View
15
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,
RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO
Janko Polanec
ANALIZA ELEKTRIČNEGA POGONA V
PERUTNINSKIH HLEVIH
Diplomska naloga
Maribor, december 2008
I
Diplomska naloga visokošolskega strokovnega študijskega programa
ANALIZA ELEKTRIČNEGA POGONA V PERUTNINSKIH
HLEVIH
Študent: Janko POLANEC
Študijski program: visokošolski, Elektrotehnika
Smer: Močnostna elektrotehnika
Mentor: red. prof. dr. Mladen TRLEP
Somentor: doc. dr. Marko JESENIK
Maribor, december 2008
II
III
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju dr. Mladenu Trlep za pomoč
in vodenje pri opravljanju diplomske naloge. Prav
tako se zahvaljujem somentorju dr. Marko Jesenik.
Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili
študij.
IV
ANALIZA ELEKTRIČNEGA POGONA V
PERUTNINSKIH HLEVIH
Ključne besede: elektroenergetika, pogoni ventilatorja, frekvenčni pretvornik.
UDK: 621.314.26;621.313.333(043.2)
Povzetek
V diplomski nalogi je predstavljen pogon ventilatorjev v piščančji farmi. Poseben
poudarek je na ventilatorjih napajanih preko frekvenčnega pretvornika. Opisano je
delovanje piščančje farme in pogoji, ki morajo biti izpolnjeni za njeno delovanje. Analiziran
je pogon ventilatorjev, pretoki zraka in poraba električne energije v piščančji farmi.
V
Analysis of the electric drive in the poultry stall
Key words: power energetics, ventilators drive, frequency converter.
UDK: 621.314.26;621.313.333(043.2)
Abstract
There is a presentation of the ventilators drive on a poultry stall in the dissertation. The
emphasis is on the ventilators which are supplied by the frequency converter. The poultry stall
and the conditions for its activity are also presented in the dissertation. There is also analysis
of the ventilator drive, air decantation and the consumption of the electricity needed at a
poultry stall.
VI
VSEBINA
1 UVOD ................................................................................................................................1
2 VENTILACIJA V PERUTNINSKIH HLEVIH ..............................................................1
2.1 Optimalna temperatura ..............................................................................................2
2.2 Optimalna vlaga ..........................................................................................................2
2.3 Ustrezna količina sveţega zraka .................................................................................2
2.4 Vpliv temperature in vlage na perutnino ...................................................................3
2.5 Kaj je relativna vlaga? ................................................................................................5
3 VENTILACIJA V PERUTNINSKIH HLEVIH ..............................................................7
3.1 Delovanje ventilacije ...................................................................................................7
3.2 Vrste ventilacije glede na tlak v objektu ....................................................................7
3.3.1 Ventilacija z nadtlakom ..........................................................................................8
3.3.2 Ventilacija s podtlakom ..........................................................................................8
3.3.3 Tunelska ventilacija ............................................................................................. 10
4 OPIS HLEVA OPREMLJENEGA Z RIVAL SISTEMOM ......................................... 11
4.1 Tehnični opis piščančje farme v Dobrovniku .......................................................... 11
4.2 Plinski grelci .............................................................................................................. 13
4.3 Postavitev grelcev v objektu ..................................................................................... 14
5 VENTILATORJI ............................................................................................................ 14
6 RAČUNALNIK............................................................................................................... 16
7 ZAGONI ASINHRONIH MOTORJEV ........................................................................ 18
7.1 VRSTE ZAGONOV ASINHRONSKIH MOTORJEV .......................................... 18
7.2 Napotki za priključitev asinhronega motorja ......................................................... 19
7.3 Zgradba asinhronskega motorja ............................................................................ 23
7.4 Delovanje asinhronskega motorja ............................................................................ 25
7.5 Asinhronski motorji s kratkostično kletko .............................................................. 28
8 MOŢNOSTI SPREMINJANJA ŠTEVILA VRTLJAJEV ASINHRONSKEGA
MOTORJA ......................................................................................................................... 30
8.1 Spreminjane števila vrtljajev s spremembo števila polovih parov ......................... 30
8.2 Spreminjane števila vrtljajev s spremembo slipa ................................................... 31
8.3 Spreminjane števila vrtljajev s spreminjane frekvence napajalne napetosti ......... 31
8.4 Obratovanje asinhronskega stroja s frekvenčnim pretvornikom .......................... 31
VII
9 FREKVENČNI PRETVORNIK .................................................................................... 33
10 MOTORJI ..................................................................................................................... 35
10.1 Frekvenčni pretvornik OMRON 3G3JV .............................................................. 35
10.2 Delovanje hleva opremljenega z rival sistemom ................................................... 36
10.3 Pretoki zraka ventilatorjev .................................................................................... 37
10.4 Primerjava med tremi enako velikimi hlevi z različno ventilacijo ....................... 41
11 SKLEP .......................................................................................................................... 42
12 VIRI IN LITERATURA ............................................................................................... 43
13 PRILOGE ...................................................................................................................... 43
13.1 Seznam slik .............................................................................................................. 43
13.2 Seznam tabel ........................................................................................................... 44
13.3 Seznam grafov ......................................................................................................... 44
13.4 Naslov študenta ....................................................................................................... 44
13.5 Kratek ţivljenjepis .................................................................................................. 44
1
1 UVOD
Pri pridobivanju praktičnega znanja na področju inštalacij, sem se srečal z montažo opreme v
perutninskih hlevih. Perutnina Ptuj je vgradila v svoje hleve različno ventilacijsko opremo za
menjavo zraka v hlevih. V hlevih je potrebno za vzrejo perutnine vzpostaviti primerno
mikroklimo, saj je od le te odvisen delež preživelih piščancev. Namen diplomske naloge je
proučiti pogon ventilatorjev z asinhronskimi motorji napajanimi s frekvenčnimi pretvorniki.
Primerjali bomo karakteristike pogonov in porabo električne energije v treh hlevih z
različnimi pogoni. Zniževanje porabe električne energije in s tem zmanjševanje obratovalnih
stroškov je cilj vsakega investitorja. Elektromotorji so zaradi svoje velike porabe energije in
razširjenosti najpomembnejši porabnik. Motorni pogoni se uporabljajo v perutninskih hlevih
tudi za klimatizacijo. Čeprav elektromotorni pogoni obratujejo sorazmerno ekonomično, pa v
njih prihaja do določenih izgub, ki jih je možno zmanjšati. Dodatno zniževanje obratovalnih
stroškov je možno z uporabo energetsko varčnih motorjev (motorjev z višjim izkoristkom),
elektronsko regulacijo hitrosti vrtenja ter uporabo sodobnih porabnikov (ventilatorjev). V
diplomi se bom posebej posvetil uporabi frekvenčnih pretvornikov v povezavi z
asinhronskimi elektromotorji uporabljenimi v piščančjih hlevih za klimatizacijo.
2 VENTILACIJA V PERUTNINSKIH HLEVIH
Ventilacija je eden od najpomembnejših tehnoloških procesov, ki ga morajo izvajati v
perutninskih hlevih. Kako in na kakšen način bom poskušal razložiti v nadaljevanju.
