suhtelist lülituskestust reguleeritakse sammuga 2%. Võimsuste komponentide teljestik funktsioonina suhtelisest lülituskestusest on toodud joonisel 50.

59

Joonis 50. Võimsuste komponendid funktsioonina suhtelisest lülituskestusest (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz)

Analüüsida tulemusi.

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

60

Ühendusskeem


Joonis 51. Ühendusskeem võimsuste alalis- ja vahelduvkomponentide uurimiseks

61

1.3.4. Pooljuhtseadiste juhtimise analüüs

Katsetuste eesmärk


• tundma pooljuhtide lülitusjärjekorda kahes kvadrandis • analüüsima türistoride ja transistoride tööd voolu reguleerimisel ning ajalisi nihkeid • hindama koormuse induktiivsuse ja impulsside sageduse mõju reguleerimisele


• analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse ja positiivse väljundpinge korral

• analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse ja negatiivse väljundpinge korral

• analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse ja kõrge impulsside sageduse korral

Töö käik

Koostada katselülitus vastavalt joonisele 55. Ühendada neljakvadrandilise muunduri väljundisse aktiiv-induktiivkoormus takistusega R = 810 Ω ja induktiivsusega L = 1,2 H. Lülitada sisse eraldustrafo. Seadistada universaalne juhtimismoodul RS 232 ja ühendada muundur arvuti kaudu (PWM-TRAIN settings, frequency 112 Hz, four-quadrant operation duty cycle 75%).




Koormusahela jaoks võtta säte: Fuor-quadrant operation and RL-load.

Kohtjuhtimispaneeli ekraanil kuvatakse nüüd lühend PC. Enne mõõtmisi tuleb protsess arvutiga kalibreerida (Offset).

Märkus





Analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse ja positiivse väljundpinge korral.

Lülitada muunduri väljundisse aktiiv-induktiivkoormus: R = 810 Ω, L = 1,2 H, impulsside sagedus f = 112 Hz.

62

Salvestada pinged ja voolud suhtelise lülituskestuse 75% korral. Kanda tabelisse voolu juhtivad pooljuhid ning pinge ja voolu suund. Märkida tabelisse ka vabavoolu perioodid (FW).

Joonis 52. Pingete ja voolude kujud (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz, TE/T= 0,75)

Analüüsida IGBT-transistoride ja dioodide talitlust voolu reguleerimisel.

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

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

Analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse ja negatiivse väljundpinge korral.

Lülitada muunduri väljundisse aktiiv-induktiivkoormus: R = 810 Ω, L = 1,2 H, impulsside sagedus f = 112 Hz. Salvestada pinged ja voolud suhtelise lülituskestuse 25% korral. Kanda tabelisse voolu juhtivad pooljuhid ning pinge ja voolu suund. Märkida tabelisse ka vabavoolu perioodid (FW).

63

Joonis 53. Pingete ja voolude kujud (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 112 Hz, TE/T= 0,25)

Analüüsida IGBT-transistoride ja dioodide talitlust voolu reguleerimisel.

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

64

Analüüsida voolu pooljuhtides aktiiv-induktiivkoormuse ja kõrge impulsside sageduse korral. Salvestada pinged ja voolud suhtelise lülituskestuse 75% korral. Lülitada muunduri väljundisse aktiiv-induktiivkoormus: R = 810 Ω, L = 1,2 H, impulsside sagedus f = 1800 Hz.

Joonis 54. Pingete ja voolude kujud (R = 810 Ω, L = 1,2 H, f = 1800Hz, TE/T=0,75)

Analüüsida IGBT-transistoride ja dioodide talitlust voolu reguleerimisel. Mida täheldate?

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

65

Ühendusskeem


Joonis 55. Ühendusskeem pooljuhtseadiste juhtimise analüüsiks muunduri neljakvadrandilisel talitlusel

66

1.4. Harmooniliste analüüs (Fourier’ analüüs)

Sissejuhatus

Staatilised alalisvoolumuundurid muudavad konstantse sisendpinge ajas muutuvaks väljundpingeks. Seetõttu sisaldab väljundpinge ja -võimsus nii alalis- kui vahelduvkomponente. Fourier’ analüüsi abil saab neid komponente määrata ja välja arvutada. See teeb võimalikuks analüüsida alalisvoolumuundurite väljundpinget kogu ulatuses ning alalisvoolumuundurite genereeritud vahelduvpinge harmoonilist koostist.

1.4.1. Väljundpinge ja väljundvoolu analüüs

Katsetuste eesmärk

Ülesannete lahendamiseks peavad üliõpilased: • teadma, et väljundpinge ja -vool koosnevad alaliskomponentidest • teadma, et Fourier’ analüüs kujutab endast pinge ja voolu alalis- ning

vahelduvkomponentide osatähtsuse määramise otsest meetodit


• väljundpinge Fourier’ analüüs • väljundvoolu Fourier’ analüüs

Töö käik

Koostada katselülitus vastavalt joonisele 60. Ühendada ühekvadrandilise muunduri väljundisse aktiivkoormus takistusega R = 810 Ω. Lülitada sisse eraldustrafo. Seadistada universaalne juhtimismoodul RS 232 ja ühendada muundur läbi arvuti (PWM, frequency 112 Hz).




Klaviatuuri ekraanil kuvatakse nüüd lühend PC. Enne mõõtmisi tuleb protsess kontrolleriga kalibreerida (Offset).

Märkus: Katseid saab teha ainult arvuti (PC) abil. Pingete ja voolude diagrammide kuvamiseks tuleb ostsilloskoop seadistada järgmiselt: CH1: 1 V/div, CH2: 0,2 V/div, Timebase (ajamõõtkava): 1 ms/div, Trigger: HF.



Väljundpinge Fourier’ analüüs

PWM-programmi kasutades kasutades salvestada nelja IGBT-transistoriga muunduri väljundpinge kuju (View/Timing diagram) järgmiste parameetrite korral: R = 810 Ω, L = 0 H, suhteline lülituskestus 75%, f = 112 Hz (joonis 56).

67

Joonis 56. Väljundpinge, suhteline lülituskestus 75%, R = 810 Ω, f = 112 Hz

Järgnevalt teha Fourier’ analüüs harmooniliste spektri kohta (joonis 57).

Joonis 57. Väljundpinge Fourier’ analüüs, suhteline lülituskestus 25%, R = 810 Ω, f = 112 Hz

Analüüsida tulemust ja võrrelda seda ülesande 1.13 mõõtetulemustega.

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

68

Kuidas on võimalik moduleerida vahelduv-väljundpinget ilma alaliskomponentideta?

.................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... Väljundvoolu Fourier’ analüüs

PWM-programmi kasutades salvestada nelja IGBT-transistoriga muunduri väljundvoolu kuju (View/Timing diagram) järgmiste parameetrite korral: R = 810 Ω, L = 0 H, suhteline lülituskestus 75%, f = 112 Hz (joonis 58).

Joonis 58. Väljundvool, suhteline lülituskestus 75%, R = 810 Ω, f = 112 Hz

Järgnevalt teha Fourier’ analüüs harmooniliste spektri kohta (joonis 59).

Joonis 59. Väljundvoolu Fourier’ analüüs, suhteline lülituskestus 75%, R = 810 Ω, f = 112 Hz Analüüsida tulemusi.

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

69

Ühendusskeem Koostada katselülitus vastavalt joonisele 60.

Joonis 60. Pinge ja voolu Fourier’ analüüsi ühendusskeem

70

1.4.2. Vahelduvpinge moduleerimine

Katsetuste eesmärk

Ülesannete lahendamiseks peavad üliõpilased: • teadma, et nelja IGBT-transistoriga saab alati moduleerida vahelduvpinget • teadma, et lihtsalt moduleeritud vahelduvpinge sisaldab kõrgemaid harmoonilisi


• moduleerida ja analüüsida vahelduvpinget

Töö käik

Moduleerida Fourier’ programmiga vahelduvpinged suhteliste lülitussageduste 75% ja 25% korral.

Valida Fourier’ programmis signaal Pulse ja kuvada vahelduvpinged funktsioonina suhtelisest lülituskestusest 0,75 ja 0,25 (joonis 61).

Joonis 61. Vahelduvpinged suhtelistel lülitussagedustel 0,75 ja 0,25

Teha vahelduvpingete Fourier’ analüüs (joonis 62).

Joonis 62. Nelinurk-vahelduvpinge harmooniliste spekter

71

Joonistada väljundpinge põhiharmooniline (joonis 63).

Joonis 63. Nelinurk-vahelduvpinge põhiharmooniline

Analüüsida tulemusi.

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

Kuidas saab vähendada pinge pulsatsiooni?

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

1.5. Kasutatud kirjandus 1. Heumann, K.: Grundlagen der Leistungselektronik. 6th edition, Stuttgart: B.G.

Teubner Verlag 1996.

2. Jäger, J.: Leistungselektronik, Grundlagen und Anwendungen. 4th edition, Berlin und Offenbach: vde Verlang 1993.

3. Hofer, K.: Modern Leistungselektronik und Antriebe. Berlin und Offenbach: vde Verlang 1995.

4. Brosch, F. Peter: Moderne Stromrichterantriebe. 2nd edition, Würzburg: Vogel Fachbuch 1992.

72

2. KOLMEFAASILISE ASÜNKROONMOOTORI SAGEDUSJUHTIMINE

2.1. Sissejuhatus Kolmefaasiline lühisrootoriga asünkroonmootor on suhteliselt vähe hooldust vajav masin, kuna selle pöörleval võllil ei ole liikuvaid kontakte, nt harju ja kontaktrõngaid. Asünkroonmootoris tekitatakse pöörlev magnetväli, mis paneb rootori pöörlema teatud libistusega. Rootori pöörlemiskiirus on mootori talitluses magnetvälja pöörlemiskiirusest teatud libistuse võrra väiksem, kusjuures libistuse suurus määrab rootori pöörlemiskiiruse.

Laboritööde juhendis vaadeldakse mootori kiiruse muutmist mootori koormamisega. Vaadeldaval juhul muutub kiirus libistuse suurenemise tõttu. Asünkroonmootori kiirus sõltub koormusest võllile. Selle peamine puudus on kasuteguri kiire vähenemine suurtel libistustel ja kadude järsk suurenemine. Sõltumatult koormusest võllile on asünkroonmootori kiirust võimalik kõrge kasuteguriga reguleerida sagedusmuunduri abil.

OHTLIK!

Kõikides ülesannetes, mis nõuavad sagedusmuunduri jõuahela pingestamist, on tegemist ohtlike pingetega. Seetõttu kasuta alati ohutuid ühendusjuhtmeid (turvajuhtmeid) ja veendu, et lülituse koostamisel ei tekiks lühiseid. Enne lülituse pingestamist kontrolli alati jõu- ja juhtahelate ühendusskeemi õigsust. Võimaluse korral kasuta jõuahelates tugevvoolu analoogampermeetreid. Enne katse alustamist lase õppejõul kontrollida skeemi õigsust ning alles seejärel pingesta stend.

2.1.1. Ettevalmistav osa Ühenda sagedusmuundur mootoriga vastavalt joonisel 64 toodud ühendusskeemile ning võimaluse korral ühenda jõuahelasse mootori voolu jälgimiseks ampermeeter. Ampermeetrina võib kasutada stendil paiknevat multimeetrit (SO5127-1Z). Ühendusskeemil on mootor lülitatud kolmnurka. Kolmefaasilise lühisrootoriga asünkroonmootori tunnusjoonte ülesvõtmiseks (kuvamiseks) ja salvestamiseks kasutatakse lokaalset tarkvara ActiveSERVO (CD2663-6U). Selle programmiga saab mitmete mõõdetud muutujate (nt pinge, vool, moment) väärtusi esitada sõltuvana mootori pöörlemiskiirusest ning selleks muudetakse pöörlemiskiirust koormusmooduli abil astmeliselt.

Õppeprogramm FC-Train (SO6006-1R) kuvab sagedusmuunduri kaht juhtimismeetodit – plokkjuhtimist ja siinuse moduleerimist. Programm võimaldab reguleerida ka muunduri toitepinge sagedust ja amplituudi. Seda on vaja muutujate väärtuste mõõtmiseks erinevatel sünkroonkiirustel, kasutades SERVO-tarkvara.

73

2.1.2. P

aigaldamine ja ühendusskeem

id S

agedusmuunduri

ühendusskeem

kolmefaasilise

lühisrootoriga asünkroonm

ootoriga on

toodud joonisel 64.

2L1

R3

2L2

2L3

AC

DC

400 V

V5

R2R1+

-

RELEASE V1...V6

1Ω 1,8Ω

47Ω

660µF400 V

400 V

L1

L2

L3

N

47 V2L1

2L2

2L3

47 V

47 V 47 V

47 V 47 V

NB! Õppestendi jõuosa toiteploki transformaatori sekundaarahela mähised tuleb ühendada tähtühendusse

V3 V1

V2V4

V6

LINE

U V W

Servo Machine Test System

-15V

0V

+15V

Juhtsüsteem

~Toiteplokk

RS232

REF. OUT

ANALOG IN

+15V 0V -15V

PC

M

L1 L2 L3

NB! Mootori mähised ühendatakse kolmnurka.

AI

T

Joonis 64. Sagedusm

uunduri ja lühisrootoriga asünkroonmootori ühendusskeem

74

2.1.3. Vajalikud töövahendid ja komponendid

Tabel 2. Lülituse koostamiseks vajalikud töövahendid ja komponendid

Kood Kirjeldus Kogus, tk

SO3636-1A Universaalne digitaaljuhtimismoodul 1

SO3636-1R Kuue IGBT-transistoriga staatiline muundur 1

SO3636-2G Kolmefaasiline eraldustrafo 300 VA, alalispinge toiteplokk (maks 220 V/6 A)

1

SO3538-8D Alalispinge toiteplokk: ±15 V/2 A 1

SO6006-1R Tarkvara FC-TRAIN (GB) 1

LM9040 Jadaliidese kaabel 9/9(USB) 1

SE2663-1K Kolmefaasiline asünkroonmasin, tööstuse variant 0,3 kW

1

SO3636-6V Servoajami/piduri digitaaljuhtimismoodul 0,3 kW 1

SE2663-6A Servomootor/pidur 0,3 kW 1

LM9028 RS232/485 jadaliidese mooduli ühenduskaabel 1

CD2663-6U Tarkvara ActiveSERVO (GB) 1

SE2662-2A Kummist ühendusmuhv (sidur) 1

SE2662-2B Siduri kaitsekate 1

SE2662-2C Võlli otsa kaitsekate 1

SO5127-1Z Analoog-digitaalne multimeeter 1

SO5148-1F Ohutute 4 mm ühendusjuhtmete komplekt (47 tk) 1

SO5126-9X Ohutu ühenduspistik 19/4 mm, valge 12

SO5126-9Z Ohutu ühenduspistik 19/4 mm, valge, keermestatud 3

SH5007-3G Laboritööde juhend, EPE26: Kolmefaasilise asünkroonmootori juhtimine sagedusmuunduriga

1

75

2.2. Muunduri talitlus

Katsetuste eesmärk

Nende ülesannete lahendamiseks peavad üliõpilased: • koostama korrektse lülitusskeemi • käivitama sagedusmuunduri • uurima sagedusmuunduri väljundpinget eri talitlusviiside korral • tutvuma U/f tunnusjoonega

Ülesanded

• koostada elektriajam vastavalt lülitusskeemile • seadistada FC-TRAIN tarkvaras töö- ja mõõteprogrammid

• kasutada sagedusmuunduri plokkjuhtimist ja siinuse moduleerimist • kohandada reguleerimistunnusjoon konstantsele väljundvõimsusele.

Sissejuhatus

FC-TRAIN tarkvara illustreerib sagedusmuunduri talitlust nagu asünkroonmootorit juhtiv programmeeritav kontroller. Monitori ekraani parempoolsel osal kuvatakse muunduri transistoride lülitusdiagramm, kus värvus näitab lüliti seisundit: must – avatud (välja lülitatud), värviline – suletud (sisse lülitatud).

Monitori ekraani vasakpoolsel osal kuvatakse muunduri väljundpinged U1, U2 ja U3 (faasipinged) ühe perioodi ulatuses ning allpool liinipinged U12, U23 ja U31 mootori kolmnurkühenduse korral. Esitatud pinge ajadiagrammilt saab hiire abil valida suvalise ajahetke (vertikaaljoon hakkab helendama) millele vastavat lülitite seisundit seejärel kuvatakse. Ekraani vasakpoolse osa kuvamiseks peab monitori eraldusvõime (resolutsioon) olema vähemalt 800×600 pikslit. Muunduri IGBT-transistoride talitlussagedused (muunduri väljundsagedused) on fikseeritud sagedused, mis kujutavad endast sageduste jada 50 Hz/n, kus n = 1, 2, 3...,13. Sagedust saab reguleerida ekraani ülemisel osal asuvas aknas f/Hz. Mootori nimisagedus on 50 Hz ning sel juhul saadakse mootori magnetahelas maksimaalne magnetiline induktsioon (magnetahel kasutatakse täielikult ära). Väljundsageduse vähendamisel tuleb vähendada ka väljundpinget, et säilitada sama väärtusega magnetiline induktsioon mootori magnetahelas. Eelnevast seaduspärasusest lähtudes kasutatakse sageduse ja pinge muutmisel lineaarset sõltuvust. Ideaalses olukorras peab sel juhul, kui väljundsageduse väärtus on 0 Hz, langema nulli ka väljundpinge. Kadude kompenseerimiseks mootori mähistes jääb staatorimähisele sageduse 0 Hz (mootor seiskunud) puhul jääkpinge, mille vaikeväärtus programmis FC-Train on 10% pingest, mis antakse staatorimähisele sageduse 50 Hz korral. Kõiki ülejäänud sagedusi saab valida hiire abil.

2.2.1. Sagedusmuunduri plokkjuhtimine Käivita tarkvara FC-Train. Ekraani vasakpoolsel osal kuvatakse ajadiagrammil muunduri väljundpingete kujud. Sageduse muutmise aknas peaks olema 50. Vajaduse korral vali menüüst View Circuit diagram.

Vali menüüst SettingsSettingsPresets juhtimismoodus Block. Üks pingeplokk koosneb mitmest maksimaalse laiusega impulsist, mis on samane kogu plokiga. Ajadiagrammi alumisel osal on näidatud liinipinged mootori kolmnurkühenduse korral. Klõpsa hiirega mõnel ajahetkel pingete diagrammil ning võrdle lülitite seisundit pingete U1, U2 ja U3 hetkväärtustega. Vertikaalset kursorit võib liigutada diagrammil väikeste sammude kaupa, kasutades kaht akna ülaosas asuvat nuppu. Jälgi sagedusmuunduri transistoride (lülitite)

76

seisundite muutusi. Sagedusmuunduri väljundpingete diagrammid plokkjuhtimise korral on näidatud joonisel 65.

Joonis 65. Väljundpingete diagrammid plokkjuhtimisel

Kirjelda faasipingete U1, U2 ja U3 ploki ja üksikimpulsi kestust:

Ploki kestus: ............................ Üksikimpulsi kestus: .......................................... Liinipingete ühe ploki kestus ....................................................................................... Ajadiagrammil on näidatud punktiirjoonega muunduri lülitite grupi 6 seisundit ühe perioodi jooksul (plokkjuhtimise puhul). Märgi faasipingete järjestus alljärgnevasse tabelisse, kasutades kombinatsiooni 0 (Uk = 0) ja 1 (Uk = alalisvoolu vahelüli pinge). Seisund: 0 1 2 3 4 5

U1 U2 U3

Kaheksast võimalikust 0 ja 1 kombinatsioonist kaks pole kasutusel. Millised on need kombinatsioonid ja milliseid liinipingeid need esitavad?

Puuduvad kombinatsioonid on ............................, liinipinged on ............................................... Kuva ajadiagramm sagedusel 25 Hz ja kirjelda impulsside kuju muutusi.

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

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

Millist mõju avaldab impulsside kuju muutus (talitlustsükli puhul) muunduri väljundpingele?

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

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

Määratle kasutatava modulatsiooni tüüp.

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

77

2.2.2. Siinuse moduleerimise talitlus Väljundsageduse 50 Hz korral vali juhtimismoodus Sinewave menüüst Settings SettingsPresets ja võrdle üksikimpulsi muutumist juhtimismoodusega Block samal sagedusel. Väljundpingete diagrammid siinuse moduleerimise korral on näidatud joonisel 66.

Joonis 66. Väljundpingete diagrammid siinuse moduleerimisel

Siinuseline pinge tekitatakse ka ..................................................................................

2.2.3. Sagedusmuunduri talitlus: U/f-tunnusjoon Säti väljundsagedus 25 Hz ning mine tagasi juhtimismoodusele Block. Vali menüüst View U/f-characteristic. Muunduri lülitite seisundid ekraani paremal poolel asendatakse sel juhul U/f-tunnusjoonega.

Väikesed mustad ruudud U/f-tunnusjoonel vastavad valitud sagedustele, mille suurus on reguleeritav hiire liigutamisega üles-alla. Sageduse aknas valitud sagedus kuvatakse vertikaaljoonel. Lineaarne U/f-tunnusjoon on näidatud joonisel 67.

Joonis 67. Lineaarne U/f-tunnusjoon. Musti ruute saab liigutada hiire abil

78

Liigu hiire abil kursoriga U/f-tunnusjoonel sageduse märgile 25 Hz. Kui kursorile ilmub teine nool, saab musta ruudu haarata vasaku hiireklahviga ning selle nõutud kohta viia. Töötsükli pinge vaikeväärtus sagedusel 25 Hz on 55% pingest sageduse korral 50 Hz. Muuda pingeamplituud sagedusel 25 Hz 100%-le ja jälgi ajadiagrammi ekraani vasakul poolel. Töötsükkel muutub ligilähedaselt ............................................................................................... Muuda pinge amplituud 5%-le ja jälgi uuesti impulsside kuju.

Töötsükkel muutub ligilähedaselt ............................................................................................... Muuda väljundpinge amplituud tagasi vaikeväärtusele. Nagu nõutud, saab tunnusjoone kuju muuta punktikaupa ümberpaigutamisega. Tunnusjoont saab ka ümber arvutada nagu erinevate tõusunurkadega lineaarset sõltuvust (SettingsSettingsU/f-characteristic).

