(PRETVARAE FREKVENCIJE - Maturalna Pitanja i Odgovori)
Transcript of (PRETVARAE FREKVENCIJE - Maturalna Pitanja i Odgovori)
PRETVARAČ FREKVENCIJE
Zdravko Borić, prof.
)4(
)3(
)2(
)1()2(
22
1
1
11
11111
skM
fk
E
fkE
fLjRIEU
s ⋅⋅Φ⋅=
⋅=Φ
⋅Φ⋅=++=
ω
πω σ
2
1
13
⋅≈
fk
EkM
Uvrštenjem (3) u (4) dobije se približan iznos momenta za odreñeno klizanje
2
1
≈f
UM
Asinkroni motor - Upravljanje - izvod za moment motora
M
Uf
M
Uf
1
212
=
≈
Struja rotora koja poteče kroz štapove kaveznog motora ili kroz namot rotora (kliznokolutni AM) kada se namot kratko spoji, iznosi:
( )22
22
202
σsXR
EsI
+
⋅=( ) 2
22
2
202
σXsR
EI
+=
/
Moment motora iznosi:
22 ϕcosIkM em ⋅Φ⋅= Radna komponenta struje statora
2
⋅≈f
UkM em Drugi oblik izraza za moment motora, M=f(U,f)
s
ssω
ωω −=p
fs
πω 2= fp
n ss
60
260 ==
πω
• Trofazni simetričan namot na statoru A. M. napajantrofaznim simetričnim sustavom napona rezultira SIMETRIČNIM OKRETNIM POLJEM
• Promotrimo položaje i iznose rezultirajućeg protjecanja R u prostoru za trenutke kada je vremenska os t u položajima 1 do 7:
Prostorna raspodjela 3-faznih namota:
Fazorska slika struja kroz namote:
Trofazna okretna protjecanja (polja),prikaz rotirajućim vektorima
os fa
ze A • θA – protjecanje faze A
• θB – protjecanje faze B• θC – protjecanje faze C• θR – rezultantno
protjecanje
23π
23π
23π
0tω = 3t
πω =
2
3t
πω = tω = π
4
3t πω = 5
3t
πω = 2t πω =
Sljedećitrenutak
Korištenje pretvara ča frekvencije
Općenito – asinkroni motor
• Brzina vrtnje asinkronog trofaznog motora zavisi o frekvenciji napona napajanja asinkronog motora.
• Pri čvrstoj frekvenciji mreže brzina vrtnje asinkronog motora je konstantna.
• Pri mnogim primjenama potrebna je promjenjiva, podesiva brzina vrtnje!
Pretvara č frekvencije: Asinkroni motor napajan naponom promjenjiva iznosa i frekvencije.
Pretvara č frekvencije: Asinkroni motor napajan naponom promjenjiva iznosa i frekvencije.