Razumeti, kaj ventilacija v perutninskih hlevih sploh je in kako jo pravilno uporabljati pomeni
doseči v hlevu takšne optimalne pogoje, ki bodo imeli neposredni vpliv na boljšo konverzijo
hrane, večji prirast in zmanjšano mortaliteto živali. Če k temu prištejemo tudi zmanjšane
stroške za ogrevanje in električno energijo, potem je jasno, da je vzdrževanje optimalnega
ambienta v hlevu še kako pomembno.
V osnovi ventilirati pomeni dovajati zunanji zrak v objekt ob istočasnem odvajanju
onesnaženega zraka iz objekta. Pojem ventilirati pomeni tudi cirkulirati zrak v samem
objektu, zato je cirkulacija zraka pomembna kategorija ventilacije. Pravilno ventilirati pomeni
premikati ravno pravšnjo količino zraka v pravem času in tako nadzorovati temperaturo, vlago
in nasploh klimo v perutninskem objektu vse s ciljem optimalnih vzrejnih rezultatov. Za
razumevanje ventilacije je potrebno poznati štiri bistvene stvari:
kako se piščanci počutijo zaradi temperature in vlage in kako nanjo reagirajo,
2
kako ventilacija sploh deluje,
kako deluje hlajenje z meglo in
kako vedeti, da ventilacija zares in pravilno deluje.
S poznavanjem osnov vseh štirih bistvenih točk bom predstavil osnove klimatizacije objekta,
ki zagotavlja boljše rezultate pri vzreji perutnine.
V nadaljevanju bom podal kratke razlage nekaterih pomembnih pojmov.
2.1 Optimalna temperatura
Optimalna temperatura, ki zagotavlja najboljše vzrejne rezultate je različna, odvisna je od
starosti perutnine in se giblje v mejah od 31-32 °C v prvem dnevu in do 19-21 °C ob koncu
vzreje. V kolikor se temperatura povzpne ali pade izven teh parametrov se piščanci ne bodo
več počutili komfortno, povečala se bo poraba krme, zmanjšal se bo dnevni prirast, v kritičnih
trenutkih pa lahko pričakujemo tudi pogin piščancev.
2.2 Optimalna vlaga
Optimalna vlaga naj bi bila v objektu med 60-70 %. Previsoka vlaga povzroča vlažno steljo in
s tem večje probleme z amoniakom. Prenizka vlaga pa v objektu povzroča povečanje prahu in
dihalne probleme piščancev.
2.3 Ustrezna količina sveţega zraka
Za dihanje porabljajo živali kisik iz zraka, sproščajo pa ogljikov dioksid. Zato je potrebno
dovajati svež zrak v objekt ne glede na letni čas vzreje. Z istočasnim odvajanjem zraka iz
objekta pa dosežemo zamenjavo ogljikovega dioksida, ostalih toksičnih plinov, amoniaka ter
prahu s svežim zrakom polnim kisika.
Nadzorovati klimo v objektu torej pomeni kontrolirati vse te ključne točke. V kolikor katera
izpade iz kontrole, se vse tri ostale količine spremenijo in niso več adekvatnih vrednosti. Na
primer, z dovajanjem kisika v objekt in odvajanjem toksičnih plinov s pomočjo ventilacije ne
moremo kontrolirati temperature in vlage v objektu.
Pravilna klimatizacija torej pomeni, da dovajamo ravno pravšnjo količino zraka v objekt
(kisika), odvajamo pa odvečno temperaturo, vlago in toksične pline ter prah.
3
2.4 Vpliv temperature in vlage na perutnino
Zelo majhne živali imajo izredno majhno možnost regulacije svoje lastne temperature. Zato
potrebujejo toplo okolico in sicer okrog 32,2 °C. Ko perutnina raste se njihova komfortna
temperatura teden za tednom znižuje in je v času pred zakolom približno od 18,3 do 21 °C.
To pomeni, da moramo v zgodnji fazi vzreje skrbeti, da je piščancem dovolj toplo. V času
odraščanja pa je potrebno živalim odvajati toploto iz telesa – jih ohladiti.
Uravnavati temperaturo tako, da bodo živali vedno v komfortni temperaturni coni, pomeni,
spoznavati vpliv temperature in vlage na počutje piščancev. Piščanec pretvarja konzumirano
hrano in vodo v energijo, ki uravnava njegove organe in muskulaturo, da ohranja svoje telo
toplo in da poleg vsega še raste. Hrane ne izkoristi 100 % za svojo rast, ampak poleg tega še
proizvaja precejšnjo količino toplote in vlage (skozi fekalije in dihanje).
Daljši kot je vzrejni ciklus več temperature oddajo. Na primer populacija 20 000 piščancev v
sedmem tednu starosti odda skoraj toliko toplote kot 2 do 3 termogenski grelci. Količina
oddane vlage tudi variira glede na starost piščancev. Vedeti je potrebno, da 20.000 piščancev
povprečne teže 2 kilograma odda v objekt skoraj 3.800 litrov vode na dan.
Logično sledi, da temperatura in vlaga s starostjo piščancev naraščata. Piščanci oddajo
odvečno toploto v zrak, ki jih obkroža. Zrak cirkulira okrog piščančjih teles, prevzema
njihovo toploto in jo odvaja v okolico. Piščanci nimajo tako uspešnega termoregulacijskega
sistema kot ljudje, ki lahko z znojenjem oddajajo odvečno toploto svojega telesa. Ko v
objektu temperatura naraste na več kot 26-27 °C se začnejo pojavljati prvi znaki toplotnega
stresa.
Normalna temperatura telesa piščanca je 37,7 °C in v kolikor se temperatura zraka povzpne
nad 27 °C začne piščančje telo izgubljati možnost samohlajenja. Posledica segrevanja je
odklanjanje hrane in vode, pozneje pa pogin v kolikor se situacija ne izboljša.
Prisilna menjava zraka v objektu pomaga piščancem odvajati toploto. Vendar se v poletnih
mesecih srečujemo s situacijo, da s toploto nasičen zrak izsesavamo iz objekta in ga
nadomeščamo z ravno tako toplim zrakom, ki ni sposoben prevzeti toplote piščančjega telesa.
Edini način hlajenja piščancev, ki je v tem podnebnem pasu še mogoč, se imenuje hlajenje s
povečano in usmerjeno hitrostjo zraka skozi objekt (wind-chill).
Wind-chill pomeni premikati zrak s tako hitrostjo, da se efektivna temperatura, ki jo dejansko
čuti piščanec zmanjša.
Na primer, če je temperatura zraka v objektu 32 °C pri povprečni relativni vlagi. In če se zrak
giblje s hitrostjo 18 m/min (0,3 m/s) potem bodo piščanci zaznali temperaturo 32 °C. V
4
kolikor bomo s pomočjo ventilacije povečali hitrost premikanja zraka skozi objekt na 1 m/s,
bodo piščanci občutili temperaturo okoli 26,6 °C. V kolikor bomo povečali hitrost zraka v
objektu nad 2 m/s, potem bodo piščanci občutili temperaturo okrog 23,8 °C in manj.