2.3. Sagedusjuhtimisega asünkroonmootori tunnusjoon ed

Katsetuste eesmärk

Nende ülesannete lahendamiseks peavad üliõpilased: • uurima mootori karakteristikuid erinevate sünkroonpöörlemissageduste korral • optimeerima muunduri talitlust

Ülesanded

• võtta üles mootori tunnusjooned tarkvara ActiveSERVO abil

• optimeerida muunduri talitlust U/f-tunnusjoone kaudu

Sissejuhatus

Asünkroonmootori tunnusjooni saab üles võtta tarkvara ActiveSERVO abil sünkroonpöörlemissageduste vahemikus 50 Hz ... 25 Hz ... 17 Hz, näiteks pöörlemiskiiruse ja libistuse vaheline sõltuvus (mehaaniline tunnusjoon).

Mootori nimisagedus on 50 Hz ning sel juhul saadakse mootori magnetahelas maksimaalne magnetiline induktsioon (magnetahel kasutatakse täielikult ära). Väljundsageduse vähendamise korral tuleb vähendada ka väljundpinget, et säilitada sama väärtusega magnetiline induktsioon mootori magnetahelas. Eespool toodud seaduspärasusest lähtudes kasutatakse sageduse ja pinge muutmisel lineaarset sõltuvust. Ideaalses olukorras peab sel juhul, kui väljundsageduse väärtus on 0 Hz, langema nulli ka väljundpinge. Kadude kompenseerimiseks mootori mähistes jääb staatorimähisele sageduse 0 Hz (mootor seiskunud) puhul jääkpinge, mille vaikeväärtus programmis FC-Train on 10% pingest, mis antakse staatorimähisele sageduse 50 Hz korral. Kõiki ülejäänud sagedusi saab valida hiire abil.

Muunduri madalatel väljundsagedustel (1...2 Hz) reguleeritakse nimivoolu U/f-tunnusjoone kaudu ja tagasiarvutusega leitakse tunnusjoone kaldenurk (lihtsustatud tingimused). Ajami talitlust optimeeritakse kadude kompenseerimise põhimõttel, mille puhul on tulemus konstantne koormusmoment, kusjuures muutub ainult kiirus. Mõõtepiirkonnas püsimiseks ja mootori paremaks mehaaniliseks ning soojuslikuks sobitamiseks koormusega saab muuta U/f suhet ja algpinget UBoost% sõltuvalt muunduri etteantud suurimast väljundsagedusest. Selles harjutuses ei tööta mootor täispingel (ühtlaselt sagedusel 50 Hz) ning seetõttu on esimene ülesanne määrata vähendatud ehk nn fiktiivne nimivool sagedusel 50 Hz.

79

2.3.1. Asünkroonmootori tunnusjooned Algselt säti menüüs SettingsSettingsU/f-characteristic lisapinge (Boost) väärtusele 0%, muutes UBoost% = 0 ja nimisagedus fnom/Hz = 50. Seejärel vajuta nupule Calculate, et arvutada vajalikud uued väärtused pingeamplituudidele erinevatel sagedustel.

Programmi ActiveSERVO abil salvestatakse järgmised asünkroonmootori tunnusjooned:

• Muunduri väljundsagedus 50 Hz: tunnusjoon 1500*) p/min kuni 200 p/min



*)Kui juhtida muunduri sagedust ja lülituskestust programmiga FC-Train, siis antakse mõõtmiste algväärtused ette automaatselt ja mootor töötab tühijooksul. Lõppväärtuste saamiseks tuleb muundur sättida programmile SERVO (ühik p/min): menüü SettingsPresetsRamp, alamvalik End.

Järgmisena kuva staatori pinge (Armature Voltage) ja vool (Armature Current).

Mootori pinge-voolu-pöörlemiskiiruse tunnusjoonte teljestik käivitussagedustel 17 Hz ... 25 Hz ... 50 Hz on näidatud joonisel 68.

Joonis 68. Mootori pinge-voolu-pöörlemiskiiruse tunnusjoonte teljestik

Tänu sidestustrafole töötab sagedusmuundur selles ülesandes madaldatud pingel. Seetõttu ei vasta katsetustel saadud mootori andmed mootori sildiandmetele. Sättides nimikiiruse 1350 p/min võib selle talitlusviisi puhul kätte saada kõik mootori nimiandmed.

Kiirusele 1350 p/min vastab nimilibistus 10%.

Nimivool .............................................. Nimipinge ..................................................

Neidsamu pinge-voolu mõõtmistulemusi kasutades kuva „Moment” ja „Väljundvõimsus” (Joonis 69).

80

Joonis 69. Mootori momendi-väljundvõimsuse-pöörlemiskiiruse tunnusjoonte teljestik

Mõõtemeetodi valikuga vastab teine mõõdetud punkt (1. mõõtmise väärtus >0) ligikaudselt nimilibistusele. Järgnevad momentide väärtused kantakse tabelisse.

F / Hz 17 25 50 M / Nm

Konstantse koormusega (momendiga) tõstemasinad eeldavad, et moment jääks muutumatuks kogu sageduse reguleerimispiirkonnas, s.t magnetilise induktsiooni väärtus mootori magnetahelas ei sõltu sagedusest ja sama koormuse korral jääb samaks ka staatori vool.

Ilma uusi mõõtmisi tegemata, s.t säilitades 0 V eelpinge, kuva kasuteguri ja staatorivoolu sõltuvus, nagu on näidatud joonisel 7.

Kuvarilt võib näha, et teine mõõdetud väärtus igal kõveral on lähedane maksimaalsele kasutegurile. Mootori vool on kõigi kolme sageduse ja koormusmomendi 0,8 Nm korral ligikaudu sama, kuid madalatel sagedustel on vool mootori sildil toodud nimivooluga (sagedusel 50 Hz) võrreldes liiga väike.

Joonis 70. Mootori voolu-kasuteguri-momendi tunnusjoonte teljestik

81

Kui eelpinge U/f-tunnusjoonel kasvab, väheneb erinevus voolu ja momendi tunnusjoone vahel. Kaod mootoris kompenseeritakse seega efektiivselt eelpinge tõstmisega. Sättida mootori töösageduseks väike väärtus (1...2 Hz). Käivitada mootor tühijooksul. Liigutada töösageduse markerit (asendab IGBT-de simulatsiooni pilti) üles või alla, jälgides samal ajal ampermeetrit, senikaua kuni mootori vool vastab eespool määratud „nimivoolule”. Peatada mootor. Nüüd tuleb SettingsSettingsU/f-characteristics alt üles kirjutada valitud sageduse amplituudi väärtus protsentides. See väärtus tuleb sisestada UBoost% kohale ning vajutada nupule Calculate. Teha uued mõõtmised programmiga SERVO sagedustel 50 Hz, 25 Hz ja 17 Hz ning omistada korrigeeritud voolu ja kasuteguri väärtused (joonis 71).

Joonis 71. Mootori voolu-kasuteguri-momendi tunnusjoonte teljestik

Uusi mõõtmisi tegemata, s.t kompenseeritud kadude puhul kuva momendi ja pöörlemiskiiruse vaheline sõltuvus (joonis 72) ning võrdle seda tunnusjoonega joonisel 70.

Joonis 72. Mootori momendi-väljundvõimsuse-pöörlemiskiiruse tunnusjoonte teljestik

Eelpinge tõstmisega pärast kadude kompenseerimist juhib sagedusmuundur muutumatute koormustingimuste (momendi) korral mootori kiirust kvaliteetselt, näiteks koormusmomendi 1 Nm korral saavutatakse kõrge kasutegur.

82

Miks kadude kompenseerimise juhtimise korral madalatel kiirustel pole tähtis sättida mõõtmisteks täpset optimaalset kiirust, nii et mõõtmised tühijooksul oleksid piisavalt täpsed? Võrdle teoreetilisi vooludiagramme katselistega väga madalatel sagedustel.

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

Kontrolli seaduspärasust mootori talitluse korral sagedusega 12 Hz ning jälgi tarbitavat voolu sel ajal, kui mootor peatatakse käsijuhtimisega.

83

3. SUJUVKÄIVITIGA ELEKTRIAJAM

3.1. Sissejuhatus

Sujuvkäiviti stend koosneb sujuvkäivitist U1, asünkroonmootorist M1 (paikneb eraldi alusel), peakaitsmest QF1, kontaktoritest KM1 ja KM2 ja teistest abiahelatest. Abiahelad paiknevad stendi ülemisel poolel elektrikilbis. Sujuvkäiviti koos voolu mõõtetrafodega U2 ja U3 ning Modbus/Ethernet-sillaga A2 asuvad eraldi elektrikilbi all ja nendele pääseb vabalt ligi (vt jooniseid 73 ja 74). Stendi tagumisele poolele on toodud toitevõrgu ja mootorite ühendused X01 ja X02. Stendi ülaosas paikneb kaugjuhtimiseks vajalik veebipõhine tööstuskontroller A1.

Joonis 73. Sujuvkäiviti stend eestvaates

Joonis 74. Sujuvkäiviti stendi üldistatud plokkskeem

84

Elektrikilbi uksele on toodud stendi kohapealseks juhtimiseks kasutatavad nupud ja lambid, samuti mõõteriistade ühendamiseks ja ahelate lahutamiseks ning sildamiseks vajalikud väljaviigud.

Joonistel 75 kuni 77 on esitatud kogu sujuvkäiviti stendi elektriskeem, tabelis 3 on elektriskeemis kasutatavatele tähistele vastavate seadmete nimetused.

Tabel 3. Elektriskeemides kasutatud tähiste seos seadmete nimetustega

Tähis Nimetus Märkused

A1 Tööstuskontroller Võimaldab kaugjuhtimisel juhtida sujuvkäiviti stendi üle Interneti

A2 Modbus/Ethernet-sild Sujuvkäiviti ja tööstuskontrolleri ühenduslüli

A3 Koormuse juhtimise seade

F2 Automaatkaitse

F3 3-pooluseline automaatkaitse

G1 Toiteplokk Modbus/Ethernet-silla toiteallikas

G2 Tahhogeneraator Võimaldab mõõta mootori pöörlemiskiirust

H1 Signaallamp On ühendatud ühe sujuvkäiviti programmeeritava digitaalväljundiga

K1 Relee Kohtjuhtimise relee

K2 Relee Kaugjuhtimise relee

K3 Relee Kaugjuhtimisel sujuvkäivitile startkäsku andev relee

K4 Relee Kaugjuhtimisel sujuvkäivitile stoppkäsku andev relee

KM1 Kontaktor Lülitab mootori käivitamisel sisse sujuvkäiviti jõuahela

KM2 Kontaktor Sujuvkäiviti möödaviigukontaktor

M1 Asünkroonmootor Sujuvkäivitiga käivitatav ja peatatav mootor

P1, P2 Ampermeeter

P3 Voltmeeter

QF1 Peakaitse koos kontaktoriga

Sujuvkäiviti stendi pingestamiseks

S1 3-asendiline juhtvõti KOHT / KAUG

Sujuvkäiviti stendi juhtimisviisi valik

SB1 Surunupp STEND SISSE Stendi pingestamiseks (sujuvkäiviti lülitatakse sisse)

SB2 Surunupp STEND VÄLJA

Stendi väljalülitamiseks (sujuvkäiviti lülitatakse välja)

SB3 Lukustuv surunupp Katkestab sujuvkäiviti juhtahela ning kontaktorite

85

Tähis Nimetus Märkused

AVARIISTOPP KM1 ja KM2 mähiste toite

SB4 Surunupp START Mootori kohtkäivitus

SB5 Surunupp STOPP Mootori kohtseiskamine

T1 Trafo Sujuvkäiviti jõu- ja juhtahela galvaaniliseks eraldamiseks ning pinge alandamiseks

U2, U3 Voolumõõtetrafod Võimaldavad mõõta sujuvkäiviti ja mootori voolusid tööstuskontrolleriga

U4 Pingemõõtemuundur Võimaldab mõõta mootori pinget tööstuskontrolleriga

U1 Sujuvkäiviti ATS 48

X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X10, X11, X400

Riviklemmid

X01 Pinnapealne jõupistik Sujuvkäiviti stendi ühendamiseks toitevõrguga

X02 Jõupistikupesa Sujuvkäiviti stendi ühendamiseks mootoriga

XB1, XB2, XB3, XB4

Laboripistikud ja -pesad Väljaviigud mõõteriistade ühendamiseks, elektriahelate lahutamiseks ja sildamiseks

XS1 Maanduskontaktiga pistikupesa

XT1 Lahtiühendatavad ühendused

Sujuvkäiviti stendi ja koormuse vahelised ühendused koormuse reguleerimiseks

XT2 Lahtiühendatavad ühendused

Sujuvkäiviti ja tahhogeneraatori vahelised ühendused

Enne laboritööde tegemist tuleb tutvuda sujuvkäiviti ATS 48 kasutusjuhendiga.

3.1.1. Sujuvkäiviti stendi kohtjuhtimine

Kohtjuhtimiseks tuleb stend pingestada (nupp STEND SISSE) ja valida kohtjuhtimine (juhtvõti KOHT / KAUG).

Seejärel saab sujuvkäiviti järele ühendatud mootorit käivitada kilbi küljes oleva nupuga START ja peatada nupuga STOPP.

Sujuvkäiviti parameetrite väärtusi saab muuta sujuvkäiviti küljes olevate klahvidega ja kuvariga (vt sujuvkäiviti kasutusjuhendi peatükki „Kuvar ja programmeerimine”).

3.1.2. Sujuvkäiviti stendi kaugjuhtimine

Kaugjuhtimiseks (üle Interneti) tuleb stend kõigepealt kohapeal pingestada ja valida kaugjuhtimine. Veel tuleb sujuvkäivitil Modbus aadressiks panna 2.

Pärast seda saab Interneti kaudu teha mootori katsed (käivitamine, stabiilne töö ja peatamine) ning muuta mootori käivitamise ja peatamisega seotud sujuvkäiviti parameetrite

86

väärtusi (vt teist laboritööd). Kaugjuhtimise korral kilbil asuvad START- ja STOPP-nupud ei tööta.

Joonis 75. Sujuvkäiviti stendi elektriskeem, osa 1

87


88


89

3.2. Sujuvkäiviti seadistamine – kohapealne

3.2.1. Töö eesmärk

Tutvuda sujuvkäiviti jõu- ja juhtimisahelate ühendusviisidega. Tutvuda sujuvkäiviti kasutajaliidesega ja arvutitarkvaraga, mida läheb vaja sujuvkäiviti käivitamiseks. Sujuvkäiviti parameetrite sisestamine (nt rambiajad, rambitüübid, mootori andmed). Aruanne peab sisaldama tegevuse lühikirjeldust ja kriitilist analüüsi.

3.2.2. Töö käik

Kirjutada üles mootori sildiandmed (puudu olevad otsida iseseisvalt).

Nimivõimsus .

Nimipinge .

Nimivool .

Nimipöörlemiskiirus .

Võimsustegur cosφ .

Mootori nimisagedus .

Mootori tüüp .

Tootja .

Taastada sujuvkäiviti tehasesätted.

Panna kirja sujuvkäiviti kasutajaliidese menüüteekond tehasesätete taastamiseks.

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

Sisestada sujuvkäivitisse mootori nõutud parameetrid.

Kirjutada üles sujuvkäivitisse sisestatud parameetrid ja väärtused. .

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

o Sättida:

• kiirendusrambi aja väärtuseks 2 sekundit

• mootori voolu piiranguks 320 % nimivoolu

• sujuvkäiviti ekraan näitama mootori voolu

• loogiline väljund (digitaalväljund) näitama, et mootor töötab

• mootori pidurdusviisiks vaba väljajooks

90

Käivitada sujuvkäiviti. Oodata, kuni mootori kiirus on saavutanud püsiväärtuse. Peatada sujuvkäiviti. Kirjeldada, kuidas mootor reageeris.

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

Kui kaua kulus mootoril aega peatumiseks?

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

Kas START- ja STOPP-nuppude juures olev signaallamp hakkas põlema?

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

Kui ei, siis miks lamp põlema ei hakanud?

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

o Sättida:

• mootori voolu piiranguks 150 % nimivoolu

• mootori pidurdusviisiks momendijuhtimine

• pidurdusrambi aja väärtuseks 3 sekundit


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

Kas mootor peatus etteantud aja (3 sekundit) jooksul? Kui ei, siis miks ei peatunud?

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

Kui kaua aega kulus mootoril peatumiseks?

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

91

o Sättida:

• mootori löökkäivitusmomendiks 50 %

• pidurduse üleminek vabale väljajooksule 0 %

Käivitada sujuvkäiviti. Oodata, kuni mootori kiirus on saavutanud püsiväärtuse. Peatada sujuvkäiviti. Püüda sujuvkäivitit kohe uuesti käivitada.

Kas mootor käivitus kohe? Kui ei, siis miks ei käivitunud?

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

Kirjeldada, kuidas mootor reageeris.

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

Kui kaua kulus mootoril aega peatumiseks?

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

o Sättida:


• pidurdusviisiks dünaamiline pidurdus (alalisvoolupidurdus)


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


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

92

o Sättida:

• dünaamilise pidurduse intensiivsuseks 0 %.

Käivitada sujuvkäiviti. Oodata, kuni mootori kiirus on saavutanud püsiväärtuse. Peatada sujuvkäiviti. Kirjeldada, kuidas reageeris mootor.

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


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

o Sättida:

• dünaamilise pidurduse intensiivsuseks 50 %

• alalisvooluga pidurdamise ajaks 50 %


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


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

o Taastada tehasesätted

• sisestada mootori nimiandmed

• seada sujuvkäiviti aadressiks (Add) 2.

Panna kirja sujuvkäiviti kasutajaliidese menüüteekond sujuvkäiviti aadressi muutmiseks..

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

93

3.3. Asünkroonmootori siirdeprotsessid sujuvkäiviti ga – veebipõhine

3.3.1. Töö eesmärk

Võtta üles sujuvkäivitiga ühendatud asünkroonmootori pinge, voolu ja kiiruse siirdekõverad mootori käivitamisel ja peatamisel (joonis 78).

Joonis 78. Katselülitus

3.3.2. Töö käik

Enne katsete tegemist lugeda läbi laboritöö juhend.

o Sättida:



• mootori pidurdusviisiks sujuv pidurdamine

• pidurdusrambi aja väärtuseks 3 sekundit


Käivitada katse, mille jooksul võtta üles sujuvkäiviti voolu, mootori voolu, pinge ja kiiruse väärtused mootori käivitamisel ja peatamisel. Mootor käivitatakse ja peatatakse automaatselt.

Pärast katset laadida alla sujuvkäiviti voolu, mootori voolu, pinge ja kiiruse väärtuste tabelid.

o Sättida:



Kontrollida, kas ülejäänud parameetrite (mootori kiirendusrambi aeg, mootori pidurdusviis ja pidurdusrambi aeg) väärtused vastavad eelmises sammus määratud väärtustele.

94

Käivitada katse, mille jooksul võtta üles sujuvkäiviti voolu, mootori voolu, pinge ja kiiruse väärtused mootori käivitamisel ja peatamisel. Mootor käivitatakse ja peatatakse automaatselt..


o Sättida:


• mootori pidurdusviisiks dünaamiline pidurdus (alalisvoolupidurdus)



Kontrollida, kas mootori kiirendusrambi aja väärtus vastab teises sammus sätitud suurusele.



o Sättida:


• mootori löökkäivitusmoment teises sammus määratud väärtusele


Kontrollida, kas mootori pidurdusviisi ja dünaamilise pidurduse intensiivsus vastavad eelmises sammus määratud suurustele.



o Sättida:

• mootori löökkäivitusmoment kolmandas sammus määratud väärtusele


• alalisvooluga pidurdamise aeg neljandas sammus määratud väärtusele

Kontrollida, kas mootori kiirendusrambi aeg vastab eelmises sammus määratud suurusele ning mootori pidurdusviis neljandas sammus tehtud valikule.



o Sättida:

• mootori löökkäivitusmoment neljandas sammus määratud väärtusele

• alalisvooluga pidurdamise aeg viiendas sammus määratud väärtusele

95

Kontrollida, kas mootori kiirendusrambi aeg vastab viiendas sammus määratud suurusele, mootori pidurdusviis neljandas sammus tehtud valikule ning dünaamilise pidurduse intensiivsus eelmises sammus määratud väärtustele.



o Sättida:

• mootori pidurdusviisiks vaba väljajooks

Käivitada katse, mille jooksul võetakse üles sujuvkäiviti voolu, mootori voolu, pinge ja kiiruse väärtused mootori peatamisel. Mootor käivitatakse ja peatatakse automaatselt..


Kui kõik katsed on tehtud mootori tühijooksul (mootori koormus on 0%), siis teha samad katsed ka mootori pool- (50%) ja täiskoormusel (100%).

3.3.3. Tulemuste töötlemine

Katsetulemuste põhjal koostada voolude, pinge ja kiiruse ajadiagrammid I = f(t), U = f(t) ja n = f(t). Valida katsetulemuste alusel sobiv käivitamis- ja peatamisviis.

Esitada laboritöö kohta aruanne. Aruandes tuleb iga graafiku juures esitada katse sooritamisel kasutatud sätte parameetrite väärtused. Aruande lõpus tuua eraldi välja mootorile sobiv käivitamis- ja peatamisviis ning vajalikud parameetrid.

3.3.4. Metoodilised juhendid

Käivitades mootorit sujuvkäivitiga kasvab mootori arendatav moment alates löökkäivitusmomendist sujuvalt mootori nimimomendini. Löökkäivitusmomendiga määratakse moment, millega mootor alustab pöörlemist. Löökkäivitust rakendatakse näiteks suure inertsimomendiga veokonveierite töölepanekul.

Joonisel 79 on näha sujuvkäivitiga käivitatava mootori momendi kasvamise kõver. ACC määrab mootori käivitusrambi aja ehk siis mootori momendi tõusunurga. Mootori löökkäivitusmomenti tähistab tq0.

Joonis 79. Mootori käivitust iseloomustav kõver

Tn (%)

Aeg (s)

ACC

tq0 = 40

96

Sujuvkäivitiga võib mootori peatada kas vaba väljajooksuga, momendijuhtimisega või dünaamilise pidurduse abil.

Vabal väljajooksul lahutatakse mootor võrgust ning mootori kiirus hakkab hõõrde- ja muude takistusjõudude mõjul vähenema.

Mootori pidurdamist momendijuhtimist kasutades nimetatakse ka sujuvaks pidurdamiseks. Sujuval pidurdamisel vähendatakse mootori arendatavat momenti sujuvalt nullini või selle väärtuseni, millest alates mootor läheb üle vabale väljajooksule. Sujuval pidurdamisel välditakse mootori löökpidurdust (seda tuleb ette dünaamilise pidurduse puhul).