Čvrsta frekvencija => konstantna brzina
Frekvencija mreže:
f = 50HzTolerancija: +/- 0,3%
f = 49,85 ... 50,15Hz
Napon mreže:
U = 230 / 400VTolerancija: +/- 10%
U = 207 ... 256 / 360 ...440V
U V W
L1
L2
L3
Podesiva frekvencija => podesiva brzina
Ulazne stezaljke pretvara ča:
Ujednofazno = 180 ... 264VUtrofazno = 320 ... 550V(bez tolerancije)
f = 45 ... 65Hz(bez tolerancije)
U V W
L1
L2
L3
U V W
Izlazne stezaljke pretvara ča:
U = 0 ... 230 / 400V (promjenjivo)f = 0 ... 480Hz (promjenjivol)
U V W
L1
L2
L3
U V W
U V W
L1
L2
L3
U V W
AC
DC
DC
AC
DC
Graña pretvara ča frekvencije
1. Ispravljač:
2. DC-Meñukrug:
3. Izmjenjivač:
L1
L2
L3
UAC,in,1
UAC,in,2 UAC,in,3
UDC,in
oblik mrežnog napona :
UA
C,in
t
Obliknapona UDC,in izmeñu UG+ i UG-):
IDC,in
UD
C,in
t
UG+
UG-
+
-
interna shema:
Vršna vrijednost ispravljanog napona:ÛDC,in = UAC,in
. √2 == 400V . √2 == 565,7V DC
Srednja vrijednost napona:Udc= 1.35 ×Uac =400×1.35 =540 V
Ispravljač:Neupravljani, šest pulsni, mosni, diodni ispravljač
INetz
Istosmjerni meñukrugKondenzatorski slog
UDC,in
Oblik napona UDC,in bez ( ) i sa ( ) kondenzatorom:
UD
C,in
t
+
-
Shema:
Namjena kondenzatora meñukruga:
- Glañenje (filtriranje) napona- Spremnik energije
UG+
UG-
CDC
IDC,in IDC,out
Izmjenjivač:Najosjetljiviji energetski dio pretvarača je slog šest IGBTa („Insulated Gate BipolarTransistor“) s povratnim diodama
Shema s IGBT elementima:
U
V
W
UAC,out,1
UAC,out,2 UAC,out,3
UDC,in
UG+
UG-
T1
T4 T6 T2
T5T3IDC,out
Sklopke T1 i T4 za oba poluvala sinusnog napona i promijenjivi odnos modulacije mogu dati sinusni osnovni harmonik napona i struje
UUDC,in
UG+
UG-
T4
T1UDC
UDCRstator
Lµ
IDC
Faz
a m
otor
a
Ovdje kratko vrijeme teče struja koja je posljedica na induktivitetu inuciranog napona UF, AV.
Upravljanje sa 6 sklopki izmjenjivača treba biti pomaknuto za 60°kako bi se formirao simetrični trofazni sustav.
T1
U
V
W
UAC,out,1
UAC,out,2 UAC,out,3
UDC,in
UG+
UG-
T1
T4 T6 T2
T5T3
IDC,out
T2
T3
T4
T5
T6
0° 60° 120° 180° 240° 300° 360°
Sklopka Fazna struja
pozitivni poluval faze U
pozitivni poluval faze V
pozitivni poluvalfaze W
negativni poluval faze W
negativni poluval faze U
negativnipoluval faze V
L1
L2
L3
UDC
BR1
UG-
Graña pretvara ča frekvencije – energetski dio
CDC
RLade U
V
W
T1
T4 T6 T2
T5T3
Kočni krug
BR2
Rko
čnice
UG+
Ispr
avlja
č
Pre
napo
nska
za
štita
Ogr
anič
enje
st
ruje
pun
jenj
a
Kap
acite
t m
eñuk
ruga
Izm
jenj
ivač
Mje
renj
e iz
lazn
e st
ruje
Prik
ljuča
k m
otor
a
Mre
ažni
pr
iklju
čak
Koč
ni k
rug
1. Ispravljač: 2. DC-Meñukrug: 3. Izmjenjivač:
Tok energije – motorski rad
U V W
L1
L2
L3
m = 2000kg
U motorskom režimu rada pogona tok energije ( ) iz pojne mreže preko pretvarača dolazi umotor koji mehaničku energiju predaje teretu.
Tok energije – generatorski rad
U V W
L1
L2
L3
m = 2000kg
Pri prelasku u generatoski režim (npr pri spuštanju tereta potencijalna energija pretvara se u motoru u električnu)
Tok energije ( ) se mijenja te se javlja povratni tok energije u pretvarač.Postavlja se pitanje kamo s tom energijom?
?
L1
L2
L3
UDC
BR1
UG-
Tok energije u pretvaraču frekvencije
CDC
RLade U
V
W
T1
T4 T6 T2
T5T3
Brem
schopper
BR2
UG+
Auswertung Steuerkarte
Ispravljač
Prenaponska
zaštita
Ograničenje
struje pri uklapanju
Dc m
eñukrugt
Pretvara
čr
Mjerenje na
izlazu
Motorski
priključak
Mrežni priklju
čak
Ko
čni krug
Kretanje energije – generatorski režim rada
• Tok energije u suprotnom smjeru kroz diodni ispravljač nije moguć.