Za dosego takšnega hitrostnega stanja pa je potrebna že tunelska ventilacija. V izredno
visokih temperaturah pa lahko dodatno hlajenje dosežemo z evaporacijo vode v zrak. To
dosežemo z zelo preciznimi šobami, ki praktično vbrizgavajo meglo v objekt ali pa dovajamo
zrak skozi evaporativne panele. Ko voda izpareva v zrak, se pri tem zmanjšuje temperatura
zraka. Ta sistem deluje samo v pogojih nizke relativne vlage. Zanimivo je, da lahko v
določenih mejah piščanci vzdržijo večjo temperaturo, če lahko zagotovimo v nočnem času
padec temperature za več kot 3 °C dnevne temperature. Piščanci izkoriščajo nižjo nočno
temperaturo, da oddajo nakopičeno telesno toploto preko dneva. Tako pričnejo nov dan sveži.
V kolikor se nočna temperatura ne spusti tako nizko, potem bodo piščanci naslednji dan začeli
že z odvečno toploto iz prejšnjega dne. Piščanec bo naslednji topel dan prenašal težje, ne bo
konzumiral hrane in vode in v kolikor klime v objektu ne spremenimo bo poginil.
Piščanci se poskušajo hladiti preko odprtega kljuna. Pri visoki temperaturi piščanci držijo
odprt kljun. Na ta način se piščanci sami poskušajo hladiti z izhlapevanjem vlage na jeziku.
Piščanci se na tak način lahko hladijo, le če je zrak, ki se giba preko njihovega kljuna,
nenasičen z vlago. Skoraj v vseh primerih je zrak, ki se nahaja v objektu že do maksimuma
nasičen z vlago, zato piščančev sistem odvajanja toplote na prej opisan sistem odpove. Če
relativna vlaga v objektu naraste za več kot 70 % bodo piščanci v tako imenovanem
temperaturnem stresu.
Visoka vlaga lahko povzroči veliko problemov tako v zimskem kakor tudi v letnem času. V
zimskem času se objekt ventilira manj kot v letnem času. Torej pozimi odvedemo iz objekta
manj relativne vlage. V zimskem času ne proizvajajo vlage samo piščanci, ampak se vlaga
ustvarja, zaradi ogrevanja s plinskimi grelci. Le ti iz zraka porabljajo kisik, povečujejo pa
ogljikov dioksid in vlago. Rezultat slabe ventilacije v zimskem času ne bo samo povečanje
vlage stelje in s tem povečanje amoniaka v objektu, ampak lahko tudi v zimskem času nastopi
temperaturni stres.
V poletnem času pa večina problemov zaradi povečane vlage nastopi ob nevihtah. V vročem
avgustovskem dnevu po nevihti se lahko temperatura povzpne tudi do 32 °C vlaga pa na več
kot 90 %. Piščanci so pod zelo hudim temperaturnim stresom, zato je potrebno takrat
maksimalno ventilirati objekt oziroma zagotoviti maksimalno izmenjavo zraka v hlevu.
5
Slika 2.1: Opis želene in izmerjene temperature
2.5 Kaj je relativna vlaga?
Ko voda izpareva, izginja v zrak in se pojavlja kot vodna para. Zrak lahko prenaša litre in litre
vode v plinastem stanju. Vendar pa zrak ne more prenašati neskončne količine vodne pare. Pri
maksimalni količini vodne pare je zrak nasičen. Takrat govorimo o 100 % relativni vlagi v
zraku. V kolikor se relativna vlaga v objektu poveča na več kot 70 %, zrak v objektu ne more
več absorbirati vlage, ki jo oddajo piščanci in vlage v sami stelji. Zato postaja stelja vedno
bolj vlažna, z vlažno steljo pa se pojavijo problemi z amoniakom. V kolikor se ob povečani
relativni vlagi poveča tudi temperatura lahko pričakujemo temperaturni stres. Relativna vlaga
je torej odvisna od temperature.
6
Slika 2.2: Odvisnost relativne vlage od temperature
Zrak z višjo temperaturo lahko vsebuje več vlage. Zrak pri nižji temperaturi pa lahko vsebuje
manj vlage. To pomeni, da topel zrak absorbira več vlage iz objekta kot hladen. Torej tudi
takrat, ko imamo opravka s hladnim zrakom in visoko relativno vlago, ki vstopa v ogret
objekt, se le temu relativna vlaga zmanjša, ker se zrak segreje. Zaradi takšnega fizikalnega
pojava je v zimskem času ventilacija sploh izvedljiva. Ko ventilatorji vsrkajo hladen zrak v
objekt, se bo ta začel segrevati. S tem se zmanjša relativna vlaga, poveča pa se možnost
absorpcije vlage, ki jo oddajajo piščanci ali stelja. V kolikor povečujemo temperaturo zraka se
za vsakih 12 °C dvakrat poveča količina vlage, ki jo zrak lahko nosi (absorbira).
Za primer vzemimo objekt 12 x 120 x 3,5 m v katerem je zrak segret na 15 °C. Tak zrak bo
imel 100 % relativno vlago takrat, ko bo vseboval okrog 53 litrov vode. V kolikor zrak
7
segrejemo na 27 °C, bo ta isti imel 100 % relativno vlago takrat, ko bo vseboval 110 litrov
vode.
Zrak pri temperaturi 27 °C lahko vsebuje dvakrat več vode kot taisti zrak segret samo na
15 °C. Povedano drugače, zrak segret na 27 °C bi pri 50 % relativni vlagi vseboval 53 litrov
vode. V kolikor se ta zrak ohladi za 12 °C bo relativna vlaga narasla na 100 %.
3 VENTILACIJA V PERUTNINSKIH HLEVIH
3.1 Delovanje ventilacije
Pravilno izdelana ventilacija mora zadostiti vsem potrebam objekta in živali v njem ne glede
na letni čas in starost piščancev. V poletnem času, ko potrebujemo maksimalno ventilacijo,
moramo z njo zagotoviti približno eno izmenjavo zraka v objektu na minuto. S pravilno
namestitvijo loput pa je potrebno zagotoviti, da bo zunanji zrak, ki prihaja v objekt, dosegel
hitrost tudi do 2 m/s.
V zimskem času bo potreba po bo odvajanju toplote manjša. Povečana pa bo potreba po
odvajanju vlage in amoniaka. Tako je potrebno z ventilacijo zagotoviti vsaj enkratno
izmenjavo zraka v 10 minutah. Na ta način poizkušamo zmanjšati in optimalizirati izgubo
toplote v objektu zaradi ventilacije. Vstopajoč zrak dovedemo v objekt čim višje, tako da se
najprej pomeša s toplim zrakom na stropu objekta in šele nato prispe v cono piščancev.
3.2 Vrste ventilacije glede na tlak v objektu
Poznani sta dve vrsti ventilacije:
ventilacija s pozitivnim tlakom (nadtlakom) v objektu in
ventilacijo z negativnim tlakom (podtlakom) v objektu.
8
3.3.1 Ventilacija z nadtlakom
Fen- grelec
Slika 3.1: Ventilacija z nadtlakom
Ventilatorji pihajo svež zrak v objekt. V večini se uporablja samo en ventilator večjih
kapacitet. Takoj za ventilatorjem so nameščeni grelci, ki vstopajoči zrak segrejejo in mu
odvzamejo vlago. Po dolžini objekta so potrebni dodatni mešalni ventilatorji, ki distribuirajo
zrak po vsem objektu. Takšen način ventilacije je primeren za zimski čas, ko so izmenjave
zraka minimalne. Gibanje zraka skozi objekt pa je neenakomerno. Pri ventilatorju je hitrost
zraka večja, nato pa pada s kvadratom razdalje.