Joonisel 80 on näha sujuvkäivitiga peatatava mootori momendi kahanemise kõver sujuva pidurdamise korral. Parameeter dEC määrab mootori pidurdusrambi aja ehk siis mootori momendi kahanemise kaldenurga. Parameeter EdC tähistab mootori momenti, millest alates mootori pidurdumine läheb üle vabale väljajooksule.

Joonis 80. Mootori peatumist iseloomustav kõver, kui mootori pidurdusviisiks on valitud sujuv pidurdus

Dünaamilisel pidurdusel juhitakse staatori mähistesse alalisvool. Tekkinud alalismagnetväli indutseerib pöörlevas rootoris pöörisvoolud, mis koostoimes staatori väljaga pidurdavad mootorit sujuvalt 20% nimipöörlemiskiiruseni. Pidurduse lõpus suurendatakse mootori staatori mähistesse antavat alalisvoolu, mis peatab mootori lõplikult. Pidurduse intensiivsus sõltub voolutugevusest (dünaamilise pidurduse ergutusvoolust).

Joonisel 81 on näha sujuvkäivitiga peatatava mootori kiiruse kahanemise kõver dünaamilise pidurduse korral. Parameeter brc määrab dünaamilise pidurduse intensiivsuse ehk mootori mähistele antava voolu suuruse. T1 on aeg sekundites, mis kulub mootoril, et jõuda 100% nimipöörlemiskiirusest 20% nimipöörlemiskiiruseni. T1 sõltub nii mootori ja rakenduse karakteristikutest kui ka dünaamilise pidurduse intensiivsusest. T2 on aeg sekundites, mille jooksul mootori staatorimähistele antava alalisvoolu väärtust suurendatakse. T2 määratakse alalisvoolu pidurdusaja ja T1 korrutisega.

Sujuvkäiviti püüab imiteerida alalisvoolu vahelduvvoolu poolperioodi äralõikamisega, s.t käiviti väljund on poolperioodalaldile iseloomuliku suure pulsatsiooniteguriga.

Hinnanguline mootori moment %’na mootori nimimomendist

Aeg (s)

dEC

EdC

Momendijuhtimisega pidurduse lõpp

97

Joonis 81. Mootori peatumist iseloomustav kõver, kui mootori pidurdusviisiks on valitud dünaamiline pidurdus

Vaadata lisaks peatükki Menüü „Sätted” (Set) sujuvkäiviti ATS 48 kasutusjuhendist.

Mootori pöörlemiskiirus

Aeg (s)

T1

brc = 100

brc = 0

T2

Dünaamilise pidurdamise aeg

Alalisvooluga mootori pidurdamise aeg

98

4. KAHE SAGEDUSMUUNDURIGA ELEKTRIAJAM

4.1. Sissejuhatus Sagedusmuunduri stend (joonis 84) koosneb sagedusmuundurist, pidurdustakistist, siludrosselitest, elektromagnethäirete filtritest jt abiahelatest. Abiahelad paiknevad stendi ülemisel poolel elektrikilbis, sagedusmuundur U1 ise koos pidurdustakistiga R1 asub eraldi ja on vabalt ligipääsetav (joonis 82, joonis 83). Stendi tagumisele poolele on toodud võrgu ja mootorite ühendused X01 ja X02. Stendi ülaosas võib paikneda ka veebivõimeline loogikakontroller sagedusmuunduri kaugjuhtimise tarvis. Kilbi uksele on toodud mõõteriistade ühendamiseks ning ahelate lahutamiseks ja sildamiseks vajalikud väljaviigud.

Joonis 82. Sagedusmuunduri stend

eestvaates Joonis 83. Sagedusmuunduri stendi

üldistatud elektriskeem

99

Joonis 84. Sagedusmuunduri Altivar 71 katsestendi skeem

100

4.1.1. Lisaaparatuur Alalisvoolu vahelülisse jadamisi ühendatud drosselit L1 kasutatakse voolu harmooniliste vähendamiseks. Tõhususe tõstmiseks võib drosselit kombineerida passiivfiltritega. Sagedusmuunduri alla monteeritud võrgufiltri Z1 ülesanne on vähendada võrku kiirguvaid raadiohäireid jm elektromagnetilist müra. Ühenduskaabli pikkusest sõltuvalt on soovitatav kasutada muunduri ja mootori vahel lisainduktiivsust. Kriitiline pikkus sõltub ajami võimsusest ja kaabli tüübist (varjestatud või varjestamata). Drosseli L2 ülesanded on:

• piirata siirde-liigpingeid du/dt kuni 500 V/µs

• piirata liigpingeid mootori klemmidel

• filtreerida drosseli ja mootori vahel asuva kontaktori lülitamisest tekkivaid häiringuid

• vähendada mootori lekkevoolu

4.1.2. Mootorid Vedavad ja koormusmootorid on identsed asünkroonmasinad.

Tüübitähis Sh 80-4B Tootja Bevi Nimivõimsus Pn 0,75 kW Nimipinge Un 230/400 V ∆/Y Nimivool In 1,93 A Nimisagedus fn 50 Hz Nimipöörlemiskiirus nn 1390 p/min Nimikasutegur ηn 75% Võimsustegur cosφ 0,73 Vääratusmomendi kordaja λT 2,1 Rootori inertsimoment J 2,1 10-3 kgm² Mootori mass 8,8 kg

4.1.3. Mootori ülekuumenemiskaitse Sagedusmuunduris Altivar 71 on tarkvaraline ülekuumenemiskaitse, mis toimib nii loomuliku kui sundjahutusega mootorite korral. Mikroprotsessor on võimeline hindama ka seisva mootori termilist olekut. Tarkvaraline ülekuumenemiskaitse on arvestatud mootorit ümbritseva keskkonna temperatuurile kuni 40 °C. Kõrgema temperatuuri kor ral tuleb kasutada mootori korpusesse integreeritud termistorkaitset, mille väljund ühendatakse sagedusmuunduri selleks ette nähtud sisendisse.

4.1.4. Kohtjuhtimine: graafiline kasutajaliides Sagedusmuunduri Altivar 71 esiküljel asub vedelkristallkuvariga kasutajaliides (joonis 85), mille abil saab:

• sagedusmuundurit juhtida ja seadistada

• kuvada eri näitusid (nt mootori parameetrid, sisendite ja väljundite olekud)

• salvestada ja maha laadida seadistusfaile. Kokku on võimalik salvestada kuni neli konfiguratsiooni

101

1. Täisgraafiline kuvar: • 8 rida, 240 x160 pikslit • joondiagrammide kuvamine

2. Funktsionaalsed sõrmised F1, F2, F3, F4: • kasutajadialoog: otseligipääs olulisematele parameetritele, abimenüüd, navigeerimine • rakenduslikud funktsioonid: kaug- ja kohtjuhtimine, etteandekiirus

3. STOP/RESET: mootori kohalik peatamine / veateate ennistamine

4. RUN: mootori kohtkäivitus 5. Navigeermisnupp: • vajutus: salvestab ekraanil oleva väärtuse (ENT) • pööramine ± suunas: suurendab või vähendab ekraanil olevat väärtust, viib kursori järgmisele või eelmisele tekstireale

6. FWD/REV: muudab mootori pöörlemissuunda

7. ESC: väljumine eelmisele menüütasemele

Joonis 85. Sagedusmuunduri graafiline kasutajaliides

Kohtjuhtimiseks on võimalik kasutada sõrmiseid RUN, FWD/REV ja STOP/RESET. Kasutajaliidesel olevad menüüd on jagatud alammenüüdeks, milles liikumine on viidud võimalikult intuitiivseks (joonis 86, joonis 87).

1. Näidud: • ajami olek (nt RUN – töös) • aktiivne juhtsignaali allikas (nt Term-klemmid) • etteandesagedus • mootori koormusvool

2. Menüürida 3. Menüüde, alammenüüde, parameetrite,

väärtuste, joondiagrammide ala 4. Sõrmistele F1...F4 omistatud

funktsioonide kuvamine, nt: • >>: kuva kerimine paremale või siirdumine järgmisele menüütasandile või väärtuse vähendamine • <<: kuva kerimine vasakule või siirdumine järgmisele menüütasandile või väärtuse suurendamine • Quick: kiirendatud ligipääs parameetrile • Code: valitud parameetri koodi kuvamine

5. : kuva saab kerida allapoole 6. : kuva saab kerida üles

Joonis 86. Sagedusmuunduri graafilise kasutajaliidese ekraan

102

1 Ajami menüü

Menüüpunkt Funktsioon 1.1 SIMPLY START Lihtsustatud menüü 1.2 MONITORING Mootori,

sisendite/väljundite ja sideparameetrite kuvamine

1.3 SETTINGS Talitluse käigus muudetavad parameetrid

1.4 MOTOR CONTROL Mootori parameetrid 1.5 INPUTS/OUTPUTS CFG

Sisend- ja väljundsignaalide seadistamine

1.6 COMMAND Juht- ja etteandesignaalide allikate valik

1.7 APPLICATION FUNCT. Rakenduslikud funktsioonid (nt etteandekiirused, PID-regulaator)

1.8 FAULT MANAGEMENT Veahaldusprotsesside seadistus

1.9 COMMUNICATION Sideprotokollide seadistus 1.10 DIAGNOSTICS Mootori ja

sagedusmuunduri talitluse diagnostika, testid, häiresalvesti

1.11 IDENTIFICATION Sagedusmuunduri andmed 1.12 FACTORY SETTINGS Tehasesätete taastamine 1.13 USER MENU Kasutaja valitud

parameetrid 1.14 PROGRAMMABLE CARD

Sisemise kontrolleri parameetrite seadistus

2 Näitude rida

3 Protsessikuva: väärtuste kuvamine joondiagrammina või arvuliselt vastavalt seadistuse le

4 Põhimenüü

Menüüpunkt Funktsioon 1. DRIVE MENU Ajami menüü 2. ACCESS LEVEL 4 ligipääsuastet: lihtne,

piiratud, edasijõudnud, ekspert 3. OPEN/SAVE AS Failivahetus graafilise

kasutajaliidese ja sagedusmuunduri vahel

4. PASSWORD Seadete kaitsmine parooliga 5. LANGUAGE Kasutajaliidese keele valik 6. MONITORING CONFIG.

Näidurea 2 ja protsessikuva 3 seadistus (joondiagramm või arvväärtus)

7. DISPLAY CONFIG. Kuva seadistus

Joonis 87. Kasutajaliidese menüüd

103

4.1.5. Kohtjuhtimine: juhtimisaparatuur kilbi uksel SB1 Stendi pingestamine H1 Indikatsioon „Stend pingestatud” SB2 Stendi väljalülitus SB3 Hädaseiskamine SB4 Ajami peatamine SB5 Ajami käivitamine pärisuunas

kohtjuhtimisel SB6 Ajami reverseerimine kohtjuhtimisel S1 Kaug-kohtjuhtimise ümberlüliti R10 Kiiruseseade kohtjuhtimisel

4.1.6. Kaugjuhtimine Sagedusmuunduri Altivar 71 kaugjuhtimiseks saab kasutada mitmeid andmeside protokolle:

• Modbus • CANOpen • Profibus DP • DeviceNet • Ethernet TCP/IP

Tarkvarapaketiga PowerSuite saab ajamit juhtida otseühenduses, üle Ethernet-i, modemi või Bluetooth-i – juhtmevaba liidese. Sagedusmuunduris on ka integreeritud veebiserver, millega saab jälgida olulisemaid parameetreid, muuta lihtsamaid seadistusi ja jälgida ostsilogramme.

Vastavalt seadistatud veebiliidesega programmeeritavat telemaatikakontrollerit kasutades on tavalise veebilehitseja abil võimalikud kõik kaugjuhtimistoimingud:

• juhtimine • jälgimine • seadistamine

4.2. Sagedusmuunduri häälestamine – kohapeal

4.2.1. Sissejuhatus Pingestage stend, vajutades nupule STEND SISSE. Kilbi uksel süttib valge signaallamp STEND PINGESTATUD ja sagedusmuunduri kasutajaliidese ekraanile ilmub algkuva.

- >

104

4.2.2. Kiirhäälestusmenüü 1. Navigeerimisnupu (joonis 85) abil sisenege ajami menüüsse 1 DRIVE MENU - > 1.1

SIMPLY START . Sellest alammenüüst piisab enamiku parameetrite määramiseks. 2. Määrake juhtimisviisiks kolmejuhtmeline süsteem ehk impulsslülitid „Edasi”, „Tagasi” ja

„Stopp” [2/3 wire control] -> [3 wire] . Muudatuse jõustamiseks tuleb hoida klahvi all vähemalt 2 s.

3. Veenduge, et makrokonfiguratsioon [Macro configuration] = [Start/Stop]. ja mootori standardsagedus [Standard mot. freq] = [50 Hz] .

4. Sisestage sagedusmuundurisse mootori sildiandmed: a. [Rated motor power] – nimivõimsus b. [Rated motor volt] – nimipinge c. [Rated mot. current] – nimivool d. [Rated motor freq.] – nimisagedus e. [Nom motor speed ] – nimikiirus

5. Seadke sagedusmuunduri maksimaalseks väljundsageduseks [Max frequency] = 70 Hz. 6. Veenduge, et faasijärjestus oleks päripidine [Output Ph rotation] = [ABC] . 7. Seadke mootori termiline vool [Mot. therm current] võrdseks nimivooluga. Termiline vool

kujutab endast vahelduvvoolu aktiivkomponenti, mis põhjustab mähiste kuumenemist. 8. Valige väikseimaks väljundsageduseks [Low speed] = 0 ja kõrgeimaks sageduseks

[High speed] = 70 Hz.

4.2.3. Väljundkontaktori aktiveerimine Turvalisuse tõstmiseks lisatakse sagedusmuunduri jõuväljundisse kontaktor. Kontaktori juhtimiseks kasutatakse sagedusmuunduri releekontakti ja digitaalsisendit. 1. Valige rakendusfunktsioonide menüüpunkt 1 DRIVE MENU > 1.7 APPLICATION

FUNCTIONS -> [Output contactor cmd ]. 2. Omistage kontaktori juhtimine releekontaktile R2 [Out. contactor ass.] = [R2] . 3. Määrake kontaktori tagasisideks binaarsisend LI4 [Output contact. fdbk.] = [LI4] .

4.2.4. Ajami automaathäälestus 1. Liikuge tagasi menüüsse 1 DRIVE MENU - > 1.1 SIMPLY START . 2. Valige automaathäälestuse alammenüü [Auto-tuning] . 3. Viige läbi automaathäälestus [Auto-tuning] = [Yes] .

4.2.5. Juhtimismooduse valik U/f = const Põhiosa parameetritest saab defineerida kiirhäälestusmenüü 1.1 SIMPLY START all. Järgnevalt määratakse täpsemad juhtimisnäitajad. Seadke juhtimismooduseks pinge ja sageduse suhte järgi liikumine: 1. Liikuge põhimenüüs punktile [1 DRIVE MENU] -> [1.4 MOTOR CONTROL] . 2. Valige libistuse kompensatsioonita U/f juhtimine: [Motor control type] = [V/F 2pts] .

4.2.6. Inkrementaalanduri defineerimine Inkrementaalset impulssandurit ehk enkoodrit kasutatakse ajami kiiruse mõõtmiseks. 1. Valige alammenüüst [1.4 MOTOR CONTROL] nelja kanaliga enkooder [Encoder type] =

[AABB] . 2. Seadke impulsside arvuks pöörde kohta [Number of pulses] = 256.

105

3. Aktiveerige inkrementaalanduri seisundi jälgimine [Encoder check] = [Yes] . 4. Määrake enkoodri kasutuseks kiiruse mõõtmine [Encoder usage] = [Fdbk monit.] .

4.2.7. Juhtimissignaalide valik Sagedusmuundurit on võimalik juhtida nii kohapealt kui eemalt (kaugjuhtimine). Juhtimissignaalide allikas määratakse kilbi uksel oleva ümberlülitiga KAUG / KOHT. 1. Liikuge põhimenüüs punktile [1 DRIVE MENU] -> [1.6 COMMAND] . 2. Määrake esimeseks seadeallikaks andmesidevõrk: [Ref. 1 channel] = [Com. card] . 3. Määrake seadesuurusele ja käskudele ühine allikas [Profile] = [Not separ.] . 4. Pange signaaliallikaid vahetama binaarsisendiga LI5 ühendatud lüliti [Ref. 2 switching] =

[LI5] . 5. Defineerige teiseks signaaliallikaks analoogsisendisse AI ühendatud kiiruse

potentsiomeeter [Ref. 2 channel] = [AI1] .

4.2.8. Parameetrikuva häälestamine 1. Pange ekraani ülemine rida näitama seadesagedust ja voolu:

a. liikuge põhimenüüs punktile [6 MONITORING CONF.] -> [6.1 PARAM BAR SELECT]

b. määrake ülemise rea näitudeks seadesagedus [Frequency ref.] ja vool [Motor current]

2. Kuvage alumisel tablool muunduri väljundkiirus, -võimsus ja -pinge ning mootori moment ja tegelik sagedus:

a. seadke kuva tüübiks loetelu [6.1 PARAM BAR SELECT] -> [Display valaue type] = [List]

b. parameetrite valikust [PARAMETER SELECTION] määrata näitudeks väljundkiirus [Motor speed] , -pinge [Motor voltage], -võimsus [Motor power]¸ mootori moment [Motor torque] ja mõõdetud sagedus [Measured output fr.]

3. Tablool on mootori võimsus ja moment antud protsentides nimiväärtusest. 4. Mõõdetud sageduse all mõistetakse siinkohal staatori pöördvälja sagedusele taandatud

rootori pöörlemiskiirust n. Pöörlemiskiirus ise on tuletatav seosest p

fn m⋅=

60, kus fm on

mõõdetud sagedus ja p mootori pooluspaaride arv. 5. Vajutage järjest klahvile Esc , kuni näidud ilmuvad nähtavale.

4.2.9. Ajami kontroll tühijooksul 1. Viige ajam kohtjuhtimisele. 2. Keerake kiiruse potentsiomeeter nulli. 3. Käivitage ajam, vajutades nupule EDASI. 4. Keerake kiiruse potentsiomeetrit aeglaselt ülespoole. Jälgige väärtuste muutumist tablool. 5. Reverseerige ajam nupuga TAGASI. 6. Seadke mootori kiiruseks 1000 p/min. 7. Peatage ajam nupuga STOPP.

106

4.3. Sagedusjuhtimisega ajami omadused all- ja ülap ool nimikiirust – veebipõhine

4.3.1. Eelseaded 1. Juhtimismoodus [V/f 2 pts] ehk pinge ja sageduse järgi juhtimine 2. Kiirendusaeg ACC = 0,1 s 3. Pidurdus vaba väljajooksuga [STT = Freewheel stop]

4.3.2. Töö käik Võetakse üles momendi, võimsuse ja pinge sõltuvus toitepinge sagedusest: 1) käivitage ajam nullkiirusel 2) registreerige pinge, momendi ja võimsuse väärtused 10 punktis vahemikus 20...70 Hz 3) peatage ajam Katse tuleb läbi viia koormustel: 1) konstantne koormus T=TL=const 2) ventilaatorkoormus T~n² 3) konstantne võimsus P=const

4.3.3. Tulemuste töötlus Koostada momendi-, võimsus- ja pingekõverad sõltuvana sagedusest T=f(f), P=f(f) ja U=f(f). Hinnata ajami omadusi all- ja ülalpool nimisagedust.

4.3.4. Metoodilised juhendid Kuni nimisageduseni hoitakse toitepinge ja -sageduse suhet ning momenti konstantsena. Sageduse ülempiir sõltub mootori konstruktsioonist ja dokumentatsioonis lubatud väärtustest; teatavasti kasvab rootorile mõjuv tsentrifugaaljõud koos pöörlemiskiiruse ruuduga. Kuna mootori võimsus on konstantne, siis nimisagedusele vastavast sünkroonkiirusest kõrgemal peab mootor ülekoormuse vältimiseks töötama vähendatud magnetvooga ja mootori moment kahaneb märgatavalt (joonis 88).

Joonis 88. Momendi, võimsuse ja pinge sõltuvus sagedusest

107

4.4. Kiirendus- ja pidurduskõverad – veebipõhine

4.4.1. Eelseaded 1. Juhtimismoodus SVC I (voo juhtimine vooluvektori järgi) 2. Pidurdus rambiga 3. Seadekiirus 2000 p/min 4. Konstantne koormus TL=0,7 Tn

4.4.2. Töö käik Võtta üles kiiruse, momendi ja voolu ajadiagrammid erinevate kiirendus- ja pidurduskõverate ehk rampide juures. Selleks kiirendatakse ajam 2000 p/min ja seejärel peatatakse. Sooritada 4 katset võrdsete kiirendus- ja pidurdusaegadega vahemikus 0,1...5 s, kasutades iga ajaväärtuse juures 3 eri kujuga kõverat: 1. Lineaarne 2. S-kujuline 3. U-kujuline

4.4.3. Tulemuste töötlus Koostada kiiruse, momendi ja voolu ajadiagrammid n=f(t), T=f(t) ja I=f(t). Võrrelda ajami dünaamikat (kiiruse muut, momendi- ja voolutõuge) eri kuju ja kestusega kiirendus- ja pidurdusrampide puhul.

4.4.4. Metoodilised juhendid Kiirendus- ja aeglustuskõverad määravad väljundsageduse muutumise kiiruse pärast uue seadesuuruse sisestamist. Kõverad võivad olla kas lineaarsed, S- või U-kujulised (joonis 89). S-kujulised kõverad vähendavad mehaanilistest lõtkudest põhjustatud tõukeid ja piiravad siirdeprotsesside käigus erinevust suure inertsiga töömasinate tegeliku kiiruse ja etteandekiiruse vahel. S-kujuliste kiirenduskõverate tüüpilised rakendusalad on pakkeliinid, konveierid ning elektertransport.

Kiirendus- ja aeglustusrampide sätitavad kestused peavad sobima ajami tegelike parameetritega. Suure inertsimomendiga ajami puhul ei saa valida väga lühikese kestusega kiirendus- või aeglustusrampi, sest see vajaks ka väga suurt pöördemomenti ja ajami suurt võimsust. Reaalse ajami puhul põhjustab liiga lühikese kestusega käivitus- või pidurdusrambi valik ajami sisseehitatud kaitsesüsteemi rakendumise, muunduri väljalülitumise ja mootori seiskumise.