• Dio energije moguće je uskladištiti u kondenzatorima meñukruga povišenjem napona. No povišenje napona je ograničeno na maksimalni dopustivi radni napon kondenzatora (cca 850Vdc za pretvarače 400 Vac)
Problem :
Rješenje: potrebno je naći alternativni put toka energije u tim režimima rada!Rješenje: potrebno je naći alternativni put toka energije u tim režimima rada!
L1
L2
L3
UDC
BR1
UG-
Tok energije u pretvaraču
CDC
RLade U
V
W
T1
T4 T6 T2
T5T3
Brem
schopper
BR2
UG+
Auswertung Steuerkarte
Kretanje energije – Sklop za ko čenje
kočni krug
RB
rems
Kao opcijska moguć je kočni čoper i otpornik na kojem se disipira “višak” energije u meñukrugu. Kočni čoper kontrolira sklopnim radom tok i iznos struje kroz otpor. U nekim izvedbama pretvarača kočni je čoper integriran u standardnu isporuku.
Kao opcijska moguć je kočni čoper i otpornik na kojem se disipira “višak” energije u meñukrugu. Kočni čoper kontrolira sklopnim radom tok i iznos struje kroz otpor. U nekim izvedbama pretvarača kočni je čoper integriran u standardnu isporuku.
L1
L2
L3
BR1
UG-
Tok energije( )
CDC
RLade U
V
W
T1
T4 T6 T2
T5T3
KO
ČN
I ČO
PE
R
BR2
UG+
Auswertung Steuerkarte
kočni krug
Kamo s Energijom? U mrežu ili ...Kamo s Energijom? U mrežu ili ...
Spoj istosmjernog me ñukruga
Kretanje energije – spoj istosmjernog me ñukruga
Povezivanjem dva ili više pretvarača u istosmjernom krugu..
Povezivanjem dva ili više pretvarača u istosmjernom krugu..
U V W
L1
L2
L3
m = 2000kg
U V W
m = 2000kg
UG-
UG+
Pogon 1: generatorki režim rada (spuštanje tereta)
Pogon2: u motorskom režimu(dizanje tereta)
Rekapitulacija preko maturalnih pitanja koja smo do sada obradili
1. Osnovni dijelovi EMP-a i koji momenti djeluju u EM P-u i njihova me ñusobna ovisnost?
• Osnovni dijelovi EMP-a su:– radni mehanizam - stroj koji obavlja radni proces – elektromotor - daje mehaničku energiju radnom mehanizmu– spojni elementi - spajaju radni mehanizam i elektromotor (spojke,
remenice, zupčanici)– priključni i upravljački elementi - pomoću njih se EMP priključuje na
izvor el. energije• Momenti koji djeluju u EMP-u su:1. moment motora Mm2. moment tereta Mt3. moment ubrzanja (usporenja) Mu4. ΣM = 05. Mm = Mt + Mu