3.3.2 Ventilacija s podtlakom
Slika 3.2: Ventilacija s podtlakom
ventilator
9
Ventilatorji, ki so nameščeni na vzdolžni strani objekta izsesavajo zrak iz objekta in na ta
način ustvarjajo podtlak v objektu. S pravilno izbiro količine ventilatorjev, kakor tudi
vstopnih zračnih loput, lahko podtlak kontroliramo, torej ga držimo na stalno istem nivoju ne
glede na število delujočih ventilatorjev. Zaradi podtlaka v objektu, bo le ta vsrkaval zunanji
zrak v objekt na vseh odprtinah enako ne glede na položaj delujočega ventilatorja. Enako pa
bo zrak vstopal v objekt v vseh nezatesnjenih delih objekta, katerih ne moremo kontrolirati.
Zato je potrebno, za pravilno delovanje sistema ventilacije na osnovi podtlaka, objekt
zatesniti. Velikost podtlaka v objektu naj bi bila konstantna in v mejah od 0,05 cm do 0,25 cm
vodnega stolpca.
V kolikor so vstopne lopute premajhne potem bo podtlak v objektu narasel, ventilatorji bodo
vsled tega preobremenjeni, zato se bo njihova kapaciteta občutno zmanjšala. V kolikor so
lopute preveč odprte glede na delujoče število ventilatorjev, se bo podtlak v objektu zmanjšal
in zrak bo v objekt prihajal samo skozi lopute, ki so bližje delujočim ventilatorjem. Iz tega
sledi, da je potrebno veliko pozornosti nameniti pravilni izbiri in regulaciji vstopnih loput.
V času, ko so piščanci majhni, pa od loput zahtevamo, da bo zrak prihajal v objekt s primerno
hitrostjo, da bo dalj časa ostajal v zgornjih plasteh objekta in se ogrel preden bo dosegel
območje piščancev. Ventilacija s podtlakom je ena najbolj uporabnih sistemov ventilacije,
vendar pa zahteva stalno kontrolo in regulacijo podtlakov v objektu in s tem tudi hitrost zraka
v območju s piščanci. Zahteva pa tudi zatesnjen objekt. V kolikor objekt spušča na katerem
koli delu, razen na vstopnih zračnih loputah, potem bo sistem delovanja ventilacije porušen ali
pa sploh ne bo deloval v nekaterih delih objekta.
Bočna ventilacija je primerna tudi kot minimalna ventilacija, ko ni potrebno zagotoviti
dodatnega hlajenja piščancev.
10
3.3.3 Tunelska ventilacija
Slika 3.3: Tunelska ventilacija
Vsak sistem ventilacije s podtlakom, kjer so ventilatorji montirani na eni strani objekta,
vhodne zračne odprtine pa se nahajajo na drugi strani objekta, imenujemo tunelska ventilacija.
Zrak pri takšnem tipu ventilacije vstopa v objekt na začetku in se po celotnem preseku objekta
giblje v vzdolžni smeri proti koncu objekta. To je eden od redkih sistemov ventilacije za
poletne vroče mesece, ki s hitrostjo gibanja zraka v celotnem preseku objekta daje piščancem
občutek hlajenja. Zrak, ki prihaja v objekt s temperaturo 32 °C in se giblje s hitrostjo 2 m/s,
bodo piščanci čutili kot zmanjšano toploto za 7 °C.
11
4 OPIS HLEVA OPREMLJENEGA Z RIVAL SISTEMOM
Sodobne piščančje farme so danes opremljene s številnimi električnimi napravami, ki
tehnološko podpirajo proizvodnjo in tako lažje delo farmarjev.
4.1 Tehnični opis piščančje farme v Dobrovniku
V farmi velikosti 84 x 12 m se nahaja:
20 plinskih grelnikov,
4 zadnji ventilatorji,
4 bočni ventilatorji, ki delujejo preko frekvenčnega pretvornika,
2 stropna eno fazna ventilatorja,
lopute, ki jih odpirajo motorji,
vlaženje preko visokotlačne vodne črpalke,
3 motorji za krmilni trak,
motor za dobavo silosa v farmo in
računalnik, ki meri temperaturo in relativno vlago v farmi in služi za vklapljanje
ventilacije, odpiranje in zapiranje zračnih loput, prižiganje plinskih grelcev in
vlaženje.
Legenda:
- tipalo temperature
- plinski grelec
- bele luči
- modre luči
- ventilatorji
12
Slika 3.4: Razporeditev električne opreme v perutninskem hlevu Dobrovnik
13
4. 2 Plinski grelci
V svetu obstaja več različnih modelov plinskih grelcev. Piščančja farma v Dobrovniku ima
vgrajen model g – HE/RZ, kar pomeni, radiacijski plinski grelec s kontrolo grelne površine
priključitev na 12 V DC/24 V AC. Moč enega grelca znaša 11 kW. Pritisk plina v grelcu
znaša 26,2 – 30,0 mbar. Plinski grelci so nameščeni 1,5 – 1,8 m nad površino. Razdalja med
grelci znaša 7,6 – 12,2 m. Dimenzije grelca so naslednje: premer pokrova 86 cm in višina
grelca 41 cm. Teža posameznega plinskega grelca znaša 9,2 kg. Maksimalna poraba plina
znaša 1,66 l/h. Zaradi požarne varnosti je potrebno upoštevati minimalno oddaljenost od
vnetljivih predmetov, ki je sledeča:
stranska – 76 cm,
zgoraj – 30 cm in
spodaj – 120 cm.
Število grelcev v eni farmi je pogojeno s številom živali v farmi. Zgoraj opisani model
omogoča naslednje število živali na en grelec:
2000 – 3000 piščancev,
750 – 1000 rac,
1500 – 2000 nesnic,
1500 - 2000 fazanov in
900 puranov.
Slika 4.1: Plinski grelec
14
4.3 Postavitev grelcev v objektu
Vsaka oprema v farmi mora biti postavljena v skladu z veljavnimi predpisi. Plinski grelci so v
farmi locirani (obešeni) na razdalji ca 7,5 m v vrsti. V primeru več vrst, je priporočeno
obešanje v cik cak liniji. Vsak grelec je obešen posebej z jekleno vrvjo ali verigo. Kjer gre za
obešanje grelcev v seriji, se grelci pripnejo z jekleno vrvjo. Tako lahko celotno linijo grelcev
preko vitla poljubno dvigamo in spuščamo. Pri tem pa moramo biti posebej pozorni na
nosilnost jeklene vrvi oziroma vitla. Vsak grelec je varovan z varovalno verigo, da v primeru,
če poči jeklena vrv ali popusti vitel, grelec ne pade v nastilj.
Temperatura v farmi je kontrolirana z nastavljenim termostatom. Z dvigovanjem grelcev,
temperatura v območju piščancev pada. Priporočena začetna višina obešanja grelcev je na 1,8
metra nad nastiljem. Na vsak grelec je na plinski napeljavi montiran ročni ventil. Vsak objekt
posebej ima merilec porabe plina.