Lineaarne S-kujuline U-kujuline

FrS – mootori nimisagedus t1 – kiirenduse kestus t2 – aeglustuse kestus

FrS – mootori nimisagedus t1 – kiirenduse ja aeglustuse kestus t2 – lineaarne osa = 0,6·t1

FrS – mootori nimisagedus t1 – kiirenduse ja aeglustuse kestus t2 – lineaarne osa = 0,5·t1

Joonis 89. Kiirendus- ja pidurduskõverate kujud

108

4.5. Ajami pidurdamine – veebipõhine

4.5.1. Eelseaded 1. Juhtimismoodus SVC I (voo juhtimine vooluvektori järgi) 2. Rambi kuju: lineaarne 3. Käivitusrambi kestus 3 s 4. Pidurdusrambi kestus 3 s 5. Tühijooksukoormus TL=0

4.5.2. Töö käik Käivitades ajami ja peatades selle erinevatel kiirustel katsetatakse pidurdusviiside eripära ja tõhusust. Selleks tuleb teha 4 katset kiiruste vahemikus 500...2000 p/min, kasutades kiiruse iga väärtuse puhul kolme pidurdusmoodust: 1. vaba väljajooks 2. pidurdus rambiga 3. dünaamiline pidurdus Dünaamilise pidurduse puhul tuleb teha kaks katset, muutes vastavalt kas pidurdusvoolu vahemikus 0,5–1,5 A või pidurduse kestust vahemikus 0,1...1,0 s. Seega on katseid kokku 4.

4.5.3. Tulemuste töötlus Koostada kokku 3 diagrammi n=f(t), T=f(t) ja I=f(t), tuues igaühel kõverad eespool kirjeldatud 4 juhtumi puhul. Võrrelda ajami dünaamikat (voolu, kiiruse ja momendi muutumist) erinevatel pidurdusviisidel. Kuidas mõjutab pidurdusvool ja -kestus dünaamilise pidurduse intensiivsust?

4.5.4. Metoodilised juhendid Ajam võib peatuda kas (joonis 90): 1. vaba väljajooksuga 2. aeglustusrambiga või 3. dünaamilise pidurdusega

Vabal väljajooksul lahutatakse mootor võrgust ning mootori kiirus hakkab hõõrde- jm takistusjõudude mõjul vähenema. Aeglustusrambi puhul aeglustatakse mootori kiirust sageduse vähendamisega. Kuna sagedus osutub esialgu seadesagedusest suuremaks, satub mootor generaatoritalitlusse ja hakkab energiat võrku tagastama. Pidurdusaja vähim kestus sõltub ajami võimsusest jm omadustest: energia tagastumisel hakkab alalisvoolu vahelüli pinge tõusma, kusjuures kasvu kiirus sõltub pidurdusaja kestusest ja töömasinasse salvestunud kineetilisest energiast. Alalisvoolu vahelüli pinge piiramiseks kasutatakse kas kahepoolset talitlust (energia tagastamine võrku) võimaldavaid muundureid või pidurdustakisteid, kus kineetiline energia muundatakse soojuseks.

Dünaamilisel pidurdusel juhitakse staatori mähistesse alalisvool. Tekkinud seisev magnetväli indutseerib rootoris pöörisvoolud, mis hakkavad koostoimes staatoriväljaga mootorit pidurdama. Pidurduse intensiivsus sõltub voolutugevusest ja pöörlemiskiirusest.

109

Joonis 90. Pidurdusviiside ajadiagrammid

4.6. Skalaar- ja vektorjuhtimise erinevused – veebi põhine

4.6.1. Eelseaded 1. Käivitus ja pidurdus rambiga 2. Rambi kuju: lineaarne 3. Käivitusrambi kestus 3 s 4. Pidurdusrambi kestus 3 s

4.6.2. Töö käik Katsetatakse ajami omadusi erinevatel seadekiirustel ja koormuskarakteristikutel nii skalaar- kui vektorjuhtimise korral. 1. Seada juhtimismooduseks [V/f 2 pts] ehk pinge ja sageduse järgi juhtimine

a. anda ajamile püsikoormus 0,7Tn b. mõõta ajami tegelikku kiirust ja momenti kokku 5 punktis seadekiiruste

vahemikus 500...2000 p/min c. korrata katset ventilaatorkoormusel TL~n², konstantsel võimsusel P=const ja

juhuslikult muutuval koormusel TL=var 2. Seada juhtimismooduseks SVC I (voo juhtimine vooluvektori järgi)

a. anda ajamile püsikoormus 0,7Tn b. mõõta ajami tegelikku kiirust ja momenti kokku 5 punktis seadekiiruste

vahemikus 300...2000 p/min c. korrata katset ventilaatorkoormusel TL~n², konstantsel võimsusel P=const ja

juhuslikult muutuval koormusel TL=var

4.6.3. Tulemuste töötlus Koostada joonisel graafikud f(ntegelik) = f(nseade) mõlemal juhtimisviisil koormuskõveratele: 1. TL=0,7 Tn 2. TL~n² 3. P=const 4. TL=var (Kokku 4 graafikut, igal 2 kõverat)

Kuidas suudab ajam hoida etteantud kiirust erinevatel koormuskarakteristikutel ja erinevate juhtimisviiside korral? Millisel juhul piisab skalaarsest sagedusjuhtimisest ja millal osutub otstarbekamaks vektorjuhtimine?

4.6.4. Metoodilised juhendid Tavapäraselt on sagedusjuhtimine ette nähtud mootori momendi, kiiruse või võlli pöördenurga (asendi) juhtimiseks avatud või suletud juhtimisahelaga süsteemides tingimusel, et väljundsuurust reguleeritakse suhteliselt aeglaselt ning mootor töötab

110

peamiselt püsitalitluses. Võrreldes avatud süsteemidega võimaldavad suletud juhtimisahelaga süsteemid väljundsuuruste reguleerimise täpsust oluliselt tõsta ning ajami dünaamilisi näitajaid mõnevõrra parandada, nõnda et ajamit saab kasutada ka toitepinge märgatavate kõikumiste ning muutliku koormuse korral. Sageduse muutumise kiirus ehk kiirendus- ja aeglustusrampide kestus on tavalise sagedusjuhtimise puhul aga rangelt piiratud. Tavalist sagedusjuhtimist kasutatakse peamiselt püsikiirusel töötavate või väikese toimekiirusega reguleerimist nõudvate masinate, nagu pumpade, ventilaatorite ja kompressorite käitamiseks. Sellist juhtimisviisi võib nimetada ka skalaarjuhtimiseks, sest juhtimine toimub sageduse ja pinge efektiivväärtuse järgi, mis mõlemad on ajas mõõdetavad keskmised suurused.

Suure toimekiirusega elektriajamite juhtimiseks kasutatakse tänapäeval vahelduvvoolumasinate vektorjuhtimist. Nimetus vektorjuhtimine tuleneb sellest, et juhtimiseks vajalikku informatsiooni mootori oleku kohta saadakse mootori mudeli järgi leitud vahelduvvoolu, -pinge ja magnetvoo hetkväärtuste põhjal, mida mitmefaasilises süsteemis kirjeldavad sellekohased pöörlevad vektorid. Seepärast tähendab nimetus vektorjuhtimine eelkõige juhtimist magnetvälja pöörleva suunavektori järgi. Siit tuleneb ka mõiste juhtimine väljasuunistuse järgi.

Mootori magnetvoogu võib juhtida nii pingevektori (moodus SVC V) kui vooluvektori järgi (moodus SVC I). Nende kahe mooduse puhul on tegemist avatud juhtimisahelaga, kus juhtimise aluseks on võetud mootori dünaamikamudel. Võimalik on ka kiiruse tagasisidega vooluvektori juhtimine (moodus FVC), mis tagab suurema täpsuse ja millega saab arendada momenti ka nullilähedastel kiirustel.

111

5. KOLME SAGEDUSMUUNDURIGA ELEKTRIAJAM

5.1. Sissejuhatus Stend koosneb kolmest ATV71-seeria sagedusmuundurist ja kolmest mootorist. Kõigi kolme mootori võllid on omavahel mehaaniliselt ühendatud rihmaratastel paikneva hammasrihma kaudu (joonis 91).

Sagedusmuundur V3 (1,5 kW) juhib mootorit M3 (1,5 kW) ning selle abil saab uurida momendipiirangu ja momendijuhtimise funktsioone. See on ka mootorite M1 ja M2 koormuseks, kusjuures koormus määratakse seademomendiga. Pidurdusenergia hajutatakse pidurdustakistis, mida saab lahutada kontaktoriga. Sagedusmuunduriga V1 (1,5 kW) juhitakse:

• ainult mootori M1 (0,75 kW) kiirust • või paralleelselt M1 ja M2 (0,75 kW) kiirusi

Sagedusmuundur V2 (0,75 kW) juhib mootori M2 kiirust, kui viimane ei tööta rööbiti mootoriga M1, või ülem-alluv süsteemis momendijuhtimisega järgivajamina. M1 ja M2 seadeid vahetatakse juhtvõtmega. Sagedusmuunduritel V1 ja V2 on juhtimiskäsud AV/AR (Avant – edasi, Arrière – tagasi) ja ühine kiiruseseade. Sagedusmuundurite alalisvoolusiinid ühendatakse kontaktorite abil.

5.1.1. Juhtimisobjekt Sagedusmuunduriga ajami V3 ülesanne on piirata ja juhtida momenti. Sagedusmuunduri abil saab uurida: 1. juhtsignaalide toimeid 2. avatud ja suletud juhtimisahelate eripära 3. reaktsioone koormuse hüppelisele

muutusele 4. tundetustsooni kasutamist ja mõju

juhtimisele V1 ja V2 juhivad mitmemootorilises ajamisüsteemis kumbki oma mootorit.

5.1.2. Mitmemootoriliste ajamisüsteemide juhtimine

Mõlema mootori juhtimisel ühe sagedusmuunduriga saab: 1. deaktiveerida libistuse kompensatsiooni 2. tasakaalustada koormust 3. kasutada ülem-alluv tüüpi ehk

kaskaadjuhtimist Sagedusmuundurite alalisvoolusiinide kokkuühendamise korral tekib energia tagastamise ehk rekuperatiivpidurduse võimalus.

112

Joonis 91. Kolme sagedusmuunduriga elektriajami põhimõtteskeem

113

5.2. Ettevalmistus − kohapeal 1. Sagedusmuunduri V3 seadistamine momendipiiranguga Mootor M3 on koormuseks mootoritele M1 ja M2. Sagedusmuundur toimib aktiveeritud momendipiiranguga ja mootor M3 töötab generaatoritalitluses IV kvadrandis. Energia kas tagastatakse ühisesse alalisvoolusiini või hajutatakse pidurdustakistis. 2. Sagedusmuunduri V1 häälestamine multikonfiguratsioonis Tuleb määratleda kaks seadistust:

• mootorite M1 ja M2 üheaegne juhtimine, seega võimsusseade 1,5 kW • ainult mootori M1 juhtimine, võimsus seega 0,75 kW

3. Sagedusmuunduri V2 seadistamine

Jätta kehtima tehaseseaded 0,75kW mootorile või sisestada sildiandmed.

5.2.1. Sagedusmuunduri V3 seadistamine 1. Taastada üldkonfiguratsioon Start/stop [1.1 SIMPLY START -> Macro conf.] 2. Sisestada mootori M3 sildiandmed ja teha automaathäälestus [1.1 SIMPLY START] 3. Sisestada nimivooluga võrdne termiline vool (Mot. therm. current, ITH) [1.3 SETTINGS] 4. Seada ajami juhtimisviisiks SVCI [1.4 MOTOR CONTROL -> Motor control type] 5. Aktiveerida enkooder [1.4 MOTOR CONTROL]. Määrata enkoodri seaded:

a. signaalid [Encoder type] AABB b. impulsse pöördele [Number of pulses]: 1024 c. kasutamine [Encoder usage]: jälgimine [Fdbk monit.] d. aktiveerida enkoodri kontroll [Encoder check: Yes]

6. Sisendite ja väljundite omistamine a. LI1= Forward (Edasi) [1.5 INPUTS / OUTPUTS] b. LI2 = Reverse (Tagasi) [1.5 INPUTS / OUTPUTS] c. AI2 defineerida kiiruse seadekanalina 1 pingesignaaliga 0...10 V d. [1.5 INPUTS / OUTPUTS -> AI2 configuration -> AI2 type: Voltage] e. [1.6 COMMAND -> Ref.1 channel: AI2] f. teiseks juhtimiskanaliks määrata sidekaart

i. [1.6 COMMAND -> Ref.2 channel: Com. card] 7. Aktiveerida momendipiirangu funktsioon [1.7 APPLICATION FUNCTIONS -> TORQUE

LIMITATION] a. jätta funktsioon pidevalt aktiivseks [Torque limit. activ.: Yes] b. seada nii mootori- kui generaatoritalitluses momendipiirang 100% c. omistada momendiseade analoogsisendile A1 [Torque ref. assign: AI1]

8. Deaktiveerida pidurdusrambi isekohandumisfunktsioon a. [1.7 APPLICATION FUNCTIONS -> RAMP -> Dec. ramp adapt.: No]

9. Seadistada parameetrikuva [MONITORING CONFIG] a. ülemisel real kuvada seade- ja väljundsagedus

i. [6.1 PARAM. BAR SELECT. -> Frequency ref., Output frequency) b. ekraani keskel kuvada graafiliselt moment ja toitepinge

i. [6.2 MONITOR SCREEN TYPE -> Dispaly value type: Bar graph] ii. [PARAMETER SELECTION: Motor torque, Mains voltage]

10. Sulgeda lüliti M3 ja pidurdustakisti lüliti RFR 11. Käivitada ajam kontrolliks

a. lülitada sisse juhtvõti M3 b. anda ajamile maksimaalne momendiseade (Couple

M3) c. anda ajamile kiiruseseade (Vitesse M3) d. anda ajamile korraldus “Edasi” (juhtvõti AV M3) ja

seejärel “Tagasi” (juhtvõti LI2 M3) e. kontrollida momendiseade toimimist (vähendada

momenti mootori seiskumiseni) ja peatada ajam f. lülitada välja juhtvõti M3

M3

114

12. Salvestada kehtivad sätted Fail 1 all a. [3 OPEN / SAVE AS -> SAVE AS -> File 1]

5.2.2. Sagedusmuunduri V1 seadistamine 1. Taastada üldkonfiguratsioon Start/stop (vt muundur V3) 2. Aktiveerida mitme mootori juhtimine

a. [1.7 APPLICATION FUNCTIONS -> MULTIMOTORS/CONF. -> Multimotors: Yes]

b. määrata ühe- ja mitmemootorilise konfiguratsiooni ümberlülituseks digitaalsisend LI6 [2 configurations: LI6]

3. Viia juhtvõti asendisse M1.M2 4. Sisestada mootori M1 sildiandmed ja viia läbi automaathäälestus (vt muundur V3) 5. Seada voolupiirang 2In [1.3 SETTINGS -> Current Limitation] 6. Sisestada termiline vool ITH (vt muundur V3) 7. Seada ajami juhtimisviisiks SVCI [1.4 MOTOR CONTROL -> Motor control type] 8. Aktiveerida enkooder [1.4 MOTOR CONTROL]. Määrata enkoodri

seaded a. signaalid [Encoder type] AABB b. impulsse pöördele [Number of pulses]: 1024 c. kasutamine [Encoder usage]: jälgimine [Fdbk monit.] d. aktiveerida enkoodri kontroll [Encoder check: Yes]

9. Sisendite ja väljundite omistamine a. LI1= Forward (Edasi) [1.5 INPUTS / OUTPUTS] b. LI2 = Reverse (Tagasi) [1.5 INPUTS / OUTPUTS] c. AI1 defineerida kiiruse seadekanalina 1 pingesignaaliga 0...10 V

i. [1.5 INPUTS / OUTPUTS -> AI1 configuration -> AI1 type: Voltage] ii. [1.6 COMMAND -> Ref.1 channel: AI1]

d. teiseks juhtimiskanaliks määrata sidekaart i. [1.6 COMMAND -> Ref.2 channel: Com. card]

e. panna analoogväljund AO1 väljastama momendi väärtust pingesignaalina i. [1.5 INPUTS / OUTPUTS -> AO1 configuration] ii. [AO1 assignment: Motor torq.] iii. [AO1 Type: Voltage]

10. Deaktiveerida rambi isekohandumisfunktsioon (vt muundur V3) 11. Seadistada parameetrikuva [MONITORING CONFIG]

a. Ülemisel real kuvada aktiivne konfiguratsioon ja seadesagedus i. [6.1 PARAM. BAR SELECT. -> Frequency ref., Config. active)

b. Ekraani keskel kuvada graafiliselt moment ja toitepinge i. [6.2 MONITOR SCREEN TYPE -> Dispaly value type: Bar graph] ii. [PARAMETER SELECTION: Motor torque,

Mains voltage] 12. Viia juhtvõti asendisse M1/M2 (1 muundur 2 mootori

juhtimiseks). Vasakule ülemisele kuvareale peab ilmuma Conf 1. 13. Sisestada mootorite M1 ja M2 summaarsed sildiandmed

a. Tähelepanu!Liituvad ainult võimsused ja voolud 14. Määrata voolupiiranguks 2In 15. Sisestada termiline vool ITH 16. Käivitada ajam kontrolliks

a. anda ette seadekiirus (Vitesse M1.M2) b. käivitada ajam algul päri- (AV M1.M2) ja seejärel vastassuunas (AR M1.M2) c. peatada ajam

17. Salvestada sätted Fail 1 all (vt muundur 3)

M1.M2 - M1/M2

M1.M2 - M1/M2

115

5.2.3. Sagedusmuunduri V2 seadistamine 1. Taastada üldkonfiguratsioon Start/stop (vt muundur V3) 2. Keerata juhtvõti M1.M2-M1/M2 asendisse M1.M2 (mõlemale

mootorile oma muundur) 3. Sisestada mootori M2 sildiandmed ja viia läbi automaathäälestus

(vt muundur V3) 4. Seada voolupiirang 2In (vt muundur V1) 5. Sisestada termiline vool ITH (vt muundur V3) 6. Seada ajami juhtimisviisiks SVCI [1.4 MOTOR CONTROL -> Motor

control type] 7. Aktiveerida enkooder [1.4 MOTOR CONTROL]. Määrata enkoodri seaded

a. signaalid [Encoder type] AABB b. impulsse pöördele [Number of pulses]: 1024 c. kasutamine [Encoder usage]: jälgimine [Fdbk monit.] d. aktiveerida enkoodri kontroll [Encoder check: Yes]

8. Sisendite ja väljundite omistamine a. LI1= Forward (Edasi) [1.5 INPUTS / OUTPUTS] b. LI2 = Reverse (Tagasi) [1.5 INPUTS / OUTPUTS] c. LI3 = Vaba väljajooks [1.7 APPLICATION FUNCTIONS -> STOP

CONFIGURATION -> Freewheel stop ass.: LI3] d. AI1 defineerida kiiruse seadekanalina 1 pingesignaaliga 0...10 V

i. [1.5 INPUTS / OUTPUTS -> AI1 configuration -> AI1 type: Voltage] ii. [1.6 COMMAND -> Ref.1 channel: AI1]

e. Teiseks juhtimiskanaliks määrata sidekaart i. [1.6 COMMAND -> Ref.2 channel: Com. card]

f. Defineerida analoogisisend AI2 pingesigaalina i. [1.5 INPUTS / OUTPUTS -> AI2 configuration -> AI2 Type: Voltage]

9. Aktiveerida momendijuhtimise funktsioon [1.7 APPLICATION FUNCTIONS -> TORQUE CONTROL]

a. jätta funktsioon pidevalt aktiivseks [Trq/spd switching Yes] b. momendi seadesignaaliks määrata AI2 [Torque ref. channel: AI2]

10. Deaktiveerida rambi isekohandumisfunktsioon (vt muundur V3) 11. Seadistada parameetrikuva [MONITORING CONFIG]

a. Ülemisel real kuvada aktiivne konfiguratsioon ja seadesagedus i. [6.1 PARAM. BAR SELECT -> Frequency ref., Config. active)

b. Ekraani keskel kuvada graafiliselt moment ja toitepinge i. [6.2 MONITOR SCREEN TYPE -> Dispaly value type: Bar graph] ii. [PARAMETER SELECTION: Motor torque, Mains voltage]

12. Salvestada sätted Fail 1 all (vt muundurid 3 ja 1) 13. Kontrollida sätteid tühijooksul

a. anda analoogsisendisse AI1 seadekiirus (Vitesse M1.M2)

b. katsetada mootoreid M1 ja M2 eraldi -> juhtvõti asendis M1.M2

c. käitada ajamit päri- ja vastassuunas d. katsetada mootoreid paralleelselt muunduriga

V1 -> juhtvõti asendis M1/M2 e. käitada ajamit päri- ja vastassuunas f. peatada ajamisüsteem g. viia juhtvõti M1.M2-M1/M2 keskmisesse asendisse

M1.M2 - M1/M2

M1.M2 - M1/M2

116

5.3. Katse tasakaalustamata koormustega − veebipõhine

5.3.1. Töö käik 1. Anda ajamitele V1 ja V2 vabalt valitud seadesagedus vahemikus 10...20 Hz 2. Käivitada ajamid V1 ja V2 tühijooksul. 3. Peatada ajamisüsteem 5 s möödumisel.

5.3.2. Tulemuste töötlus Panna kirja sagedusmuundurite V1 ja V2 väljundparameetrid valitud seadesagedusel: 1) kiirused, 2) voolud, 3) momendid. Hinnata koormuse jaotust V1 ja V2 vahel. Kuidas suudab ajamisüsteem hoida sagedusega etteantud kiirust?

5.3.3. Metoodilised juhendid Tehnoloogiliselt pole võimalik luua kahte absoluutselt identset asünkroonmootorit ega sagedusmuundurit, samuti pole ideaalsed autmoaathäälestuse käigus arvutatud asünkroonmootori mudelid. Andurivabal vektorjuhtimisel langeb isegi sarnaste häälestus- ja sisendparameetritega muundurite korral ühele mootorile suurem koormus kui teisele, mis võib sattuda generaatoritalitlusse. Ülekoormusel aktiveerub voolupiirang (tekst graafilisel kasutajaliidesel - CLI), mis ei lase ajamil saavutada etteantud kiirust. Liigvoolu kestmisel lülitab mikroprotsessorkaitse ajami mootori kaitsmiseks mõne aja möödudes välja. Generaatoritalitluses mootor hakkab suurendama sagedusmuunduri alalisvoolu vahelüli pinget, pidurdustakisti puudumisel annab mittetüüritava alaldiga sagedusmuundur teatud pingeläve ületamisel veateate OBF (liigpidurdus) ja lülitub välja. Mitmemootorilistes ajamisüsteemides ühendatakse sagedusmuundurite alalisvoolusiinid omavahel kokku, tulemusena tarbivad tagastatud energia mootorirežiimis töötavad muundurid ja toitevõrgu koormus väheneb.