2. Osnovna stanja EMP-a (generatorsko i motorsko pogonsk o stanje)?
• Motorsko pogonsko stanje (3 slu čaja):• brzina vrtnje raste (n) raste
Mm>Mt Mm=Mt+Mu Mu=Mm-Mt>0- Moment motora nadvladava moment tereta- Moment ubrzanja Mu ubrzava pogon
• n-konstantanMm = Mt Mu = 0
- motorski moment Mm jednak je momentu tereta Mt, po gon je u stacioniranom stanju (Mu=0)
• n - opadaMm<Mt pa je Mu<0-što zna či da moment ubrzanja usporava teret ili ga ko či, moment tereta nadvladava moment motora
2. Generatorsko pogonsko stanje• n raste
Mt>Mm (moment tereta nadvladava moment motora) i Mu koči ali nedovoljno uspješno
• n-konst Mt=Mm Mu=0 - moment tereta i moment motora su jed nakog iznosa.pogon je u stacioniranom pogonskom stanju
• n padaMt<Mm i Mu uspješno ko či
3. Mehaničke karakteristike radnih mehanizama ?• - ovisnost momenta tereta svih radnih mehanizama o brzini vrtnje
može se prikazatiMt=M0+(ΨΨΨΨMTN-Mo) (ωωωω/ωωωωn)γγγγ
M0-vlastiti moment teretaΨ-faktor opterećenjaMTN-nazivni moment radnog mehanizma ω-trenutna brzina vrtnjeωn-nazivna kutna brzina
• Razlikujemo 4 slučaja:1. Mt ne ovisi o brzini motora (γ = 0)2. Mt linearno ovisi o brzini vrtnje (γ = 1)3. Mt nelinearno ovisi o brzini vrtnje (γ = 2)4. Mt obrnuto proporcionalan brzini vrtnje (γ =-1)
4. Mehaničke karakteristike elektromotora!Služe kao osnovni kriterij u izboru motora za radni mehanizam
• oblici mehaničkih karakteristika motora:
• Razlikujemo:• a) motori s krutom (apsolutno tvrdom) mehaničkom karakteristikom
krivulja 1-brzina vrtnje ostaje konst. kada se mijenja vanjski moment tereta (pr. Sinkroni motori)b) motori s tvrdom mehaničkom karakteristikom brzina vrtnje se neznatno mijenja sa promjenom opterećenja (krivulja 2 i 3) u linearnom području) (pr. Istosmjerni poredbeni motor i asinkroni motori)c) mekana mehanička karakteristika brzina vrtnje se mijenja s promjenom opterećenja (krivulja 5) pr. Serijski uzbuñeni motorid) ovo cijelo područje izmeñu 3 i 5 označeno sa brojem 5 pripada istosmjernim kompaudnim motorima
5. Osnove dinamike EMP-a-U svakom elektromotornom pogonu pojavljuju se odreñene veličine:a)mehani čke (brzina vrtnje, moment tereta, moment motora)b) elektri čne (struje, naponi,otpori,induktiviteti)c)magnetske (mag. tokovi, mag.indukcija)d)toplinske (temp. zagrijavanje, količina topline)Dinami čki pogon je kada se mijenjaju neke ili čak sve fizikalne veličine. Te promjene karakteriziraju odreñene vremenske konstante i postoje 3 tipa konstanti:
R
LTel = (s)
2.toplinska
sh
mcTt =
m - masa (kg)c - specifična toplina (Ws/ockg)s - površina (m2)h - koeficijent odvoñenja topline tijela(Ws/oCm)
n
n
MJTm
ω=
J - moment inercije EMP (moment tromosti (kgm2)ωn - nazivna kutna brzina vrtnje(s-1)Mn - nazivni moment motora (Nm)
(s)
3.mehani čka(s)
1. elektri čna ili elektromagnetska
6. Reduciranje mehani čkih veli čina!
Kad su elektromotor i radni mehanizam spojeni na istoj osi vrtnje onda je i cijeli moment inercije koncentriran na toj osi vrtnje. Ako je motor preko neke transmisije (zupčani prijenos, remenice) pokreće radni mehanizam dio zamašne mase vrti se brzinom el.motora, a njegovi dijelovi nekom drugom brzinom vrtnje. Tada se moraju svezamašne mase svesti ili reducirati na osovini motora.tj. izračuna se kakve bi bile da se vrte brzinom vrtnje motora, a da pri tom imaju jednako djelovanje.