Po vsakem zaključenem turnusu (prihod in odhod ene jate piščancev) se mora plinski grelec
očistiti.
5 VENTILATORJI
Ventilatorji v piščančjih farmah imajo pomembno vlogo prezračevanja. Kadar naravna
ventilacija ne zadovoljuje več potreb po temperaturi in zraku, uporabimo ventilatorje in
vhodne odprtine. Tako umetno dovajamo svež zrak v hlev in vzdržujemo potrebno
mikroklimo.
Farma v Dobrovniku ima vgrajene ventilatorje EOLSTAR. Ventilatorji EOLOSTAR serije ES
sodijo v skupino tako imenovanih visokopretočnih počasi vrtečih se ventilatorjev, ki se
odlikujejo po izjemno veliki pretočni zmogljivosti ob relativno nizkem številu obratov.
Rezultat tega je tiho delovanje in nizka poraba električne energije.
15
Bočni ventilatorji na farmi v Dobrovniku so tipa ES-100 R. Dimenzije A, B in C so naslednje:
A = 96 cm,
B = 32 cm / 40 cm in
C = 84 cm.
Slika 5.1: Ventilator – dimenzije
Zadnji ventilatorji so tipa ES-140 R. Dimenzije teh ventilatorjev so večje od bočnih
ventilatorjev in so naslednje:
A = 138 cm,
B = 32 cm / 40 cm in
C = 125 cm.
Hala hleva ima v sredini zaveso in pred njo končna stikala za krmilne trakove, tako da krma
potuje samo do polovice hleva. Zavesa je potrebna zaradi ekonomičnosti prireje. Manjši
piščanci ob enakem številu potrebujejo manj prostora, zato se hala v prvi fazi prireje z zaveso
zmanjša na polovico. Tako se v prvi fazi prireje prihrani precej električne energije in plina.
16
Slika 5.2: Ventilator tipa ES-100 R
Stropna enofazna ventilatorja sta tip EZF 136 S4 z močjo 0,4 kW. Izvedba teh ventilatorjev je
takšna, da je stator v sredini, na rotor pa so neposredno nameščena krila ventilatorja. Stropna
ventilatorja sta montirana dodatno samo za povečano prezračevanje pri povišani temperaturi v
hlevu. Ventilatorji se vklapljajo ročno na glavni razdelilni elektro omari.
6 RAČUNALNIK
Procesni računalnik omogoča nadzor in delovanje celotne piščančje hale in je v veliko pomoč
vzreditelju. Računalnik vsakih 15 sekund odčitava stanje posameznih senzorjev v hali. Na
podlagi teh podatkov izračuna povprečno temperaturo merjeno med senzorji, ki so postavljeni
v objektu. V kolikor računalnik ugotovi nenormalno obnašanje posameznega senzorja, ga sam
izključi iz izračuna povprečne vrednosti temperature. Računalnik prikazuje tudi temperaturo
posameznih senzorjev. Maksimalno lahko prikaže temperature 12-tih senzorjev in sicer po
grupah. Stalno je beležena tudi temperatura, ki jo kaže zunanji temperaturni senzor. Zunanji
temperaturni senzor deluje v območju od -15 °C do +49 °C. Računalnik zapisuje tudi najvišjo
in najnižjo temperaturo v hali pridobljeno enako kot povprečno temperaturo.
17
Relativno vlago meri računalnik preko senzorja za relativno vlago, ki je po navadi nameščen
na sredini hale. S pomočjo relativne vlage računalnik izračunava stresni faktor (razmerje
relativne vlage v odstotkih in temperature v stopinjah in uravnava delovanje opreme za
vlaženje. Senzor mora biti vedno suh in očiščen prahu.
Računalnik deluje po sedmih modulih delovanja, odvisno od programa, starosti živali in
temperatur v objektu.
S pomočjo programske opreme je možno slediti trenutnim informacijam o živalih v hlevu
(starost piščancev, teža piščancev ob vhlevitvi, predvidena teža ob koncu reje, predvidena
starost ob koncu reje, število vseljenih živali, mortaliteto piščancev, ….).
Vsako uro se evidentira poraba vode v hali. Občutna povečana poraba vode je dober
pokazatelj, da je s piščanci nekaj narobe.
Računalniško je vodena tudi ventilacija oziroma prevetrovanje. Pri procesu prevetrovanja se
bodo bočne lopute odprle za določeno vrednost, istočasno pa se bodo vključili ventilatorji, ki
so programirani za delovanje pri prevetrovanju.
Računalnik že ima programiran minimalni čas odpiranja loput, ki znaša 3 sekunde. Zato mora
biti odprtost lamel v centimetrih večja kot časovno potovanje lopute. Pri različnem številu
delujočih ventilatorjev se morajo lopute enakomerno oziroma proporcionalno odpirati.
Na samem računalniku se nahaja rele, na katerega je mogoče priključiti zvočni ali svetlobni
alarm. Računalnik alarmira v naslednjih nastavitvah:
najvišja dovoljena temperatura v objektu je 37 °C (nad to temperaturo računalnik
sproži alarm),
alarm zaradi visoke (35 °C) ali nizke (33 °C) temperature,
alarm za preveliko porabo vode: 800 litrov (maksimalna poraba vode na uro).
alarm za premalo porabe vode; Računalnik primerja dnevne porabe med seboj
(današnjo z včerajšnjo) in v kolikor je današnja nižja za več kot 10 % se sproži alarm.
18
S
Slika 6.1: Računalnik
7 ZAGONI ASINHRONSKIH MOTORJEV
7.1 VRSTE ZAGONOV ASINHRONSKIH MOTORJEV
V času, ko priklopimo motor na omrežje, se začne motor vrteti vedno hitreje. Temu času
pravimo zagonski čas. Če priključimo elektromotor s stikalom direktno na omrežje, steče v
trenutku zagona velik zagonski tok Izag, ki znaša od 3 do 8 krat In, z večanjem obratov pa tok
pada. Iz omrežja ne moremo odvzeti poljubno veliko toka, saj bi se med zagonom pojavil
prevelik padec napetosti. Direktno lahko vklapljamo motorje manjših moči. Obstaja pa v
nekaterih primerih problem z velikim zagonskim momentom, ki lahko povzroči nezaželene
mehanske sunke.
Zagone asinhronih motorjev delimo na:
- direktni zagon,
- zagon z upori v rotorskem tokokrogu in
- zagon z znižano napetostjo oz. mehki zagon z znižanim momentom.
Direktni zagon se uporablja pri motorjih manjših moči, ker tam ni problema zaradi
prevelikega zagonskega toka in posledično padcev napetosti.
19
Zagon z upori v rotorskem tokokrogu se uporablja takrat, ko želimo manjši zagonski moment,
takšen zagon pa je možen samo pri asinhronih motorjih z drsnimi obroči. Zagon z znižano
napetostjo oz. mehki zagon se uporablja, ko potrebujemo zmanjšan zagonski moment in
manjši zagonski tok.
Poznamo več zagonov z znižano napetostjo:
- s predupori v statorskem tokokrogu,
- z avtotransformatorjem,
- mehki zagon z elektronskim zaganjalnikom (tiristorski mehki zagon) in
- zagon s stikalom zvezda-trikot.