5.4. Tasakaalustamine libistuse kompensatsiooniga − veebipõhine

5.4.1. Töö käik 1. Deaktiveerida sagedusmuundurite V1 ja V2 libistuse kompensatsioon (joonis 93)

(parameeter LbC=0) 2. Anda ajamitele V1 ja V2 vabalt valitud seadesagedus vahemikus 10...30 Hz 3. Käivitada ajamid V1 ja V2 4. Muuta aeglaselt V3-ga antavat koormusmomenti piirides 0...70% 5. Peatada ajamisüsteem

5.4.2. Tulemuste töötlus Koostada ühisel graafikul mehaanilised karakteristikud n=f(T) sagedusmuunduritega juhitavatele mootoritele M1, M2 ja M3. Hinnata koormuse jaotust M1 ja M2 vahel. Kuidas suudab ajamisüsteem hoida etteantud kiirust?

5.4.3. Metoodilised juhendid Kui libistuse kompensatsioon deaktiveerida, jaotub koormus ajamite vahel loomulikul viisil: enam koormatud mootor libistub rohkem ja selle moment väheneb, teisele mootorile langev moment suureneb ja püsitalitlusse jõudnuna võrdsustuvad mõlemad momendid. Tüüpilised kasutusalad on transportöörid ja konveierid (joonis 92).

117

Joonis 92. Koormuse jaotamine kahe mootori vahel

Joonis 93. Tunnusjoonte ühtlustumine libistuse kompensatsiooni puudumise korral

5.5. Tasakaalustamine ülem-alluv süsteemis – veebip õhine

5.5.1. Töö käik 1. Aktiveerida sagedusmuundurite V1 ja V2 libistuse kompensatsioon (parameeter

LbC=100%) 2. Aktiveerida ajami V2 momendijuhtimine [1.7 APPLICATION FUNCTIONS ->

TORQUE CONTROL -> Trq/spd switching: Yes] 3. Määrata momendi seadesisendiks AI2 4. Anda ajamitele V1 ja V2 vabalt valitud seadesagedus vahemikus 10...30 Hz 5. Käivitada ajamid V1 ja V2 6. Muuta aeglaselt V3-ga antavat koormusmomenti piirides 0...70% 7. Peatada ajamisüsteem

Kiiruse -seade

T

fs

M1 M2 DRV kompens.

118

5.5.2. Tulemuste töötlus Koostada ühisel graafikul mehaanilised karakteristikud n=f(T) sagedusmuunduritega juhitavatele mootoritele M1, M2 ja M3. Hinnata koormuse jaotust M1 ja M2 vahel. Kuidas suudab ajamisüsteem hoida etteantud kiirust?

5.5.3. Metoodilised juhendid Ülem-alluv süsteem tagab momendi parema jaotuse kahe jäigalt ühendatud võllidega mootori vahel (joonis 94). Peaajami analoogväljund väljastab momendi väärtuse, mis edastatakse järgivajami momenti piiravat või etteandvat signaali määravasse analoogsisendisse. Ajami toimekiirus on määratud analoogväljundi ja -sisendi toimekiiruste summaga.

Joonis 94. Momendijuhtimise põhimõte

Momendijuhtimisfunktsioon lubab juhtida kiiruse asemel mootori momenti. Seda on võimalik kasutada vooluvektori järgi juhtimisel (SVCI) nii avatud kui suletud juhtimiskontuuri korral. Avatud kontuuris on täpsus 15% ja suletud kontuuris 5% nimimomendist ning reguleerimispiirid ±300% Tn. Kasutusalade näiteid: 1. Veojõu juhtimine andurite abil 2. Tõstemehhanismid 3. Vintsid 4. Kerimis- ja mahakerimisseadmed 5. Momendijuhtimine ülem-alluv süsteemis

Momendijuhtimise funktsioon aktiveeritakse rakenduste alammenüüst (TSS = Yes , Lix, bus). Momendi seadesignaal tuleb omistada sobivale sisendile (TR1 =Aix, bus...). Momendi muutumise ramp on muudetav piirides 0...99 s (TRP).

Momendijuhtimiselt saab kiiruse reguleerimisele üle minna binaarsisendisse LI ühendatud juhtvõtmega või piirsageduste ületamisel (tundetustsoon). Momendi märki saab muuta binaarsisendiga või kahepolaarse ±10 V analoogsisendiga (TSD).

f ref

M M

Ülem kiiruse reguleerimine

Alluv momendi reguleerimine

Kiiruse - seade

AIx Momendi - seade AI

Ao

119

Momendijuhtimise korral saab kasutada kolme pidurdusviisi: • pidurdus kiiruserambiga TST=SPD • vaba väljajooks TST=NST • pidurdus momendirambiga TST=SPN

Aeg magnetvoo säilitamiseks pärast seiskumist on määratav SPT=x s.

Viibimisest momendijuhtimistalitluses võib sagedusmuundur teadustada binaarväljundi aktiveerimisega. Sagedusmuunduri võib programmeerida ka veateadet väljastama, kui muundur pole aja STO jooksul siirdunud momendijuhtimistalitlusse.

Kiiruse lubatav muutumine momendijuhtimistalitluses seadekiirusest üles- ja allapoole ehk tundetustsoon on seatav parameetritega (DBP, DBN). Tundetustsoonist väljumisel lülitub ajam ümber kiiruse reguleerimisele ja etteantud momenti enam ei tagata (joonised 95 ja 96).

Joonis 95. Momendijuhtimise tundetustsoon

Joonis 96. Momendi- ja kiirusejuhtimise vaheldumine

Tundetustsoon

Tundetustsoon

Moment

Kiirus

Momendi- seade

Kiiruseseade

DBN DBP

Kiirus FRH-DBN

Moment Kiirus FRH+DB

P Juhtimisviis Kiirus

FRH

TSS=Lix

Momendi - ja kiiruse juhtimise ümberlülitus binaarsisendiga (TSS=LIx) . FRH

Ramp

Märk +/-

Momendiseade

Kiiruseseade

TSD=LIx

Kordaja X

TRT TRP

ACC/DEC

kiiruse tagasiside

+-

Arendatav moment

Kiiruse kontuur

Momendi/voolu piirang

TSS=LIx

Ramp

Momendi reguleerimine

TR1=Aix, andmesiin ...

Ref-DBN < kiirus < Ref+DBP

DBN/DBP

Tundetus- tsoon

120

6. SERVOAJAMITE JUHTIMINE

6.1. Eesmärgid ja tulemused

Kui harjutused on tehtud, oskab üliõpilane: • kokku panna servoajami • viia läbi servoajami eelhäälestuse • kalibreerida baaspunkti • reguleerida kiirust, asendit ja kiirendust • reguleerida momenti

Servoajamite tööstuslikuks kavandamiseks, käitamiseks ja hoolduseks on vaja teada nende reguleerimise põhimõtteid.

6.2. Servoajami kokkupanek

6.2.1. Tulemus Üliõpilane oskab töövõimelise servoajami õigesti ja ohutult kokku panna.

6.2.2. Eesmärk Servoajami õige ja ohutusnõudeid järgiva kokkupaneku käigus tutvub üliõpilane süsteemi koostisosadega, nende koostisosade ülesannetega ja omavaheliste seostega töövõimelise süsteemi loomiseks (joonis 97).

6.2.3. Juhised

Riistvara paigaldamine alusplaadile

• kinnitada siin koos servomootoriga • kinnitada kontroller koos rikkevoolukaitsmega • ühendada mootori ja kontrolleri SEC-AC vahelised jõu- ja dekoodrikaablid (hall ja

oranž)

Juhtimispuldi kaabel

• ühendada lõpulülitite (induktiivandurid siini küljes) kaablid • ühendada kontrolleri ülaosal pesa X1 ja küljel montaažiliistul asuva rohelise

üleminekuadapteri vaheline lamekaabel • ühendada puldi kaabel väljaviigupesaga kontrolleri kaablil

Ettevaatusabinõud − välja peavad olema lülitatud

• servoajami kontrolleri koostul paiknev pealüliti • 24 V toiteallika lüliti

Ühendada

• servoajami kontrolleri 230 V toide võrku • SEC-AC väikepingekaabel 24 V toiteallikaga • SEC-AC ja töökohaarvuti vaheline modemikaabel

121

Joonis 97. Lineaarse teljega servoajami koostejoonis

122

6.3. Servoajami eelhäälestus

6.3.1. Tulemus Üliõpilane oskab viia servoajami töövalmidusse, kasutades selleks tarkvara Wmemoc põhilisi eelhäälestusfunktsioone.

6.3.2. Eesmärk Korrektne eelhäälestus aitab teha esmatutvust tarkvaraga ja süsteemi töölerakendamiseks vajalike eelseadetega.

6.3.3. Harjutuse sisu 1. Side loomine arvuti ja kontrolleri vahel. 2. Tarkvara Wmemoc suvandid ja parameetrite laadimine. 3. Riistvara korrasoleku kontroll. 4. Juhtimise dialoogiakna sätted. 5. Süsteemi aktiveerimine.

6.3.4. Juhised

Enne stendi pingestamist kontrollida, et

• juhtimispult ja arvuti on kontrolleriga ühendatud • toiteallika lüliti on asendis „Väljas” (OFF – alumine asend)

Juhtpuldi kontroll

• Juhtimisahel (Regler ) on välja lülitatud (lüliti alumises asendis) − roheline LED ei põle

• Jõuahel (Endst .) on välja lülitatud (lüliti alumises asendis) − roheline LED ei põle

• Kõik ülejäänud lülitid on väljas ja potentsiomeetrid 0-asendis

Pingestamine

Kelk peab olema keset siini. Pingestada järjekorras: 1. Võrgutoide 230 VAC 2. 24 VDC toide

Pärast automaatset riistvaratesti süttib kontrolleri esipaneelil valgusdiood READY. Väljalülitamine toimub vastupidises järjekorras.

123

Side loomine arvuti ja kontrolleri SEC-AC vahel

• Käivitada arvutis programm Wmemoc. Kui side on korras, avanevad 3 akent: Commands (juhtimine), Status (olek) ja Actual values (tegelikud väärtused).

Wmemoc-i suvandid

• Klõpsata rippmenüü alapunktil Actual values . Märkida kõik parameetrid, mis ilmuvad seejärel tegelike väärtuste dialoogiaknas:

Motorspeed − mootori pöörlemiskiirus Torque − moment Motor Current − mootori vool Rotor position – rootori nurkasend Temp. power stage − jõulülitite temperatuur Position Counter − pöördeloendur Power dissipation and DC-bus voltage − hajuvõimsus ja alalisvoolu vahelüli pinge

• Kõikide Wmemoc-i funktsioonide kasutamiseks valida Options > User level > Expert

124

Parameetrite laadimine

• Valida File > Parameter set > Read from file and store into servo

• Sobiva parameetrifaili (laiend .wpa) leidmiseks kasutada kataloogipuud

• Valida topeltklõpsuga mootori ja siiniga ühilduv parameetrifail. Pöörata tähelepanu siini orientatsioonile (vertikaalne või horisontaalne). Mootori tüübi leiab mootori pealt ja siini tüübi kelgu pealt

Parameetrite laadimiseks klõpsata „Ok” . Andmete ülekanne kestab umbes 50 s, misjärel ilmub ekraanile teade „Data transferred ”. Parameetrifailides sisalduv informatsioon määrab regulaatori jm esialgsed seadistused, mida tuleb edasise tegevuse käigus optimeerida. Pärast parameetrite muutmist tuleb need uuesti kontrolleri püsimällu laadida.

125

Parameetrite salvestamine

• Kontrolleri muutmälust kontrolleri püsimällu: Parameters > Save parameters

Alles pärast püsimällu laadimist säilivad salvestatud parameetrid ka toitekatkestuse korral.

Riistvara korrasoleku kontroll

• Liigutada kelku siinil lõpulülitite suunas. • Veenduda, et pöördeloenduri (Motorspeed ) väärtus muutuks üles- või allapoole

• Lõpulülitite funktsioneerimine

Kui kelgu jõudes lõppasendini on loendur lugenud ülespoole, peab ekraanil süttima Limit switch 1 .

126

• Liigutada kelku ka teises suunas − loendur peab lugema allapoole ning süttima Limit switch 0

Võimalikud rikked

Rike Tegevus Lõppasendisse jõudmisel puudub indikatsioon

Kontrollida ühendusi Kontrollida lõpulüliti korrasolekut Kontrollida lõpulüliti loogikat (avanev või sulguv) Kontrollida lüliteid juhtpuldil (E0, E1 - väljas)

Loenduri lugemissuund ei lange kokku lõpulülitite numeratsiooniga (üles LM1-ni, alla LM0-ni)

Tõsta lõpulülitite otsad ümber

Ajami aktiveerimine juhtpuldilt

• Lülitada sisse kontrolleri jõuahel (Endst.). Valgusdiood lüliti kohal süttib

• Lülitada sisse juhtimisahel (Regler). Valgusdiood lüliti kohal süttib

• Kontrolleri 7-segmendilisele tabloole ilmub P (positsioneerimisrežiim)

Kelk on nüüd fikseerunud ja seda ei saa enam liigutada. Muundurist kostab kõrgsageduslikku müra. Positsioneerimisrežiimi seadete kontroll Avada juhtimise (Commands ) dialoogiaken ja veenduda, et järgmised seaded on aktiivsed: • Drive enable (juhtimisosa sisselülitamine) • Motor speed control (kiiruse reguleerimine) • Position control (asendi reguleerimine) • Positioning (positsioneerimine)

NB! Pärast aktiveerimist käivitub ajam automaatselt. Pärast iga harjutust tuleb ajami juhtimis- ja jõuahelad välja lülitada.

127

Juhtimispuldi kontroll. Välja peavad olema lülitatud

• regulaator (Regler) − LED ei põle • jõuosa (Endst.) −LED ei põle • kõik ülejäänud lülitid • potentsiomeetrid peavad olema nullis

• sulgeda Wmemoc • lülitada välja 24V toide • lülitada välja 230V võrgutoide

6.4. Baaspunkti kalibreerimine

6.4.1. Tulemus Üliõpilane oskab kalibreerida ajami liikumise baaspunkti.

6.4.2. Eesmärk Ettenähtud täpsusega töötamiseks vajavad servoajamid baaspunkti, millest lähtudes arvutatakse kõik ülejäänud asendid. Kalibreeritakse pärast eelhäälestust ja enne käikulaskmist.

6.4.3. Juhised

Meeldetuletuseks

• Wmemoc-i algteadmiste kohta vt harjutust 6.3 • Kinnitada mootor telje külge • Kelk peab enne harjutuse algust asuma alati keset liikumistelge • Süsteemi käivitamise järjekord:

o pingestamine võrgutoitega 230 VAC o 24 VDC toite sisselülitamine o Wmemoc

o Väljalülitamise järjekord on vastupidine.

Juhtpuldi kontroll

• Juhtimisahel (Regler ) on välja lülitatud (lüliti alumises asendis) − roheline LED ei põle • Jõuahel (Endst .) on välja lülitatud (lüliti alumises asendis) − roheline LED ei põle • Kõik ülejäänud lülitid on väljas ja potentsiomeetrid 0-asendis

Baaspunkti kalibreerimine

• Klõpsata baaspunkti kalibreerimise nupul (Reference position ), misjärel avaneb baaspunkti dialoogiaken (Reference position )

• Baaspunkti dialoogiaknas valida kalibreerimisviis Method 1 (all paremal) Vajaduse korral muuta suurim lubatud pöörete arv (max. turns permitted ) = 6,5.

128

NB! Järgmise tegevuse puhul hakkab kelk siinil liikuma. Veenduda, et ajami liikumistee on vaba.

• Lülitada puldilt sisse jõuahel (Endst.) • Lülitada sisse juhtimisahel (Regler) • Dialoogiaknas Reference position klõpsata GO!

Kelk liigub baaspunktini ja peatub. Kui liikumisel tekib tuntav müra või kelk liigub ebaühtlaselt, lülitada juhtimisahel viivitamatult välja.

6.5. Kiiruse reguleerimine

6.5.1. Tulemus Üliõpilane oskab ajami kiirust reguleerida.

6.5.2. Eesmärk Ajami kiiruse reguleerimisele lisandub ettevaatusabinõuna ka kiiruse piiramine. Kiiruse suurenedes kasvavad ka mootorile mõjuvad tsentrifugaaljõud, mis võivad mootori laiali paisata.

6.5.3. Juhised

Meeldetuletuseks

• Wmemoc-i algteadmiste kohta vt harjutus 6.3 • Enne harjutuse algust peab kelk alati asuma keset liikumistelge • Süsteemi käivitamise järjekord:

129

o pingestamine võrgutoitega 230 VAC o 24 VDC toite sisselülitus o Wmemoc o Väljalülitamise järjekord on vastupidine.

Juhtpuldi ja telje algseaded

• Kõik juhtpuldi (joonis 98) lülitid asendis „Väljas” • Analog-IN 0,1 lüliti asendis Ground • Analog-IN 0 potentsiomeeter asendis 0

Joonis 98. Servoajami juhtpult

Wmemoc-i sätete muutmine

• Liikuda dialoogiaknasse Commands ja jätta aktiivseks ainult Motor speed control

130

• Valida Set points > Set point selection > Selector A • Valida Analog input 0 ja klõpsata „Ok” • Ajami kiirust reguleeritakse nüüd analoogsisendi 0 (potentsiomeetri) abil.

Liikumiskiiruse piiramine

Selles kontekstis piiratakse kiirust ohutustehnilistel kaalutlustel, samas saab selle parameetriga määrata ajami maksimumkiiruse reaalsetes rakendustes. Kui mootor on sidestatud teljega, tohib selle suurim kiirus olla enimalt 200 p/min.

• Valida Parameters > Device parametres > Set point scaling • Valida vahekaart Channel 0 (kanal 0) ja muuta skaala ülempiir 200-le • Sellisel juhul vastab 10 V juhtimissignaalile kiirus 200 p/min

o Uus skaala hakkab kehtima kohe • Klõpsata nupul Auto offset calibration (nihke automaatne kalibreerimine) • Seda kasutatakse nullpunkti triivi kompenseerimiseks, kui mootor pöörleb ilma sisendsignaalita. Kompenseerimine tuleb läbi viia igal eelhäälestusel • Dialoogiakna sulgemiseks klõpsata „Ok”

131

Ajami käivitamine juhtimispuldilt

• Potentsiomeeter Analog-IN seada väärtusele 0 • Lülitada sisse jõuahel (Endst .) ja juhtimisahel (Regler ) • Lülitada sisse Analog-IN 0,1 lüliti

Kelgu kiiruse ja suuna reguleerimiseks keerata potentsiomeetri nuppu. Kirjutada tähelepanekud tabelisse.

Katse Tähelepanekud 1. Pöörata potentsiomeetrit

aeglaselt kellaosuti liikumise suunas

2. Viia potentsiomeeter nulli

3. Pöörata potentsiomeetrit aeglaselt vastu kellaosuti liikumise suunda


5. Pöörata potentsiomeeter kellaosuti liikumise suunas lõpuni ja lülitada analoogsisendi lüliti asendisse Ground

Enne järgmise harjutuse juurde asumist lülitada juhtimisahel (Regler ) välja.

Harjutused vabalt pöörleva mootoriga (valikuliselt)

Mootori kiiruse muutumist on kergem jälgida siis, kui telg ei piira liikumist. Vabalt pöörleva mootori katse ettevalmistamine

• Lülitada välja võrgutoide o Wmemoc annab veateate pingetuse kohta! Hiljem on vaja veateate aken

sulgeda, et stend uuesti tööle hakkaks. • Lülitada juhtimispuldist välja jõu- ja juhtimisahelad • Keerates lahti kinnituskruvid, eemaldada mootor MTR-AC telje küljest • Asetada mootor alusplaadile. Veenduda, et võll saab takistamatult pöörelda • Valida Parameters > Device parametres > Set point scaling • Valida vahekaart Channel 0 (kanal 0) ja muuta kiirus 3000-le • Lülitada sisse jõu- ja juhtimisahelad • Pingestada stend

o Sulgeda Wmemoc-is veateade. • Keerata potentsiomeeter Analog-IN 0 nulli • Aktiveerida potentsiomeeter lüliti Analog-IN 0,1 sisselülitamisega


132

Katse Tähelepanekud

1. Pöörata potentsiomeetrit aeglaselt kellaosuti liikumise suunas




5. Reguleerida kiirust vabal valikul

6. Lülitada analoogsisendi lüliti asendisse Ground ja tagasi sisse

Korrata katset kiirusel 6000 p/min

• Lülitada välja võrgutoide o Wmemoc annab veateate pingetuse kohta!

• Lülitada juhtimispuldil välja jõu- ja juhtimisahelad • Valida Parameters > Device parametres > Set point scaling • Valida vahekaart Channel 0 (kanal 0) ja sisestada 6000 rpm • Lülitada puldilt sisse jõu- ja juhtimisahelad. • Pingestada stend

o Sulgeda Wmemoc-is veateade! • Keerata potentsiomeeter Analog-IN nulli • Aktiveerida potentsiomeeter lüliti Analog-IN 0,1 sisselülitamisega


Katse Tähelepanekud 1. Pöörata potentsiomeetrit

aeglaselt kellaosuti liikumise suunas




5. Reguleerida kiirust vabal valikul

6. Lülitada analoogsisendi lüliti asendisse Ground ja tagasi sisse

Sellega on katse läbi. Lülitada võrgutoide välja ja kinnitada mootor taas telje külge.

133

6.6. Asendi, kiiruse ja kiirenduse reguleerimine

6.6.1. Tulemus Üliõpilane oskab ette anda ajami asendeid ja tunneb kolme positsioonide etteandmise moodust.

6.6.2. Eesmärk Enne programmis kasutamist tuleb asendid, kiirused ja kiirendused defineerida. Seetõttu on vaja osata neid parameetreid kirjeldada ja salvestada.