mD2EP=m Dm 2 +ΣΣΣΣmDi 2 (ωωωωi /ωωωωm)2
mD2EP - ukupna zamašna masa na osovini motoram Dm 2 - zamašna masa elektromotoramDi 2 - zamašna masa i-tog zup čanikaωωωω i - - kutna brzina i-tog zup čanikaωωωω m - kutna brzina elektromotora
• Ukoliko su brzine zadane u o/min formula je sli čna:mD2EP=m Dm 2 +ΣΣΣΣmDi 2 (n i/nm)2
7. Napišite formulu za brzinu vrtnje i objasnite kako možemo regulirati brzinu vrtnje kod istosmjernih motora?
U - napon na koji je priključen armaturni krug [V]Ia - struja armature [A]Ra - otpor armaturnog namota [Ω]ke - konstanta motora
Φ - uzbudni magnetski tok [Wb]Promjena brzine vrtnje može se vršiti na slijedeće načine:a) promjenom priklju čenog napona
• - motor se prekapčanjem priključuje na razne napone. Na ovaj način moguće je podešavati brzinu od 0 do nn. b) promjenom otpora u armaturnom krugu
• - vrši se na način da se u armaturni krug dodaju otpornici, tada se u gornjoj formuli umjesto Ra uvrštava ukupna vrijednost otpora (R = Ra + Rdod) [min-1].
• Isključivanjem pojedinih otpornika pomoću paralelno postavljenih sklopki se ukupni otpor smanjuje, a na taj način se brzina vrtnje povećava. Na ovaj način se podešava brzina vrtnje od 0 do nn.c) promjenom uzbudnog magnetskog toka
• U uzbudni strujni krug uključi se promjenjivi otpornik Ri, kojim se može smanjivati uzbudna struja, odnosno magnetski tok Φ. Brzina vrtnje se prema formuli
• povećava ukoliko se magnetski tok Φ smanjuje. Na ovaj način moguće je dobiti brzine vrtnje koje su veće od nazivne.
Φ⋅⋅−
=e
aa
k
RIUn
Φ⋅+⋅−
=e
dodaa
k
RRIUn
)(
Φ⋅⋅−
=e
aa
k
RIUn
8. Napišite formulu za brzinu vrtnje i objasnite ka ko možemo regulirati brzinu vrtnje kod asinkronih motora?ns - sinkrona brzina vrtnje [min-1]s - klizanje asinkronog motoraf - frekvencije [Hz]p - broj pari polova.
• Brzinu vrtnje asinkronog motora moguće je mijenjati na slijedeće načine:1) promjenom frekvencije - Regulacija se na ovaj način vrši pomoću ispravljačkog sklopa koji pretvara napon i frekvenciju mreže u pogonski napon i frekvenciju i to tako da se oni podešavaju ili reguliraju prema potrebi elektromotornog pogona. Takvi se sklopovi zovu ispravljački pretvarač ili konverter frekvencije ili napona.2) regulacija promjenom pari polova - broj pari polova odreñen je statorskim namotom, pa motor treba imati takav statorski namot koji će omogućiti takvu promjenu. Postoje dva načina:
• da statorski namot ima dva odvojena namota, svaki s drugim brojem polova
• prespajanjem jednog statorskog namota 3) Promjenom klizanja s - izvodi se:
• dodavanjem otpornika u strujni krug rotora (samo kod klizno-kolutnih asinkronih motora)
• smanjenjem napona napajanja (time se ujedno povećava i klizanje)4) Kaskadnim spojem - izvodi se mehaničkim spajanjem dva ili više asinkronih motora na zajedničkoj osovini.
p
sfsnn s
)1(60)1(
−⋅⋅=−=
Zaključak!
Nadam se da ovi i ovakvi materijali mogu pomoći učenku u savladavanju gradiva. Za izradu ove prezentacije koristio sam materijale sa FER-a, Veleučilišta u Zagrebu i Srednje škole u Požegi. U materijalima ima i dijelova koji su navedeni i u knjizi koju koriste učenici.
Ovaj materijal je prvi materijal sa maturalnim pitanjima i odgovorima.