7.2 Napotki za priključitev asinhronega motorja
Pri priključevanju moramo paziti na nazivne napetost motorja oziroma navitij. Pri motorjih
manjših moči (do 3 kW) je navitje motorja večinoma dimenzionirano za napetosti 230 V, zato
ga lahko priklopimo le v vezavi zvezda na 400 V. V tem primeru piše na ploščici 230 Δ in
400 Y; torej zagon zvezda-trikot ni možen. Fazna navitja motorjev večjih moči so
dimenzionirana na napetost 400 V. V tem primeru pa na ploščici piše samo 400 Δ, zagon
zvezda-trikot je možen.
Razporeditev priključnih sponk in priključitev na omrežje v vezavi zvezda in trikot.
M
3 F
L1
L2
L3
N
U1 V1 W1
V2 W2
U1 V1 W1
U2
U2 V2 W2
U1 V1 W1
Slika 7.1: Direktni vklop asinhronskega motorja s kratkostično kletko
20
Večje motorje smemo priključiti v omrežje le z znižano napetostjo, s čimer omilimo vklopni
tokovni sunek. V najenostavnejšem primeru zadostuje vklapljanje s pomočjo stikala zvezda-
trikot.
Ker smemo statorsko navitje vsakega motorja priključiti v vezavo zvezda ali trikot,
uporabljamo za zaganjanje vezavo zvezda in za obratovanje vezavo trikot. Ob zagonu v
vezavi zvezda je statorsko navitje priključeno na 1/√3 nižjo fazno napetost kot v vezavi trikot,
ne da bi za znižanje napetosti uporabili predupor. Zagonski tok je pri priključitvi v vezavo
zvezda trikrat manjši kot bi bil, če bi motor priključili v vezavo trikot, prav tako je v vezavi
zvezda trikrat manjši zagonski vrtilni moment v primerjavi z zagonskim vrtilnim momentom
v vezavi trikot. Srednje vrednosti razmerij zagonskega toka in zagonskega vrtilnega momenta
pri motorjih s kratkostično kletko prikazuje tabela A.
V2 W2
U1 V1 W1
W2
L1
L2
L3
L1 L2 L3U1 V1 W1U2 V2
U2
Slika 7.2: Vezava stikala zvezda – trikot na sponke UVW asinhronskega motorja s
kratkostično kletko
21
Tabela 1: Srednje vrednosti razmerij zagonskega toka in zagonskega momenta
motorjev s kratkostično kletko
Način vklopa Motor z enojno kletko Motor z dvojno kletko Motor s poglobljenimi
utori
NJ
Jz
N
Z
M
M
NJ
Jz
N
Z
M
M
NJ
Jz
N
Z
M
M
Direktni vklop 7 1,8 5,25 2,4 4,8 1,5
Vklop s
stikalom zvezda
- trikot
2,3 0,6 1,75 0,8 1,6 0,5
Največji dopustni zagonski tok asinhronskih motorjev je določen s predpisi. Če zagonski tok
ni znan, vzamemo za njegovo vrednost osemkratno vrednost nazivnega toka.
Za povečanje faktorja moči asinhronskih motorjev uporabljamo trifazne kondenzatorske
baterije. Ob uporabi stikala zvezda-trikot direktna priključitev trifaznih kondenzatorskih
baterij na sponke UVW motorja ni dopustna, ker lahko v breznapetostnem stanju, ko motor
preklopimo iz vezave zvezda v vezavo trikot, nastopi samovzbujanje motorja, naelektreni
kondenzatorji pa so lahko po preklopu priključeni na napetost z obratnim vrstnim redom faz.
V ta namen uporabljamo posebna stikala zvezda-trikot, pri katerih se preklop iz vezave
zvezda v vezavo trikot izvrši brez prekinitve napetosti na sponkah UVW.
Statorski zaganjalnik uporabljamo pri motorjih s kratkostično kletko, ki jih iz obratovalnih ali
kakšnih drugih razlogov ne smemo zaganjati s stikalom zvezda-trikot. Moč motorja ne sme
biti večja od 15 kW, če ga priključujemo na javno nizkonapetostno omrežje. Če je statorsko
navitje vezano v zvezdo, je smiselno, da vežemo zaganjalnik v zvezdišče, ker s tem
dosežemo, da je potencial zaganjalnika proti masi zelo majhen.
22
L1
L2
L3
N
U1
W1
L2
L3
N
W1 V1
U1
V1
L1
Slika 7.3: Vezava statorskega zaganjalnika na sponke UVW asinhronskega motorja
Razen tega, da pri uporabi statorskega zaganjalnika vrtilni moment pada s kvadratom
napetosti in da nastajajo na zaganjalniku joulske izgube, ima ta povrhu še majhno
učinkovitost. Zagonski tok je, kot smo videli, za napetostjo močno fazno zakasnjen in ima
majhno delovno komponento. Padec napetosti na ohmski upornosti statorskega zaganjalnika,
ki leži v fazi s pritisnjeno napetostjo, lahko povzroča le omenjena delovna komponenta
zagonskega toka v statorskem navitju. Za zaganjanje motorjev s kratkostično kletko z močjo
30 kW in več se iz teh razlogov uporabljajo trifazni zagonski transformatorji, ki so večinoma
vezani v varčni vezavi. Z njihovo pomočjo zaganjamo motorje z znižano napetostjo, začenši
pri ⅓ nazivne napetosti, ki jo nato postopno povečujemo in zagonski tok v vsaki stopnji
zadržujemo na 1,5 do 2-kratni nazivni vrednosti.
Uporaba motorjev s kratkostično kletko je omejena povsod tam, kjer je treba motor pogosto
zaganjati pod obremenitvijo, ker se rotorsko navitje zaradi velikega zagonskega toka
nedopustno močno segreje. Razen tega pri mnogih pogonih zagonski vrtilni moment ne
zadošča, nastavljanje vrednosti rotorskega toka pa sploh ni mogoče. [2]
23
Menjava smeri vrtenja
Smer vrtenja motorja spremenimo preprosto tako, da med sabo zamenjamo dva poljubna
dovodna fazna vodnika.