6.6.3. Harjutuse sisu 1. Asendite määramine tarkvara Wmemoc abil 2. Asenditevaheline liikumine dialoogiakna Go to destination vahendusel 3. Asendi reguleerimise kolm võimalust

Joonis 99. Kiiruse ajadiagramm

Andmeväljades Acceleration (kiirendus) ja Deceleration (aeglustus) saab kirjeldada ajami kiirendus- ja pidurduskõveraid (joonis 99). Kui silumisaeg (Smoothing ) = 0, on tulemuseks lineaarne kiirenduskõver, suurematel väärtustel muutub kõver S-kujuliseks.

6.6.4. Juhised

Meeldetuletuseks

• Wmemoc-i algteadmiste kohta vt harjutust 6.3 • Enne harjutuse alustamist peab kelk alati asuma keset liikumistelge • Süsteemi käivitamise järjekord:

o pingestamine võrgutoitega 230 VAC o 24 VDC toite sisselülitus o Wmemoc o Väljalülitamise järjekord on vastupidine

• Viia läbi baaspunkti kalibreerimine, vt harjutus 6.4

Asendite kontroll

Klõpsata ikoonil Destination (sihtpunkt)

134

Avaneb dialoogiaken Destination 0 .

Vasakpoolse menüüvaliku abi määratleda positsioonid 0−12.

Pos Asend [R]

Positsioneerimiskiirus [p/min]

Koordinaadistik Kiirendus [ms]

Aeglustus [ms]

0 0,5 100 Absoluutne 400 400 1 4,5 200 Absoluutne 100 100 2 4,5 300 Absoluutne 100 100 3 4,5 400 Absoluutne 100 100 4 4,5 500 Absoluutne 100 100 5 1,0 200 Absoluutne 400 400 6 2,0 250 Absoluutne 400 400 7 3,0 300 Absoluutne 400 400 8 4,0 400 Absoluutne 400 400 9 4,5 500 Absoluutne 400 400

10 4,5 500 Absoluutne 100 100 11 0,5 300 Suhteline 400 400 12 -0,5 300 Suhteline 400 400

Selgituseks

• Asend (Position ) [R] − antud mootori pöörete arvuna vastavalt koordinaadistikule • Koordinaadistik (Positioning run )

o suhteline (relative ) − arvutatuna eelmisest sihtpunktist o absoluutne (absolute ) − arvutatuna baaspunktist

Suhtelise koordinaadistiku puhul positsioneerimisvead summeeruvad.

135

Liikumine soovitud sihtpunktide vahel

• Lülitada juhtpuldilt sisse jõu- ja juhtimisahelad

• Valida tööriistaribal nupp Go to destination (liikuda sihtpunkti) • Soovitud positsioonidele liikumiseks klõpsata dialoogiaknas nende nuppudel

Liikuda tabelis näidatud asendite vahel ja protokollida vaatlused tabelis.

Samm Asendi nr Tähelepanekud 1 Baaspunkt

2 1

3 0

4 2

5 0

6 3

7 0

8 4

9 0

10 5

136

Samm Asendi nr Tähelepanekud 11 0

12 6

13 0

14 7

15 0

16 8

17 0

18 9

19 0

20 10

21 0

22 7

23 7

24 11

25 11

26 12

27 12

28 12

29 7

30 7

31 0

Pärast ülesande lõpetamist lülitada stend välja.

137

6.7. Momendi reguleerimine

6.7.1. Tulemus Üliõpilane oskab reguleerida ajami momenti ja teab momendijuhtimise rakendusi.

6.7.2. Eesmärk Momendi reguleerimine on oluline eeskätt ohutustehnilisest seisukohast.

6.7.3. Juhised

Meeldetuletuseks

• Wmemoc-i algteadmiste kohta vt harjutus 6.3 • Enne harjutuse alustamist peab kelk alati asuma keset liikumistelge • Süsteemi käivitamise järjekord

o pingestamine võrgutoitega 230 VAC o 24 VDC toite sisselülitus o Wmemoc o Väljalülitamise järjekord on vastupidine

• Viia läbi baaspunkti kalibreerimine, vt harjutus 6.4

Juhtpuldi kontroll

• Juhtimisahel (Regler ) on välja lülitatud (lüliti alumises asendis) − roheline LED ei põle • Jõuahel (Endst .) on välja lülitatud (lüliti alumises asendis) −roheline LED ei põle • Kõik ülejäänud lülitid on väljas ja potentsiomeetrid 0-asendis • Kelk peab asuma siini keskel. Vajaduse korral nihutada kelk paika käsitsi.

Tarkvarasätete muutmine

Juhtimise (Commands ) dialoogiaknas jätta aktiivseks ainult seade Torque control (momendijuhtimine)

• Valida Set points > Set point selection > Selector A • Valida Analog input 0 ja klõpsata „Ok” • Ajami momenti reguleeritakse nüüd analoogsisendi 0 abil

138

Ajami käivitamine

NB! Järgmise tegevuse juures võib kelk siinil liikuma hakata.

• Valida Parameters > Device parametres > Set point scaling • Valida vahekaart Channel 0 (kanal 0) ja valida skaala ülempiiriks 0,2 Nm

o Uus väärtus hakkab kehtima kohe Ohutustehnilistel kaalutlustel ei tohi momendi ülempiir ületada 0,2 Nm!

• Klõpsata nupul Auto offset calibration (nihke automaatne kalibreerimine) • Dialoogiakna sulgemiseks klõpsata „Ok” • Veenduda, et kelk paikneks siini keskel ja et selle liikumistee oleks vaba.

Momendi reguleerimine juhtimispuldilt

• Seada potentsiomeeter Analog-IN väärtusele 0 • Lülitada sisse jõuahel (Endst .) ja juhtimisahel (Regler ) • Lülitada sisse Analog-IN 0,1 lüliti • Järgida tabelis toodud juhiseid. Tegelike väärtuste (Actual values ) dialoogiakent jälgides määrata kindlaks moment, mille juures kelk hakkab liikuma

Tegevus Tähelepanekud

1. Pöörata potentsiomeetrit aeglaselt kellaosuti liikumise suunas




5. Lülitada analoogsisendi lüliti välja (asendisse Ground)

6. Keerata potentsiomeeter vabalt valitud asendisse

7. Lülitada analoogsisendi lüliti sisse

8. Millal hakkab kelk liikuma (väärtus amprites)

139

Tegevus Tähelepanekud 9. Miks hakkab kelk liikuma?

10. Viia kelk käsitsi või juhtimistarkvara abil piirasendisse

11. Samal ajal keerata potentsiomeetrit sellises suunas, et kelk liiguks valitud lõpulüliti poole, ning hoida kelgust kinni. Jälgida jõumomendi väärtust (Torque ). Millal hakkab ilmnema nõrk vedruefekt (lõppasendist lükatuna naaseb kelk ise lähteasendisse, toimub vibreerimine)?

12. Jõu suurendamiseks keerata potentsiomeetrit veelgi. Millal muutub vedruefekt tugevaks (raske liigutada, lahti lastes naaseb kiiresti lähteasendisse, tugev vibreerimine)?

13. Milline oleks sobiv momendipiirang inimeste ohutuse seisukohast?

• Viia juhtpuldi lülitid ja potentsiomeetrid tagasi algolekusse • Lülitada ajami tark- ja riistvara välja

140

7. SAMM-MOOTORITE TÖÖPÕHIMÕTE

7.1. Sissejuhatus

7.1.1. Eesmärgid ja tulemused Pärast harjutuste tegemist oskab üliõpilane:

• kokku panna samm-mootoriga ajami • koostada lihtsa WinPISA programmi • viia läbi samm-mootoriga ajami eelhäälestuse WinPISA tarkvara abil • sätestada voolupiirangut ning kirjeldada selle eeliseid ja puudusi • kalibreerida baaspunkti • reguleerida kiirust • muuta asendit • reguleerida kiirusekõveraid

Samm-mootori reguleerimisviiside põhimõtteid on vaja teada selleks, et neid mootoreid tööstuslikult projekteerida, käitada ja hooldada.

7.1.2. Seadmed ja abimaterjalid Samm-mootoriga ajami käitamiseks läheb vaja impulsside ja suunasignaali generaatorit, mis kuulub positsioonikontrolleri SPC 200 samm-mootori lisamooduli SEC-ST koosseisu (joonis 100).

Joonis 100. Samm-mootoriga ajami põhikomponendid

Ajami töölepanekuks kasutatakse WinPISA tarkvara (joonis 101).

Joonis 101. WinPISA menüüriba

141

7.2. Samm-mootoriga ajami kokkupanek

7.2.1. Tulemus Üliõpilane oskab õigesti ja ohutult kokku panna töövõimelise samm-mootoriga ajamisüsteemi.

7.2.2. Eesmärk Samm-mootoriga ajami õige ja ohutusnõudeid järgiva kokkupaneku käigus tutvub üliõpilane süsteemi koostisosadega, nende koostisosade ülesannetega ja omavaheliste seostega töövõimelise süsteemi saavutamiseks.

7.2.3. Juhised Mehaaniline ja elektriline kokkuühendamine (joonis 102)

Joonis 102. Lineaarse teljega samm-mootori ajami koostejoonis

Ettevaatusabinõud

• Veenduda, et toiteallika lüliti oleks asendis „Väljas” (OFF)

Mehaanilised ühendused

• Kinnitada telg tugiklambrite külge • Kinnitada samm-mootor telje külge, kasutades selleks spetsiaalset adapterplaati, ning

fikseerida kruvid

142

• Kinnitusplaadi ja -klambri abil panna kohale juhtplokk (H-profiilil SPC200 ja samm-ajami lisamoodul)

Elektrilised ühendused

• Ühendada kaks lõpulülitit ja baaspunkti andur vastavalt markeeringutele • Kontrollida SPC200 ja SEC-ST vahelise signaalkaabli ühendusi • Ühendada samm-mootori ja SEC-ST vaheline kaabel • Ühendada SPC200 ja SEC-ST toitevõrku

7.3. Samm-mootoriga ajami eelhäälestus

7.3.1. Tulemus Üliõpilane oskab ajami töövalmidusse viia, kasutades selleks WinPISA põhilisi eelhäälestusfunktsioone.

7.3.2. Eesmärk Ajamisüsteemi eelhäälestuse käigus tutvutakse tarkvaraga ja süsteemi töölerakendamiseks vajalike eelseadetega.

7.3.3. Juhised Sellel harjutusel põhinevad kõik ülejäänud praktilised ülesanded. Saadakse lühiülevaade WinPISA samm-mootori juhtimise põhifunktsioonidest; mõne alapunkti puhul on vaja süsteem pingestada.

Ettevaatusabinõud

• Veenduda, et toiteallika lüliti oleks asendis „Väljas” (OFF)

Elektrilised ühendused

• Kontrollida ühenduste korrasolekut

Kontrollida ja seada mikrolülitid SEC-ST esipaneelil õigesse asendisse

• Kontrollida lülitite asendeid

Nimetus Tõlge Lüliti Väljas Sees Step Mode Sammutalitlus 1 X Step Mode Sammutalitlus 2 X Step Mode Sammutalitlus 3 X Current Vool 4 X Current Vool 5 X Current Vool 6 X I-Red. Voolupiirang 7 X Enable Aktiveerimine 8 X

143

• Mikrolülitite asendid sammutalitluses: 3 esimest lülitit

Täissamm Lüliti Väljas Sees

1 X 2 X 3 X

Poolsamm Lüliti Väljas Sees

1 X 2 X 3 X

Veerandsamm Lüliti Väljas Sees

1 X 2 X 3 X

Viiendiksamm Lüliti Väljas Sees

1 X 2 X 3 X

Kaheksandiksamm

Lüliti Väljas Sees 1 X 2 X 3 X

Kümnendiksamm


Sammu pikkus

Sammude arv pöörde kohta

1/1 200 1/2 400 1/4 800 1/5 1000 1/8 1600

1/10 2000

• Töötada tuleb täis- või poolsammuga • Soovitatav on kasutada poolsammu, kuna selle puhul on mehaaniline resonants väiksem ja liikumine sujuvam

NB! Järgmiste tegevuste puhul võib kelk hakata siinil liikuma. • Informeerida harjutusgrupi ülejäänud liikmeid süsteemi pingestamisest • Veenduda, et kelgu liikumisteel pole takistusi ja et kelk asub keset telge • Pingestada süsteem, viies toitelüliti asendisse „Sees” (ON) ja kontrollida, et oleks süttinud o SPC200 olekuindikatsiooni valgusdiood Status o SEC-ST toite olemasolu valgusdiood Power

7.3.4. WinPISA käivitamine ja projektifaili avamine • Käivitada WinPISA

144

• File > Open project

• Valida etteantud projektifail (samm_mootor.prj) ja klõpsata Open • Laadida projekt SPC200-sse:

o Side loomiseks klõpsata tööriistaribal „Ühenda” (Connect ) ikoonile. Ühenduse saavutamisel muutub nupul asuva pistikliite kujutis

o Valida projekt

o Kanda projekt üle kontrollerisse (Online > Download > Project )

145

o Salvestada projekt

Korrasoleku kontroll

• Valida Online > Commissioning > Reference travel

• Ekraanile ilmub hoiatus, jätkamiseks klõpsata Continue

146

Nüüd saab telgedel liikumist juhtida WinPISA abil. Töötavate programmide tegevus peatatakse ja lähtestatakse. HOIATUS! Liikumine toimub suure jõu ja kiirusega. Kokkupõrked võivad põhjustada inimeste ja seadmete vigastusi. Veenduda, et keegi ega miski ei takista telgedel liikumist.

• Järgmise dialoogiakna abil saab kontrollida sisendite olekut, viia läbi baaspunkti kalibreerimise või avariiliikumise, liigutada kelku negatiivse või positiivse suunanupuga

• Baaspunkti kalibreerimiseks vajutada Start

147

7.4. Voolupiirang samm-mootoriga ajamis

7.4.1. Tulemus Üliõpilane oskab kasutada ajami voolupiirangu funktsiooni, mõistab selle eeliseid ja puudusi.

7.4.2. Eesmärk Voolu piiramisel on omad eelised ja puudused, mida üliõpilane peab mõistma ja kirjeldada oskama.

7.4.3. Juhised

Ettevaatusabinõud

• Veenduda, et toiteallika lüliti oleks asendis „Väljas” (OFF) • Veenduda, et kelk paikneks enne katset alati keset liikumistelge

Voolupiirangu sätestamine

• Kontrollida, et voolupiirangu mikrolüliti (I-Red.) nr 7 oleks asendis „Sees”.

Nimetus Tõlge Lüliti Väljas Sees Step Mode Sammutalitlus 1 X Step Mode Sammutalitlus 2 X Step Mode Sammutalitlus 3 X Current Vool 4 X Current Vool 5 X Current Vool 6 X I-Red. Voolupiirang 7 X Enable Aktiveerimine 8 X

• Mikrolülitite asendid vastavalt mootori nimivoolule. Festo samm-mootorite MTR-ST-42..., -57... ja -87... jaoks on võimalik valida 8 nimivoolu väärtuse vahel: 1,25 A


1,5 A


1,8 A


3,15 A Lüliti Väljas Sees

4 X 5 X 6 X

4,7 A


5 A


148

5,5 A Lüliti Väljas Sees

4 X 5 X 6 X

6 A Lüliti Väljas Sees

4 X 5 X 6 X

Automaatse voolupiirangu saab aktiveerida mikrolülitiga 7. Kui järgmist sammusignaali pole 80 ms jooksul saabunud, vähendatakse vool 30%-ni seatud nimivoolust.

NB! Aktiivse voolupiirangu korral väheneb ka mootori hoidemoment, mida tuleb arvestada eeskätt vertikaalteljeliste rakenduste puhul.

MTR-ST-57-48S seeria elektrilised ja mehaanilised parameetrid

MTR-ST-42-48S-AA Nimipinge [V] 48 Mootori nimivool [A] 3,1 Mootori hoidemoment

[N·m] 1,27

Täissammu nurk [ °] 1,8 ±5% Mähise aktiivtakistus [Ω] 1 ±10% Mähise induktiivsus [mH] 3,8±20% Ajami inertsimoment [kg·cm²

] 0,48

Piduri pinge [V] - Piduri võimsus [W] - Piduri hoidemoment [N·m] - Seadme mass [kg] 1,2

Sõltuvus T = f(n) (joonis 103) Mootor: MTR-ST-57-48S-..., Un = 48 V

Joonis 103. Samm-mootori mehaanilised tunnusjooned

149

Pingestada süsteem, viies toitelüliti asendisse „Sees” (ON), ja kontrollida, et oleksid süttinud:

• SPC200 olekuindikatsiooni valgusdiood Status • SEC-ST toite olemasolu valgusdiood Power

Seejuures võib ignoreerida SPC200-le ilmuvaid veateateid. Veateated kustuvad, kui õige projektifaili üle kanda.

Ajami käitumine voolupiirangu korral

• Liigutada kelku käega edasi-tagasi. Kui suur tundub liikumistakistus (suur/väike)?

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

Ajami käitumine voolupiirangu puudumise korral

• Lülitada ajami toide välja • Viia voolupiirangu mikrolüliti 7 asendisse „Väljas” • Lülitada ajami toide uuesti sisse • Liigutada kelku käega edasi-tagasi. Kui suur tundub liikumistakistus nüüd?

........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ NB! Mikrolülitite asendimuutused jõustuvad alles pärast ajami vahepealset väljalülitamist.

Voolupiirangu head küljed

• Energiasääst ja mootori väiksem ülekuumenemine • Võib kasutada ohutustehnilise lisaabinõuna horisontaalrakendustes, kuna hoidemoment on väiksem

o Vertikaaltelgede puhul pole voolupiirang soovitatav

Voolupiirang erinevatel voolusätetel

• Katsetada ajami momenti erinevate voolusätete korral (muutes voolu väärtust miinimumist nimivooluni) • Katsetada voolupiirangu toimet erinevatel voolusätetel

o NB! Mitte seada voolusätet suuremaks nimivoolust! • Pärast katse lõppu veenduda, et voolupiirang jäi aktiivseks

Küsimus : Kas ja kuidas muutub moment voolusätete muutmisel? ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................

150

7.4.4. Tulemuste analüüs

Milline on voolupiirangu keskkonnasäästlik aspekt?

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

Millal pole voolupiirangu kasutamine soovitatav?

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

Millal täpselt jõustuvad voolupiirangu ja muude mikrolülititega seatud sätete muudatused?

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

Kui palju väheneb tarbitav vool voolupiirangu korral?

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

Mida võib järeldada 3. küsimusest ohutustehnikat silmas pidades?

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

151

7.5. Baaspunkti kalibreerimine

7.5.1. Tulemus Üliõpilane oskab kalibreerida ajami liikumise baaspunkti.

7.5.2. Eesmärk Täpsuse tagamiseks vajavad samm-mootoriga ajamid baaspunkti, millest lähtudes arvutatakse kõik ülejäänud asendid. Baaspunkti määramiseks ja lähtestamiseks kasutatakse kalibreerimist.

Baaspunkti kalibreerimine tuleb läbi viia

• ajami igakordsel pingestamisel • kelgu nihkumise korral väliste jõudude mõjul

7.5.3. Juhised

Meeldetuletuseks

• WiNPISA algteadmiste kohta vt harjutus 2 • Ajami välja- ja sisselülitamine mikrolülitite asendimuutuste jõustamiseks • Veenduda, et enne katset paikneks kelk alati keset liikumistelge

Side ülesseadmine WinPISA ja SPC200 vahel

• Käivitada WinPISA • Valida File > Open Project • Valida sobiv projektifail • Projekti avamiseks klõpsata Open

Laadida projekt SPC200-sse

• Side loomiseks klõpsata tööriistaribal „Ühenda” (Connect ) ikoonil. Ühenduse saavutamisel muutub nupul paiknev pistikliite kujutis:

o Kanda projekt üle kontrollerisse (Online > Download > Project )

152

Ekraanile ilmub hoiatav tekst. Jätkamiseks klõpsata Continue .

NB! Valitud funktsioon seiskab aktiivsed programmid. Aktiveeritakse ja lähtestatakse määratud käivitusprogrammid.

Programmi laadimine kontrollerisse kestab umbes 20 s.

• Valida Online > Control axes . Mõne hetke möödudes ilmub programmivaliku dialoogiaken Program selection . • Baaspunkti kalibreerimiseks valida Program 1 ja klõpsata „Ok” .

• Ekraanile ilmub hoiatus, jätkamiseks klikkida Continue

Nüüd saab telgedel liikumist juhtida WinPISA abil. Töötavate programmide tegevus peatatakse ja lähtestatakse. HOIATUS Liikumine toimub suure jõu ja kiirusega. Kokkupõrked võivad põhjustada inimeste ja seadmete vigastusi. Veenduda, et keegi ega miski ei takistaks liikumist telgedel.

• Pärast programmi laadimist ilmub kuvarile järgmine dialoogiaken

153

NB! Järgmiste tegevuste puhul võib kelk hakata siinil liikuma. • Informeerida harjutusgrupi ülejäänud liikmeid süsteemi pingestamisest. • Veenduda, et kelgu liikumisteel poleks takistusi ja et kelk paikneks keset telge. Klõpsata ikoonil „Tee samm” („Execute step”). Mootor käivitub ja pöörleb senikaua, kuni kelk jõuab baaspunkti lülitini. Nüüd on baaspunkt kalibreeritud.

Baaspunktist lähtudes arvutatakse kõik ülejäänud asendid. Baaspunkti tuleb kalibreerida: o ajami igakordsel pingestamisel o kelgu nihkumise korral väliste jõudude mõjul

• Sulgeda WinPISA programm.


Millal on vaja baaspunkti kalibreerida?

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

154

7.6. Kiiruse reguleerimine

7.6.1. Tulemus Üliõpilane oskab kiiruskõveraid programmeerida.

7.6.2. Eesmärk Enne programmis kasutamist tuleb kiirused ja asendid defineerida. Seetõttu on vaja teada, kuidas kiirusi kirjeldada ja salvestada.

7.6.3. Juhised

Meeldetuletuseks

• WiNPISA algteadmiste kohta vt harjutus 2 • Ajami välja- ja sisselülitamine mikrolülitite asendimuutuste jõustamiseks • Veenduda, et enne katset paikneks kelk alati keset liikumistelge • Viia läbi baaspunkti kalibreerimine − vt harjutus 4

Ülesande käigus

1. Valmib lihtne WinPISA programm. 2. Katsetatakse kiiruskõveraid ja asendeid (joonis 104).

Joonis 104. Samm-ajami kiiruskõver kahe asendi vahel

Luua WinPISA programm

• Valida File > Open project • Valida etteantud projektifail • Projekti avamiseks dialoogiaknas klõpsata Open • Olemasolev Program 1 sisaldab baaspunkti kalibreerimist • Luua uus programm nimega „Kiiruskõverad”

Programm „Kiiruskõverad” peab sisaldama järgmisi operatsioone:

Samm Liikuda positsioonile

Kiirus

0 220 20% 1 20 20% 2 220 50% 3 20 50% 4 220 70% 5 20 70% 6 220 100%

155


Kiirus

7 20 100% 8 Programmi lõpp

Programmeerimine WinPISA-s

Luua programm • Klõpsata tarkvara ikoonil (Software )

• Valida „Redigeeri” (Edit ) menüüst „Lisa objekt” (Insert object ) või vajutada sisestusklahvile. • Ekraanile ilmub dialoogiaken „Uus programm” (New program ). • Väljale „Pealkiri” (Title ) kirjutada programmi sobiv nimetus, väljale „Kirjeldus” (Description ) lühikirjeldus ja väljale Program no programmi number.

• Sisestatud andmete kinnitamiseks klõpsata „Ok”. Uus programm avaneb eraldi aknas.

156

Arvjuhtimisprogramm koosneb lausetest, programmi algust ja lõppu tähistavatest sümbolitest. Laused koosnevad sõnadest. Sõna omakorda koosneb adressaadist ja arvsõnast. Kui arvsõna ees puudub miinusmärk, loetakse selle väärtus positiivseks. Lauses on sõnadel kindel järjekord.

Näide

Kood Kirjeldus N0010 Kirje järjekorranumber G01 Käsk G90 Positsioneerimisviis X100.00 Asend FX10 Parameeter Y100.00 Asend FY80 Parameeter

Igal programmi lausel on oma järjekorranumber , mis algab tähega N. SPC200 käsuread on nummerdatud kasvavas järjestuses. Aadressi sümbolid

Sümbol Kirjeldus N Kirje järjekorranumber G Ettevalmistav funktsioon M Abifunktsioon E Siirdekäsk L Alamprogrammi väljakutsumine X, Y, Z, U Teljesuunalised liikumised F Liikumiskiirus

Põhilised ettevalmistavad ja abifunktsioonid

Funktsioon Kirjeldus G00 Paigutus maksimumkiirusega G01 Paigutus etteantud kiirusega G04 Paus G08 Kiirendus G09 Pidurdus G74 Pöördumine lähtepunkti G90 Absoluutne koordinaadistik G91 Suhteline koordinaadistik M00 Programmeeritav peatus. Kehtib

ühes lauses M02 Programmi lõpp M30 Informatsiooni lõpp

Programmeerimine

Programm sisestatakse vastavasse aknasse, näiteks:

157

Selgituseks

Lause Kirjeldus N000 G01 X100.00 FX10

Liikuda 10% määratud maksimumkiirusest asendile X = 100 mm

N001 G00 X200.00 FX10

Liikuda 10% määratud maksimumkiirusest asendile X = 200 mm

N002 M30 Informatsiooni lõpp, programm jääb korduma Laused N000 ja N002 sisaldavad positsioneerimiskäske. Näites on positsioonide valikul võetud telje pikkuseks 300 mm, positsioone saab valida kogu telje ulatuses.

Lauseehituse kontroll

Pärast programmi valmiskirjutamist tuleb üle kontrollida selle süntaks. • Kontrollitava programmi aken peab olema avatud • Valida „Kompileeri” (Compile) menüüst „Süntaksi kontroll” (Syntax check) või klõpsata

vastaval ikoonil • Süntaksi kontrolli kulg on näha kompileerimisaknas. Oodata kontrollimisprotseduuri lõpuni • Lõpuleviidud kontrolli kinnituseks klõpsata kompileerimisaknas „Ok”

• Võimalikud vead kuvatakse eraldi teadeteaknas

158

• Klõps veateatel viib kursori programmi vigasele lausele • Korrigeerida vigane lause • Salvestada programm nimega „Program 2” • Laadida projekt SPC200-sse:

1. Side loomiseks klõpsata tööriistaribal „Ühenda” (Connect ) ikoonile. Ühenduse saavutamisel muutub nupul paiknev pistikliite kujutis

2. Kanda projekt üle kontrollerisse (Online > Download > Project )

Käivitada kiiruskõvera programm

• Valida programm • Valida Online > Control axes • Valida Program 2 • Klõpsata „Ok”

Juhtida liikumist WinPISA abil

Aktiivset programmi saab täita kahel viisil: • sammhaaval (Execute step käsuga) • korraga (käsuga Start )

159

• Klõpsata ikoonil „Tee samm” (Execute step )

• Täita sammhaaval 8 käsurida, pöörates tähelepanu kiiruse muutustele (20%, 50%, 70% ja 100% vmax -ist) • Märkida tähelepanekud vastavasse veergu

Samm Tähelepanekud 1

2

3

4

5

6

7

8

160


Kuidas on omavahel seotud SPC200 ja SEC-ST? Milleks on tarvis suunatud impulsside generaatorit?

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

Kas SPC200 on alati hädavajalik?

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

Mis määrab samm-mootoriga ajami maksimumkiiruse vmax?

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

Kuidas muudetakse positsioneerimiskiirust?

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

Kuivõrd muudetavad on liikumiskiirused?

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

Mida teha, kui on alust kahtlustada kelgu nihkumist etteantud asendist?

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

161

7.7. Asendi reguleerimine

7.7.1. Tulemus Üliõpilane oskab programmeerida liikumist positsioonide vahel.

7.7.2. Eesmärk Enne programmis kasutamist tuleb kiirused ja asendid defineerida. Seetõttu on vaja teada, kuidas asendeid kirjeldada ja salvestada.

7.7.3. Juhised

Meeldetuletuseks

• WiNPISA algteadmiste kohta vt harjutus 2 • Ajami välja- ja sisselülitamine mikrolülitite asendimuutuste jõustumiseks • Veenduda, et alati enne katse alustamist paikneb kelk keset liikumistelge • Vajaduse korral viia läbi baaspunkti kalibreerimine − vt harjutus 4

Ülesande käigus katsetatakse liikumist positsioonide vahel (joonis 105).

Joonis 105. Kiiruse-asendi tunnusjoon


• Valida File > Open project • Valida sobiv projektifail • Projekti avamiseks dialoogiaknas klõpsata Open • Loetelus peab hetkel olema juba kolm programmi • Luua uus programm nimega „Asendikõverad”

Programm „Asendikõverad” peab sisaldama allpool toodud operatsioone; liikumine peab toimuma 50% maksimumkiirusest.


0 20 1 50 2 100 3 150 4 220 5 20 6 220 7 100

162

Pärast programmi valmiskirjutamist kontrollida lauseehitust ja salvestada see nimega „Program 3”.

• Laadida projekt SPC200-sse: 1. Side loomiseks klõpsata tööriistaribal

„Ühenda” (Connect ) ikoonil. Ühenduse saavutamisel muutub nupul asuva pistikliite kujutis.

2. Kanda projekt üle kontrollerisse (Online > Download > Project ).

Käivitada kiirusekõvera programm

• Valida programm • Valida Online > Control axes • Valida Program 3 (Asendikõverad) • Klõpsata „Ok”

Juhtida asenditevahelist liikumist WinPISA abil

Aktiivset programmi saab täita kahel viisil: • sammhaaval (Execute step käsuga) • korraga (käsuga Start )

• Klõpsata ikooni „Tee samm” (Execute step )

163

• Täita sammhaaval 8 käsurida, pöörates tähelepanu asendi muutustele (20, 50, 100, 150, 220, 20 ja 100 mm 50% vmax -iga)

• Märkida tähelepanekud vastavas veerus

Samm Asend Tähelepanekud 1 20

2 50

3 100

4 150

5 220

6 20

7 220

8 100

164


Millised tegurid mõjutavad positsioneerimise täpsust?

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

Kui pika vahemaa läbib kelk mootori ühe pöördega? Esitage arvutuskäik ja kirjeldage muutujaid.

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

Harjutuse käigus käivitatakse arvjuhtimisprogramm WinPISA abil. Kuidas käivitatakse programmid või projektid tööstuslikes tingimustes?

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

165

7.8. Kiirenduskõverad

7.8.1. Tulemus Üliõpilane oskab programmeerida liikumist eri kiirenduste ja pidurdusaegadega.

7.8.2. Eesmärk Sobilike kiirenduste ja aeglustus- ehk pidurdusaegade valikuga saavutatakse sujuv, ent samas kiire liikumine. Selleks tuleb osata kiirenduskõveraid defineerida.

7.8.3. Juhised

Meeldetuletuseks

• WiNPISA algteadmiste kohta vt harjutus 2 • Ajami välja- ja sisselülitamine mikrolülitite asendimuutuste jõustumiseks • Veenduda, et kelk paikneks alati enne katse alustamist keset liikumistelge • Vajaduse korral viia läbi baaspunkti kalibreerimine − vt harjutus 4

Ülesande käigus katsetatakse liikumist mitmete positsioonide vahel (joonis 106).

Joonis 106. Ajami kiirenduskõver


• Valida File > Open project • Valida etteantud projektifail • Projekti avamiseks dialoogiaknas klõpsata Open • Loetelus peab hetkel olema juba kolm programmi • Luua uus programm nimega „Kiirenduskõverad”

Programm „Kiirenduskõverad” peab sisaldama järgmisi operatsioone:


Kiirendus Aeglustus

0 220 10% 10% 1 20 10% 10% 2 220 100% 100% 3 20 100% 100% 4 220 10% 10% 5 20 10% 10% 6 220 100% 100% 7 20 100% 100% 8 220 50% 50%

166


Kiirendus Aeglustus

9 20 50% 50% 10 220 100% 100% 11 20 100% 100%

Pärast programmi valmiskirjutamist kontrollida lauseehitust ja salvestada see nimega „Program 4”.

Näide

Selgituseks

Lause Kirjeldus N000 G08 X0 Kiirendus 100% N001 G09 X20 Aeglustus 20% N002 G01 X20.00 FX0 Liikuda 100% kiirusega positsioonile x = 20 mm N003 G01 X180.00 FX0

Liikuda 100% kiirusega positsioonile x = 180 mm

N004 M02 Alamprogrammi lõpp Lausetega N000 ja N001 määratakse järgnevate positsioneerimiskäskude N002 ja N003 kiirendused ja aeglustused. Kiirendus- ja aeglustusparameetrid jäävad kehtima senikaua, kuni need programmi ülejäänud osas uuesti defineeritakse.

• Laadida projekt SPC200-sse: 1. Side loomiseks klõpsata tööriistaribal „Ühenda” (Connect ) ikoonil. Ühenduse saavutamisel muutub nupul paiknev pistikliite kujutis: 2. Kanda projekt üle kontrollerisse (Online > Download > Project )

Käivitada kiirusekõvera programm

• Valida programm • Valida Online > Control axes • Valida Program 4 (Kiirenduskõverad) • Klõpsata „Ok”

Juhtida asenditevahelist liikumist WinPISA abil

Aktiivset programmi saab täita kahel viisil:

167

• sammhaaval (käsuga Execute step )

• korraga (käsuga Start ), programmi saab suvalisel ajahetkel peatada Stop nupu abil.

• Täita sammhaaval 8 käsurida, pöörates tähelepanu eri kiirendus- ja aeglustuskestustele • Märkida tähelepanekud vastavasse veergu

Samm Tähelepanekud

1

2

3

4

5

6

7

8

168


Milleks kasutatakse kiirenduskõveraid?

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

Kui pikk võib maksimaalselt olla kiirenduse või aeglustuse kestus?

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

Milline on kiirenduse või aeglustuse vähim võimalik kestus?

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

Mida teha, kui kelk on nihkunud etteantud asendist?

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

169

8. DIOODALALDID

8.1. Elektrilise põhimõtteskeemi kirjeldus See stend on paigutatud elektrikilpi, mille uksel asuv esipaneel kujutab endast lülituse koostevälja. Laboritöö “Dioodalaldid” elektriline põhimõtteskeem on toodud käesoleva juhendi alapunktis 8.10. Skeem on ka kilbi vasakul siseküljel paiknevas taskus. Jõuelektroonika laboris on selliseid stende kokku neli. Stendi toidetakse toitekaabli ja pistiku X1 abil kolmefaasilisest võrgust pingega 400 V. Pinge alandamiseks kasutatakse kolmefaasilist Y0/Y0-ühenduses trafot T1 ja ühefaasilist keskväljavõttega trafot T2. Trafo T1 põhilised tehnilised andmed:

• Näivvõimsus: S = 400 VA • Primaarpinge: U1 = 400 V • Sekundaarpinge: U2 = 24 V • Primaarvool: I1 = 0,6 A • Sekundaarvool: I2 = 10 A • Faaside arv: 3 • Ühendusviis: Y0/Y0

Trafo T2 põhilised tehnilised andmed: • Näivvõimsus: S = 120 VA • Primaarpinge: U1 = 230 V • Sekundaarpinge: U2 = 24 V • Primaarvool: I1 = 0,5 A • Sekundaarvool: I2 = 5 A • Faaside arv: 1

Trafode tehnilistest andmetest lähtudes on laboritöödes kasutatav nii kolme- kui ühefaasiline pingesüsteem pingetega: Ul = 24 V (liinipinge väljaviikude X3 ja X4; X4 ja X5; X5 ja X3 vahel või ühefaasilise keskväljavõttega trafo sekundaarpinge väljaviikude X7 ja X8 või X8 ja X9 vahel), Uf = 14 V (faasipinge väljaviikude X5 ja X6; X4 ja X6; X3 ja X6 vahel) ja U7-9= 48V (ühefaasilise keskväljavõttega trafo sekundaarpinge väljaviikude X7 ja X9 vahel). Stendi võrku lülitamisel süttib roheline signaaltuli H1 (230 V). Pärast stendi võrku lülitamist ei pingestu laboritööks koostatud lülitus. Stend pingestatakse lülitiga S1 (pealüliti) ning siis süttib teine roheline signaaltuli H2 (230 V stend pingestatud). Stendi pingestamine pingestab ka laboritööks koostatud lülituse. Esipaneelil paikneb ohulüliti punane surunupp (S2 avariilüliti). Avariiolukorra tekkimisel tuleb vajutada seda lülitit, magnetkäiviti K1 lülitab stendi kilbist pinge välja ja süttib punane signaaltuli H3 (avarii). Pärast avarii likvideerimist tuleb pinge ennistamiseks ohulüliti surunupp välja tõmmata (mõnel stendil tuleb nuppu näidatud suunas pöörata). Trafode T1 ja T2 primaarahelaid kaitseb lühise ja ülekoormuse eest automaatkaitselüliti F1 (In= 4 A). Trafo T1 sekundaarahelat kaitseb automaatkaitselüliti F2 (In= 10 A) ning trafo T2 sekundaarahelat automaatkaitselüliti F2 (In= 5 A). Kaitselülitid asuvad kilbi sees. Vältimaks primaarahelate kaitse F1 rakendumist trafode pingestamisel tekkivate võimsate vooluimpulsside tõttu on trafo T2 primaarahelasse jadamisi lülitatud NTC-termistor (posistor) R1. Laboritöö “Dioodalaldid” skeemis on kuus 25F60 tüüpi jõudioodi (D1–D6) lubatava pärivooluga IF = 25 A ja maksimaalse vastupingega UR = 600 V, seetõttu on stendil võimalik koostada kõiki dioodalaldite lülitusi. Dioodidel on nii anoodi kui katoodi väljaviigul 3 ühenduspesa (X11-X22), kuhu ühendatakse koostatava lülituse ühendusjuhtmed. Peale selle on skeemis 8 ühenduspesa plusspolaarsusega juhtmete ühendamiseks X23, X24 (neli pesa on omavahel jadaühenduses) ning 8 ühenduspesa miinuspolaarsusega juhtmete ühendamiseks X25 (kõik pesad on omavahel jadaühenduses). Samuti on välja toodud 3 pesa võrgu neutraaljuhi ühendamiseks X10.

170

8.2. Esipaneel Laboristendi “Dioodalaldid” esipaneeli joonis on toodud käesoleva juhendi alapunktis 8.11. Esipaneelil paiknevad pealüliti S1, roheline signaaltuli (230 V „Stend pingestatud”), ohulüliti surunupp („Avarii”), punane avariituli ja kollane indikaatortuli (230 V), samuti kolmefaasilise trafo (Trafo 1) sekundaarahela väljaviigud (pesad), keskväljavõttega trafo (Trafo 2) sekundaarahela väljaviigud ja kuue dioodi väljaviigud, kolm anoodilt ja kolm katoodilt. Esipaneelil on välja toodud ka võrguneutraal N (kolm sinist pesa). Negatiivse polaarsusega või vahelduvpinge pesad on mustad, positiivse polaarsusega pesad on punased. Stendi komplekti kuuluvad eri pikkuse ja värvusega spetsiaalsed ohutud ühendusjuhtmed. Musti juhtmeid pikkusega 0,5 m on stendil kuus, siniseid pikkusega 0,5 m kolm, punaseid pikkusega 0,5 m neli, musti pikkusega 2 m neli ja punaseid pikkusega 2 m neli. Esipaneelile on joonistatud trafode, lülitite ja dioodide tingmärgid, nende juures asuvad ühenduspesad. Laboristend pingestub, kui see lülitatakse kolmefaasilisse võrku pingega 400 V. Katselülitus pingetatakse pealüliti S1 pööramisega asendisse 1.

8.3. Töötamise kord Enne laboristendi pingestamist tuleb põhjalikult tutvuda stendi elektrilise põhimõtteskeemiga ja esipaneelil oleva ühendusskeemiga. Seejuures tuleb eriti hoolikalt uurida, kus paiknevad pingestamis- ja ohulülitid. Pärast skeemidega tutvumist vastata õppejõu kontrollküsimustele. Erakordselt tähtis on tunda trafode ja dioodide tehnilisi andmeid, et mitte põhjustada katselülituse koostamisel ülekoormusi ega lühiseid. Katselülituse pingestamiseks tuleb kasutada ainult pealülitit, mitte ohulülitit. Enne katselülituse koostamist pingestatakse stend ja kontrollitakse, kas kõik kasutatavad pinged vastavad normidele. Positiivse polaarsusega pesades kasutatakse ainult punaseid, negatiivse polaarsusega pesades või vahelduvpinge pesades ainult musti ühendusjuhtmeid. Võrguneutraali ühendamiseks kasutatakse ainult siniseid juhtmeid. Esipaneelil asuva katselülituse osa koostamiseks on soovitatav kasutada juhtmeid pikkusega 0,5 m, et vältida pikematesse juhtmetesse takerdumist ning mõõteriistade ja seadmete töölaualt mahatõmbamist. Pärast katsete lõpetamist tuleb stend välja lülitada, võtta välja võrgupistik, skeem lahti võtta ning juhtmed stendi tagaküljel olevasse nagisse panna. Kontrollida, kas stendi nagis on sama arv juhtmeid, nagu on kirjeldatud alajaotuses 8.2. Keelatud on:

• avada kilbi ust ilma õppejõu loata • paigutada katsestendi peale mõõteriistu ja seadmeid • kasutada lülituse koostamiseks selleks mittesobivaid ühendusjuhtmeid • kasutada mõõteriistu ja seadmeid, mis ei sobi ühendamiseks katsestendi komplektis

olevate ühendusjuhtmetega • teha omavoliliselt ühendusi kilbi sees • kasutada katselülituse pingestamiseks ohulülitit

171

8.4. Mõõteriistad ja seadmed Laboritöödes kasutatakse elektroonilisi alalisvooluvoltmeetreid, -ampermeetreid ja vahelduvvooluvoltmeetreid:

• Lutron DV-101 alalivooluvoltmeeter • Lutron DA 137 alalisvooluampermeeter • Lutron AV 102 vahelduvvooluvoltmeeter

Elektroonilisi laborimõõteriistu kasutades tuleb: • veenduge, et laborijuhtmed on mõõteriistal õigetes, mõõtepiirkonnale vastavates

pesades ning ühendatud õige polaarsusega (joonis 107, pistikud 3−5) • valige lülitiga 6 mõõtepiirkond vastavalt mõõdetava signaali amplituudile • lülitage mõõteriist sisse lülitiga 2 ning tehke vajalikud mõõtmised

Joonis 107. Õppeotstarbeline alalisvooluampermeeter (A) ning voltmeeter (B)

Joonisel 107. on digitaalsete õppeotstarbeliste laborimõõteriistade ühendus- ja kontrolldetailid:

1. LCD-ekraan mõõdetava suurusega 2. toitelüliti 3. ampermeetritel kuni 250-milliamprise signaali mõõtmiseks mõeldud pistik ja

voltmeetritel mõõdetava signaali plussjuhe 4. mõõdetava signaali mass 5. ampermeetritel kuni 5-amprise signaali mõõtmiseks mõeldud pistik 6. mõõtepiirkonna valiku lüliti. Ampermeetritel (2 mA − 5 A) ja voltmeetritel (200 mV −

200 V) Pärast laboritööde lõppu tuleb mõõteriistad välja lülitada, kasutades lülitit 2. Maksimaalsed lubatud pinged ja voolud nendele mõõteriistadele:

• alalisvooluvoltmeetri maksimaalne sisendpinge − 250 V • vahelduvvooluvoltmeetri maksimaalne sisendpinge − 600 V • alalisvooluampermeetrit läbiv maksimaalne lubatud voolutugevus − 5 A (NB!

Ettevaatust voolu reguleerimisel laborireostaadiga!)