7.3 Zgradba asinhronskega motorja
Asinhroni motor je najvažnejši stroj na trifazni tok. Sestoji iz mirujočega dela, ki ga
imenujemo stator in rotirajočega dela, ki ga imenujemo rotor. Oba dela stroja sta medsebojno
ločena z ozko zračno režo, ki običajno znaša nekaj desetink milimetra. Stator ima obliko
votlega valja, izdelan pa je iz lamel, stisnjenih v paket, ki je z vijaki pritrjen na ohišje iz
jeklene litine. Lamele so iz dinamopločevine in so izolirane ena od druge s tankim papirjem
ali pa enostransko lakirane z izolacijskim lakom. Na ta način preprečimo, da bi se v statorju
razvili znatni vrtinčni tokovi. Za boljše odvajanje toplote, ki se razvija med obratovanjem
stroja, služi rebrasto ohišje, za samo hlajenje pa uporabljamo ventilator, ki je pritrjen na osi
motorja, ki skozi odprtine v ležajnem ščitu sesa hladilni zrak v notranjost motorja. Na notranji
strani statorskega paketa so skozi lamele usekani utori, skozi katere je vtisnjeno trifazno
navitje. Naloga trifaznega navitja v statorju stroja je ustvarjanje vrtilnega magnetnega polja,
na katerem temelji delovanje asinhronega motorja. V najenostavnejšem primeru dvopolnega
stroja so v utorih statorskega paketa nameščena 3 navitja, za vsako fazo po eno, ki so med
seboj geometrično premaknjena za 120°. Konci navitij so speljani na sponke v priključni
omarici, ki je nameščena na ohišju stroja. Iz označb priključnih sponk in iz napisne ploščice, s
katero je opremljen vsak električni stroj, lahko sklepamo o načinu priključitve in obratovalnih
podatkih. Na napisni ploščici najdemo: oznake proizvajalca, tip stroja, tovarniško številko,
vezavo, nazivno moč, nazivno napetost, nazivni tok, omrežno frekvenco, nazivno vrtilno
hitrost, faktor moči (cos φ) in razred izolacije.
Na čelnih straneh statorja sta nameščena ležajna ščita, ki nosita valjasta ležaja, v katerih se
vrti centrično nameščen rotor stroja. Rotor se najpogosteje gradi v izvedbi s kratkostično
kletko, redkeje pa v izvedbi z drsnimi obroči in rotorskim zaganjalnikom. V obeh primerih
rotorskemu navitju ne dovajamo vzbujevalnega toka, temveč poganja tok v navitju inducirana
napetost kot posledica indukcije v vrtilnem magnetnem polju statorja. Iz teh dveh razlogov
asinhronski motor imenujemo tudi indukcijski motor.
Rotor s kratkostično kletko sestoji iz osi motorja, na katerem je nameščen paket lamelirane
pločevine iz železa z izsekanimi utori na zunanjem obodu, skozi katere so potisnjene rotorske
palice in dveh kratkostičnih obročev, ki na čelnih straneh železnega paketa rotorske palice
24
sklepata v kratkostično kletko, po kateri se motor imenuje. Telo rotorja je valjaste oblike,
lamelirana pločevina železnega paketa pa ima podobno kot pri statorju nalogo zmanjšati
vrtinčne toke na minimum. Pri velikih strojih so palice in kratkostična obroča izdelani iz
bakra ali bronce, pri manjših strojih pa je celotna kletka iz aluminijeve litine, ki se vbrizga v
paket rotorske pločevine v raztaljenem stanju. Sistem rotorskih palic (vodnikov rotorskega
navitja) ni izoliran nasproti železnemu paketu, ker zaradi majhne električne upornosti
kratkostične kletke v primerjavi z električno upornostjo železa rotorski tokovi tečejo praktično
samo v vodnikih kratkoročne kletke. Kratkostični obroči imajo na čelnih straneh pogosto
ulita krilca za prezračevanje motorja. Diametralno nasprotne rotorske palice tvorijo preko
kratkostičnih obročev tokovne zanke oziroma tuljave s številom ovojev N2 = 1, kjer se
domenimo, da bomo z indeksom 1 označevali veličine v statorskem, z indeksom 2 pa veličine
v rotorskem navitju. Rotorsko navitje motorja s kratkostično kletko je polifazno (je večfazno)
navitje, ki ima toliko faz, kolikšno je število zank.
Slika 7.4: Rotor s kratkostično kletko
Rotorji s kratkostično kletko nimajo določenega števila polovih parov in zato lahko obratujejo
v strojih z različnim številom polovih parov statorja.
Iz opisa rotorja s kratkostično kletko je razvidno, kako enostavna je njegova konstrukcija. Le
ta ne vsebuje delov, ki so lahko vzrok različnih motenj in obrabe kot so komutator, drsni
obroči in ščetke. Prav tako je jasno, da pri rotorju s kratkostično kletko priključitev zunanjih
upornosti za zmanjševanje rotorskega toka pri zagonu oziroma nastavljanje vrtilne hitrosti ni
možna.
Pri motorju z drsnimi obroči je v nasprotju z opisanim kratkostičnim rotorjem rotorsko
navitje preko obročev in pripadajočih ščetk speljano na sponke v priključni omarici stroja.
Trifazno rotorsko navitje je običajno vezano v zvezdo. Začetki posameznih faz rotorskega
navitja so preko treh drsnih obročev in pripadajočih ščetk speljani na sponke v priključni
25
omarici stroja. Trifazno rotorsko navitje je zelo podobno statorskemu navitju in ima enako
število polovih parov kot statorsko navitje. Položeno je v utore železnega paketa rotorja, ki je
prav tako lameliran kot stator. Paket pločevine je nameščen na vrtljivi osi z utorom, ki skrbi
zato, da se paket ne more zavrteti po osi. Na eni strani paketa je na osi pritrjen ventilator, ki
služi za hlajenje motorja, na drugi strani paketa pa os izstopa iz ležajnega ščita na prosto, tako
da jo je mogoče sklopiti z osjo delovnega stroja.
Na trifazno rotorsko navitje motorja z drsnimi obroči lahko priključimo trifazne upornosti
rotorskega zaganjalnika. Z nastavljanjem vrednosti uporov trifaznega stroja spreminjamo
vrtilno hitrost. Po drugi strani lahko upornosti rotorskega zaganjalnika, kot že pove ime samo,
uporabljamo za zmanjševanje zagonskega toka, nato pa jih med obratovanjem kratko
sklenemo. Da preprečimo nepotrebno obrabo ščetk in se izognemo izgubam zaradi trenja, je
stikalo, s katerim kratko sklenemo drsne obroče navadno opremljeno še z ročico, s pomočjo
katere lahko ščetke odmaknemo od drsnih obročev. Ščetke seveda ne smemo odmakniti od
drsnih obročev, dokler ti niso premoščeni, sicer se lahko na sponkah odprtega rotorskega
navitja inducirajo nevarne prenapetosti. S premostitvenim stikalom in napravo za dviganje
ščetk od drsnih obročev dobi motor prav takšno obratovalno zanesljivost kot motor s
kratkostično kletko, vendar je motor drag. Mehak zagon, ki ga motor omogoča z rotorskim
zaganjalnikom, je danes mogoče doseči s frekvenčnimi pretvorniki ali močnostnimi
elektronskimi vezji tudi pri motorju s kratkostično kletko, tako da so trifazni motorji z drsnimi
obroči dandanes primerni le še za posebne namene uporabe, tako na primer za področje
srednjih napetosti in velikih moči.
7.4 Delovanje asinhronskega motorja
Trifazno navitje statorja je simetrično in je priključeno na trifazno omrežje treh izmeničnih
napetosti s konstantno amplitudo in frekvenco, ki so medsebojno fazno premaknjene za 120°.