172

Kõikide kasutatavate elektrooniliste mõõteriistade täpsusklass on 1,5%. EPE 10 on firma Lucas-Nülle modulaarne õppestend jõuelektroonika alaste laboritööde tegemiseks. EPE 10 stendil katsetatavad elemendid on dioodid ja türistorid. Selle stendiga saab koostada mitmesuguste juhitavate ja mittejuhitavate alaldite skeeme. Õppestend koosneb moodulitest (joonis 108):

• diferentsiaalne mõõtevõimendi • juhtsüsteemi toiteplokk • juhtsüsteem • plokk katsetatavate elementidega (dioodid, türistorid või transistorid) • jõuosa toiteplokk • koormusplokk (R, L, C) • universaalne mõõteriist (vool, pinge, võimsus, võimsustegur)

Joonis 108. Seadmete paigutus

Õppestendi juurde kuulub personaalarvuti koos eritarkvaraga, mille abil saab stendi juhtida, mõõdetud infot mitmesuguste graafikute ja näitudena ekraanil kuvada ning mitmesugustesse failiformaatidesse salvestada. Samas on neid stende võimalik kasutada ka ilma arvutita. Juhtseade laseb töötada režiimide piiratud arvul eraldiseisva seadmena. Diferentsiaalsesse mõõtevõimendisse tulevaid signaale võib jälgida välise ostsilloskoobi abil. Skeemide koostamise hõlbustamiseks kasutatakse vahetatavaid mnemoskeemidega maske katsetatavate elementide moodulil. Seadmeid kasutades pidage kinni juhistest:

• tutvuge nõutava materjaliga • tehke skeemis vajalikud ühendused • veenduge, et laborijuhtmed on ühendatud õigetesse pesadesse • kontrollige üle diferentsiaalsel mõõtevõimendil paiknevate mõõteskaala lülitite

asukohad

173

• lülitage sisse juhtsüsteemi toide (joonis 109) • lülitage sisse stendi jõuosa toide • käivitage arvutis nõutav juhtprogramm • viige programmi nõutavad seadistused • kalibreerige mõõtesüsteem, kasutades väliseid mõõteriistu • lülitage tumblerlüliti „run/stop” asendisse run • tehke soovitud mõõtmised • lülitage seade välja • eemaldage laborijutmed ja ühendussillad

Joonis 109. Juhtsüsteemi ja mõõtevõimendi ühendamine toiteplokiga

Keelatud on

• paigutada katsestendi moodulite peale nt riideesemeid või pabereid • kasutada lülituse koostamiseks selleks mittesobivaid ühendusjuhtmeid • kasutada mõõteriistu ja seadmeid, mis ei sobi ühendamiseks katsestendi komplektis

olevate ühendusjuhtmetega • kasutada katselülituse pingestamiseks ohulülitit

Tarkvara Õppeotstarbeliste katsestendide juhtimiseks ning mõõdetud andmete töötlemiseks tuleb kasutada Phacon-tarkvara (stendil EPE10 türistoride kontrollimiseks).

8.5. Poolperioodalaldi

8.5.1. Eesmärk Poolperioodalaldi tunnussuuruste määramine, väljundpinge kuju uurimine, pinge-voolu tunnusjoone ülesvõtmine ja tutvumine alaldi kasutusvõimalustega.

174

8.5.2. Katseseadmed • katsestend jõudioodidega 25F60 • vahelduvvooluvoltmeeter V3 • alalisvooluvoltmeetrid V1, V2 • alalisvooluampermeeter A • potentsiomeeter Rk • induktiivsus L • ostsilloskoop OS • ühendusjuhtmed

8.5.3. Ettevalmistav osa Otsige kataloogist (võib leida ka Internetist) jõudioodi 25F60 tehnilised andmed ja tunnusjooned. Tutvuge katsestendi elektriskeemiga. Joonistada katseskeemid nr 1 (aktiivkoormus) ja nr 2 (aktiiv-induktiivkoormus) ning selgitage nende tööpõhimõtet. Arvutage poolperioodalaldi väljundpinge alaliskomponent Ud ja väljundpinge keskväärtus Ur, kui trafo sekundaarpinge Us = 24 V.

8.5.4. Töö käik 1. Tutvuge katseseadmetega, kirjutage üles mõõteriistade andmed (nt tüüp, täpsusklass) 2. Valige potentsiomeetrid, takistid, induktiivsus ja mõõteriistad vastavalt dioodide

parameetritele. 3. Koostage katselülitus nr. 1. 4. Ühendage mõõteriistad vastavalt alaldi elektriskeemile − ampermeeter A,

alalisvooluvoltmeetrid V1 ja V2, vahelduvvooluvoltmeeter V3 ning ostsilloskoop. 5. Reguleerige potentsiomeetri Rk takistus maksimaalseks. 6. Pinge-voolu tunnusjoone Ud = f(Id) ülesvõtmiseks muutke potentsiomeetriga Rk alaldatud

voolu Id suurust maksimaalsest minimaalseni (5−6 mõõtmist), kusjuures maksimaalne vool ei tohi ületada 4 A . Kandke tabelisse pinge ja voolu alaliskomponendid, dioodi pingelangud UF ja pinge vahelduvkomponendid (pulsatsioonipinge) Ua.

7. Alalispinge pulsatsiooni määramiseks mõõdetakse vahelduvvooluvoltmeetriga V3 pulsatsioonipinget Ua, s.o alaldatud pinge vahelduvkomponenti. Kui voltmeeter mõõdab efektiivväärtust, siis eeldusel, et pinge vahelduvkomponent on siinuseline, arvutatakse pulsatsioonitegur Kp valemiga:

%1002

⋅=d

ap U

UK

8. Katseandmete põhjal joonistage alaldi pinge-voolu tunnusjoon Ud = f(Id), arvutage pulsatsioonitegurid kõikide koormuste korral ning võtke ostsilloskoobi ekraanilt üles vahelduvpinge alaldatud pinge ja dioodil oleva pinge kujud ning varustage need aja- ja pingemastaapidega.

9. Koostage katselülitus nr 2. 10. Võtke üles pinge-voolu tunnusjoon, nagu on kirjeldatud punktis 5. 11. Mõõtke pulsatsioonitegur aktiiv-induktiivkoormuse korral ja arvutage induktiivsuse L

silumistegur:

välj

sis

K

Kq =

12. Pinge pulsatsiooniteguri Ksis väärtus on kõigil ühesugune (selle määrasite 7. katses). 13. Võtke ostsilloskoobi ekraanilt üles vahelduvpinge alaldatud pinge ja dioodil oleva

pinge kujud ning varustage need aja- ja pingemastaapidega. 14. Kuidas seletada induktiivsuse siluvat mõju alaldatud pingele? 15. Järeldused.

175

8.5.5. Küsimusi

Mida kasulikku see töö andis?

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

Milliseid alaldi skeeme kasutatakse?

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

Kuidas valida dioodi parameetreid sellesse alaldisse?

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

Kuidas induktiivsuse parameetrid mõjutavad väljundpinge kuju?

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

Miks on poolperioodalaldi kasutamine väga piiratud?

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

176

8.6. Ühefaasiline sildalaldi

8.6.1. Eesmärk Poolperioodalaldi tunnussuuruste määramine, väljundpinge kuju uurimine, pinge-voolu tunnusjoone ülesvõtmine ja tutvumine alaldi kasutusvõimalustega.

8.6.2. Katseseadmed • katsestend jõudioodidega 25F60 • vahelduvvooluvoltmeeter V1 • alalisvooluvoltmeeter V2 • alalisvooluampermeeter A • potentsiomeeter Rk • induktiivsus L • polaarne elektrolüütkondensaator C • ostsilloskoop OS • ühendusjuhtmed

8.6.3. Ettevalmistav osa Joonistada katseskeemid ühefaasilise sildalaldi ja koormusega nr 1 (filtrita), nr 2 (C- filtriga) ning nr 3 (Г-kujulise LC- filtriga). Arvutada ühefaasilise sildalaldi väljundpinge alaliskomponent Ud, kui trafo sekundaarpinge Us = 24 V.

8.6.4. Töö käik 1. Tutvuge katseseadmetega, kirjutage üles mõõteriistade andmed (nt tüüp,

täpsusklass). 2. Valige potentsiomeetrid, takistid, induktiivsus, kondensaator ja mõõteriistad vastavalt

dioodide parameetritele. 3. Koostage katselülitus nr 1. 4. Ühendage mõõteriistad vastavalt alaldi elektriskeemile − ampermeeter A,

alalisvooluvoltmeeter V2, vahelduvvooluvoltmeeter V1 ja ostsilloskoop. 5. Reguleerige potentsiomeetri Rk takistus maksimaalseks. 6. Pinge-voolu tunnusjoone Ud = f(Id) ülesvõtmiseks muutke potentsiomeetriga Rk

alaldatud voolu Id suurust maksimaalsest minimaalseni (5...6 mõõtmist), kusjuures maksimaalne vool ei tohi ületada 4 A . Kandke tabelisse pinge ja voolu alaliskomponendid ning pinge vahelduvkomponendid (pulsatsioonipinge) Ua.

7. Pulsatsioonitegur arvutage poolperioodalaldi töös toodud valemiga 8. Koostage katselülitus nr 2. Selleks ühendage alalisvooluvoltmeeter alaldi väljundfiltri

sisendiga ning vahelduvvooluvoltmeeter filtri väljundisse. 9. Arvutage C-filtri pulsatsioonitegur ning silumistegur. 10. Pinge pulsatsiooniteguri Ksis väärtus on kõigil ühesugune (selle määrasite 7. katses). 11. Võtke ostsilloskoobi ekraanilt üles vahelduvpinge alaldatud pinge ja dioodil oleva

pinge kujud ning varustage need aja- ja pingemastaapidega. 12. Koostage katselülitus nr 3. 13. Tehke samad mõõtmised ja arvutused, mis katselülituse nr 2 korral. 14. Võrrelge erinevate filtrite siluvaid omadusi. 15. Järeldused.

177

8.6.5. Küsimusi


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

Milline on parim filter?

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

Kuidas mõjutab filtri siluvaid omadusi kondensaatori mahtuvus?

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

Miks on vaja alaldatud pinget siluda?

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

Kuidas seletada filtri siluvat mõju alaldatud pingele?

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

Milleks filtreid veel kasutatakse ?

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

178

8.7. Ühefaasiline keskväljavõttega alaldi

8.7.1. Eesmärk Ühefaasilise keskväljavõttega alaldi tunnussuuruste määramine, väljundpinge kuju uurimine, pinge-voolu tunnusjoone ülesvõtmine ja tutvumine alaldi kasutusvõimalustega.

8.7.2. Katseseadmed • Katsestend jõudioodidega 25F60 • vahelduvvooluvoltmeeter V1 • alalisvooluvoltmeeter V2 • alalisvooluampermeeter A • potentsiomeeter Rk • induktiivsus L • polaarne elektrolüütkondensaator C • ostsilloskoop OS • ühendusjuhtmed • madalapingeline alalisvoolumootor

8.7.3. Ettevalmistav osa Joonistada katseskeemid ühefaasilise keskväljavõttega alaldiga ja koormusega nr 1 (aktiivkoormus), nr 2 (C-filtriga aktiivkoormus) ning nr 3 (aktiiv-induktiivkoormus). Kõik katseskeemid on ühisanoodiga lülituses. Arvutada ühefaasilise keskväljavõttega alaldi väljundpinge alaliskomponent Ud, kui trafo sekundaarpinge Us = 24 V.



dioodide parameetritele. 3. Koostage katselülitus nr 1. 4. Ühendage mõõteriistad vastavalt alaldi elektriskeemile − ampermeeter A, voltmeeter

V2, voltmeeter V1 ja ostsilloskoop. 5. Reguleerige potentsiomeetri Rk takistus maksimaalseks. 6. Pinge-voolu tunnusjoone Ud = f(Id) ülesvõtmiseks muutke potentsiomeetriga Rk

alaldatud voolu Id suurust maksimaalsest minimaalseni (5−6 mõõtmist), kusjuures maksimaalne vool ei tohi ületada 4 A . Kandke tabelisse pinge ja voolu alaliskomponendid ja pinge vahelduvkomponendid (pulsatsioonipinge) Ua

7. Pulsatsioonitegur arvutada valemiga, mis on toodud töös nr 1. 8. Koostage katselülitus nr 2. Selleks ühendage alaldi väljundfiltri sisendisse,

alalisvooluvoltmeeter, vahelduvvooluvoltmeeter ühendage filtri väljundisse. Arvutage C-filtri pulsatsioonitegur ning silumistegur.

9. Pinge pulsatsiooniteguri Ksis väärtus on kõigil ühesugune (selle määrasite 7. katses). 10. Võtke ostsilloskoobi ekraanilt üles vahelduvpinge alaldatud pinge ja dioodil oleva

pinge kujud ning varustage need aja- ja pingemastaapidega. 11. Tehke samad mõõtmised ja arvutused, mis katselulituse nr 2 korral. 12. Võrrelge saadud tulemusi. 13. Ühendage lahti reostaat Rk, induktiivsus L ja lülitage alaldi väljundisse

madalapingeline väikese võimsusuega alalisvoolumootor ning võtke ostsilloskoobi ekraanilt üles dioodil oleva pinge kuju ning mootori klemmidel oleva pinge ja voolu kujud (ampermeetrilt).

14. Selgitage, milles seisneb erinevus, võrreldes eelnevate katsetulemustega. 15. Järeldused.

179

8.7.5. Küsimusi


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

Millised on on ühefaasilise keskväljavõttega alaldi eelised ja puudused?

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

Kuidas mõjutab alaldi tööd induktiivsuse suurus?

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

Võrrelge tulemusi töö nr 2 tulemustega. Milles seisnevad erinevused?

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

Millist filtrit kasutatakse tavaliselt ühefaasilise keskväljavõttega alaldi väljundis?

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

Milliste võimsuste puhul kasutatakse ühefaasilist keskväljavõttega alaldit ja miks?

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

180

8.8. Kolmefaasiline sildalaldi

8.8.1. Eesmärk Kolmefaasilise sildalaldi tunnussuuruste määramine, väljundpinge kuju uurimine, pinge-voolu tunnusjoone ülesvõtmine ja tutvumine alaldi kasutusvõimalustega.

8.8.2. Katseseadmed • katsestend jõudioodidega 25F60 • vahelduvvooluvoltmeeter V1 • alalisvooluvoltmeeter V2 • alalisvooluampermeeter A • potentsiomeeter Rk • induktiivsus L • polaarne elektrolüütkondensaator C • ostsilloskoop OS • ühendusjuhtmed

8.8.3. Ettevalmistav osa Joonistada katseskeemid kolmefaasilise sildalaldiga ja koormusega nr 1 (ilma filtrita), nr 2 (C-filtriga) ning nr 3 (Г-kujulise LC-filtriga). Arvutada kolmefaasilise sildalaldi väljundpinge alaliskomponent Ud, kui trafo sekundaarpinge Us = 24 V.



dioodide parameetritele. 3. Koostage katselülitus nr 1. 4. Ühendage mõõteriistad vastavalt alaldi elektriskeemile − ampermeeter A, voltmeeter

V2, vahelduvvooluvoltmeeter V1 ja ostsilloskoop. 5. Reguleerige maksimaalseks potentsiomeetri Rk takistus. 6. Pinge-voolu tunnusjoone Ud = f(Id) ülesvõtmiseks muutke potentsiomeetriga Rk

alaldatud voolu Id suurust maksimaalsest minimaalseni (5−6 mõõtmist) kusjuures maksimaalne vool ei tohi ületada 4 A . Kandke tabelisse pinge ja voolu alaliskomponendid ja pinge vahelduvkomponendid (pulsatsioonipinge) Ua.

7. Pulsatsioonitegur arvutage töös nr 1 toodud valemiga. 8. Koostage katselülitus nr 2. Selleks ühendage alaldi väljundfiltri sisendisse,

alalisvooluvoltmeeter ja vahelduvvooluvoltmeeter ühendage filtri väljundisse. 9. Arvutage C-filtri pulsatsioonitegur ning silumistegur. 10. Pinge pulsatsiooniteguri Ksis väärtus on kõigil ühesugune (selle määrasite

seitsmendas katses). 11. Võtke ostsilloskoobi ekraanilt üles vahelduvpinge alaldatud pinge ja dioodil oleva

pinge kujud ning varustage need aja- ja pingemastaapidega. 12. Koostage katselülitus nr 3. 13. Tehke samad mõõtmised ja arvutused, mis katselülituse nr 2 korral. 14. Võrrelge erinevate filtrite siluvaid omadusi. 15. Järeldused.

181

8.8.5. Küsimusi


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

Millega on määratud alaldi väljundpinge Ud?

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

Võrrelda kolmefaasilise sildalaldi väljundpinge pulsatsiooni (filtrita) kõikide teiste alalditüüpidega.

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

Kas kolmefaasilise sildalaldi väljundpinget on tarvis siluda?

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

Kui suur on kolmefaasilise sildalaldi võimsustegur?

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

Millistel võimsustel kasutatakse kolmefaasilist sildalaldit?

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

182

8.9. Juhitavad aladid

8.9.1. Eesmärk Juhitavate kahepulsiliste sildalalditega tutvumine, väljundpinge ja voolu kujude uurimine, seadme kontrollkarakteristikute määramine, võimsuse e komponentide arvutamine ning kujutamine vektordiagrammidel (aktiivvõimsus, näivvõimsus, reaktiivvõimsus, põhiharmoonilise reaktiivvõimsus).

8.9.2. Katseseadmed • LUCAS NÜLLE EPE 10 katsestend • personaalarvuti • PHACON-programm • ühendussillad • ühendusjuhtmed

8.9.3. Ettevalmistav osa Tutvuge katseseadmetega, kirjutage üles mõõteriistade andmed (nt tüüp, täpsusklass). Tutvuge laboritööd kirjeldava skeemiga.Koostage katselülitus vastavalt joonisele 110, kasutades stendi juures olevaid ühendussildasid ja laborijuhtmeid, koormuseks valige 270-oomine takistus.

Ud

L1

N

230 V ~ V V R

L

V1

V2

V3

V4

R1

R2

2L1A

D

~

~

+-C

~

~

+ - A

~

~

+ -B

~

~

+ -

Us IS Id

1Ω

1Ω

I

U

T

Joonis 110. EPE 10 õppestendi ühendamine

8.9.4. Töö käik 1. Keerake katsestendi digitaalse juhtploki töörežiimi valikunupp asendisse Mode 1

PHASE CONTROL. 2. Lülitage katsestendi digitaalse juhtploki kontroll RS232 peale. 3. Lülitage sisse katsestendi digitaalne juhtplokk. 4. Lülitage sisse katsestendi toide. 5. Lülitage sisse universaalne mõõteseade. 6. Käivitage personaalarvutis programm PHACON (Start-menüü, Power electronics-i

alammenüü). 7. Programmiga PHACON valige: Settings-i rippmenüü, alammenüü Settings, sellest

omakorda alammenüü Mode ning töörežiim 1 phase control (multipulse). 8. Mõõtevõimendi plokil lülitage tumbler-tüüpi lülitid järgmistesse asenditesse:

183

9. Lülitage juhtseadmel lüliti „run/stop” asendisse run ning käivitage seade PHACON-

programmist, vajutades selleks kolmnurgakujulisele nupule tööriistaribal. 10. Joonistage sisendpinge, väljundpinge ning sisendvoolu kujud kahe perioodi ulatuses,

aktiivkoormusega (kontrollnurk α=900, R=270 Ω). 11. Joonistage ekraanilt sisendpinge, väljundpinge ning väljundvoolu kujud kahe perioodi

ulatuses, aktiiv- ja induktiivkoormusega (kontrollnurk α=900, L=1.2 mH, R=270 Ω). 12. Vastake järgmistele küsimustele.

• Millist mõju avaldavad juhitava aladi väljundpingele aktiiv- ja induktiivkoormus, kuidas muutuvad pinge ja voolu kuju? ......................................................................................................................

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

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

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

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

• Missuguses režiimis on seade võimeline töötama, kui väljundalalispinge on negatiivse väärtusega? ......................................................................................................................

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

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

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

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

13. Salvestage ning kandke graafikule juhitava alaldi kontrollkarakteristik (kontrollnurk α=900 ,R=270 Ω).

14. Salvestage ning kandke graafikule juhitava alaldi kontrollkarakteristik (kontrollnurk α=900, L=1.2 mH, R=270 Ω).

15. Analüüsige mõlemat kontrollkarakteristikut. Millised on erinevused ja millest on need tingitud?

16. Arvutage järgmised võimsuskomponendid: näivvõimsus, tegelik võimsus, reaktiivvõimsus ja esimese harmoonilise reaktiivvõimsus.

17. Kasutage PHACONtarkvara ning joonistage üles ekraanil nähtav võimsuste vektrodiagramm takistusliku koormusega katse kohta (kontrollnurk α=900 ,R=270 Ω).

18. Koosta vektordiagrammid nii induktiivsusega kui ka ilma induktiivsuseta katsete jaoks, kus oleks antud võimsuse komponentide suhe aktiivvõimsusesse.

19. Võrrelge ning analüüsige graafikuid omavahel.

Lüliti positsioon

Mõõdetav suurus

Lüliti vajalik asend (mõõtepiirkond)

A Väljundpinge 150 V B Sisendpinge 150 V C Sisendvool 2,5 V D Väljundvool 2,5 V

184

8.9.5. Küsimusi


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

Selgitage, miks tekib takistuslik-induktiivse koormuse korral reaktiivvõimsus?

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

Milline oleks väljundpinge lõputult suure väljundinduktiivsuse korral?

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

185

8.10. Dioodalaldite stendi põhimõtteskeem

186

8.11. Dioodalaldite stendi esipaneel

JOONESTAS: T.JALAKAS

KUUPÄEV: 03.01.2008

TTÜ ELEKTRIAJAMITE JA JÕUELEKTROONIKA INSTITUUT

DIOODALALDITE LABORISTENDI ESIPANEEL

Suurus MUUDETUD JOONISE NR. REV

A4 03010801

MÕÕTKAVA LK. 1 / 1

L1

A

K

A

K

A

K

A

K

A

K

A

K

+

-

N

AVARII230VSTEND PINGESTATUD

1A

L2 L3 N

230V

TRAFO 1 TRAFO 2

3 X 24V ~ 3 faasi

Neutraal

2 X 24V ~

PealülitiSignaallamp„pingestatud”

Signaallamp„töötab”

Signaallamp„avarii”

Dioodi katood

Dioodi anood

Ühendussiinid erinevate

alalduslülituste koostamiseks

Avariilüliti

Dioodid25F60

187

8.12. Kirjandus Vodovozov, V., Jansikene, R. Power Electronic Converters, TUT, Dept. of Electrical Drives and Power Electronics, Tallinn 2006, ISBN 9985-69-038-9. Joller, J. Jõuelektroonika, TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut, Tallinn 1996. http://www.ene.ttu.ee/elektriajamid/oppeinfo/AAR3320/AAR3320_ elektroonika.pdf. Abo, L. Elektroonikakomponendid, Tallinn 1997, ISBN 9985-60-358-3. Hiiob, L. Elektroonika ja raadiotehnika VII (elektriseadmete montaaž ja valmistamine), Tallinn, Eesti õppekirjanduse keskus, 1991. Issakov, I. jt. Tööstuselektroonika alused, Tallinn, Valgus, 1982. Руденко В. С. и др. Основы преобразовательной техники: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. М., Высш. школа, 1980.

Delete E-lab Metmat 18092008ar

Documents

Transcript of Delete E-lab Metmat 18092008ar