Te napetosti poženejo v trifaznem navitju statorja tri sinusne toke, ki imajo isto amplitudo in
frekvenco in so prav tako med seboj premaknjeni za 120°. Tokovi povzročajo tri magnetne
pretoke, ki nihajo sofazno s tokovi in skupaj tvorijo rezultirajoče magnetno polje, ki se vrti s
frekvenco priključne napetosti. To polje imenujemo magnetno vrtilno polje, ki je za delovanje
asinhronskega motorja bistvenega pomena, ker inducira v kratko sklenjenih tuljavah
rotorskega navitja napetosti, ki poženejo kratkostične tokove. Ti tokovi imajo isto amplitudo
in frekvenco, vendar so med seboj fazno premaknjeni. Fazna premaknitev teh tokov je enaka
120° pri motorju z drsnimi obroči, pri katerem je rotorsko navitje trifazno in enako
26
oblikovano kot statorsko navitje, pri motorju s kratkostično kletko pa je fazna premaknitev
odvisna od števila faz rotorskega navitja. Gledano na splošno imamo tudi v rotorju nekakšen
polifazni sistem. Kratkostični tokovi povzročajo v povezavi z gostoto vrtilnega magnetnega
polja B sile, ki delujejo na vodnike rotorskega navitja in proizvajajo vrtilni moment, ki je
sposoben rotor pospešiti oziroma vrtilni moment, ki ga lahko rotor odda.
V grobem se rotor nahaja v enem od stanj: stanju mirovanja oziroma vrtenja. Ob vklopu
motorja se prične vrteti vrtilno magnetno polje s sinhronsko vrtilno hitrostjo, neodvisno od
tega, ali je rotor vgrajen ali ne. Inducirana napetost mirujočega rotorja požene tok (zagonski
tok) označene smeri, ki v skladu s pravilom leve roke določa smer sile oziroma vrtilnega
momenta na posamezno palico tako, da se rotor začne vrteti v isti smeri kot vrtilno magnetno
polje.
V motorskem področju obratovanja se mora rotor vrteti vselej z nižjo vrtilno hitrostjo kot je
sinhronska vrtilna hitrost, pravimo, da se vrti asinhrono in zato se motor imenuje asinhronski
motor. Asinhronski motor se mora vrteti počasneje kot se vrti vrtilno magnetno polje, če
obratuje v motorskem področju. Razlog je v tem, da mora premagovati bremenski moment
delovnega stroja, to pa je mogoče le, če teče rotorski tok. Rotorski tok lahko teče, če se v
rotorskem navitju inducira napetost in ta se lahko inducira le, če rotorske palice prečkajo
magnetne silnice vrtilnega magnetnega polja. Do tega pa prihaja tedaj, če vrtilni hitrosti nista
enaki.
Slika 7.5: Določitev smeri vrtenja rotorja
27
Majhno vrednost delovne komponente rotorskega toka pri zagonu pojasnjuje kazalčni
diagram na sliki 7.5, kjer vidimo, da je zagonski tok sicer velik, vendar pa tako močno fazno
zakasnjen, da je pripadajoča delovna komponenta zagonskega toka prav majhna.
Posledice majhne delovne komponente rotorskega toka pri zagonu motorja je razmeroma
šibak zagonski vrtilni moment motorja, kar pomeni, da asinhronski motor razmeroma težko
steče. Razmere pri zagonu asinhronskega motorja so zlasti neugodne pri motorju s
kratkostično kletko, kajti kljub velikemu zagonskemu toku proizvaja motor razmeroma
majhen zagonski tok. Obremenjenega motorja s kratkostično kletko zato po zagonu ne smemo
takoj ponovno zaganjati ob polni vrednosti napetosti, sicer lahko pregorijo navitja motorja.
Slika 7.6: Vrtilni moment povzroča delovna komponenta rotorskega toka
Iz slike 7.7 je razvidno, da doseže vrtilni moment pri določeni hitrosti n2 maksimalno
vrednost. To maksimalno vrednost imenujemo omahni vrtilni moment Mom, ustrezni slip pa
omahni slip som.
28
Slika 7.7: Potek vrtilnega momenta asinhronskega motorja
7.5 Asinhronski motorji s kratkostično kletko
Velikost zagonskega rotorskega toka je določena z inducirano napetostjo mirujočega rotorja
in impedanco rotorskega navitja mirujočega rotorja, od obremenitve, pri zagonu pa ne.
Obremenitev motorja podaljšuje le čas zagona in povečuje zaradi velikega zagonskega toka
proizvedeno toploto v rotorskem navitju.
Če želimo neugodno razmerje med zagonskim tokom in zagonskim vrtilnim momentom
izboljšati, moramo zmanjšati fazni premik v trenutku vklopa motorja, navidezno upornost pa
povečati. Oboje je mogoče doseči, če povečamo ohmsko upornost rotorskega navitja. V
omejenem obsegu lahko to zahtevo izpolnimo z rotorjem, ki ima dvojno kratkostično kletko.
Takšnemu rotorju pravimo tudi rotor z izrivanjem rotorskega toka.
Rotor z dvojno kratkostično kletko ima zunanjo kletko s tankimi palicami iz uporovnega
materiala in notranjo kletko z debelimi palicami, ki imajo majhno ohmsko upornost. Palice
29
notranje kletke so pogreznjene globoko v železo rotorja, tako da se lahko okrog palic dodobra
razvije stresani magnetni pretok, ki povzroča veliko stresano induktivnost notranje kletke.
V trenutku vklopa je frekvenca rotorske inducirane napetosti enaka omrežni frekvenci, zaradi
česar je stresana induktivna napetost tako velika, da lahko zagonski tok teče praktično samo v
zunanji kletki. Da bi učinek zmanjšanja zagonskega toka kar se da povečali, zmanjšamo
presek palic zunanje kletke. Posledica take konstrukcije je manjši zagonski tok, zagonski
vrtilni moment pa je lahko celo večji. Med obratovanjem z nazivno vrtilno hitrostjo sta
frekvenca in stresna induktivna upornost zelo majhna, zaradi česar se rotorski tok porazdeli na
obe kletki. Motor se pri nazivni obremenitvi obnaša kot običajni motor z enojno kletko in
okroglimi palicami. Pri majhnih motorjih se dvojna kletka zaradi ekonomičnosti proizvodnje
izdeluje v enem samem kosu vključno s krilci ventilatorja s postopkom tlačnega litja.
Podoben učinek na zmanjšanje zagonskega rotorskega toka kot rotor z dvojno kratkostično
kletko imajo tudi rotorji s poglobljenimi utori različnih profilov.
Slika 7.8: Rotor
Zagon motorjev s kratkostično kletko izvedemo pri majhnih močeh motorja z direktnim
vklopom, pri čemer je mogoče statorsko navitje vezati bodisi v zvezdo bodisi v trikot z
ustrezno premostitvijo sponk v priključni omarici. Spremembo smeri vrtenja dosežemo
enostavno z zamenjavo dveh faz med seboj.
30
8 MOŢNOSTI SPREMINJANJA ŠTEVILA VRTLJAJEV
ASINHRONSKEGA MOTORJA
Asinhronski motor, ki je priključen na omrežje toge napetosti, minimalno spremeni število
vrtljajev od prostega teka do nazivne obremenitve, celo na meji obremenitve pri omM je
oms =10 – 20 % in s tem so tudi n nekoliko manjši od ns.
Iz enačbe za število vrtljajev rotorja:
)1(60
)1( sp
fsnn s
1min so dane tri možnosti spremembe n:
s spremembo števila polovih parov oziroma števila polov,
s spremembo slipa,
s spremembo frekvence pritisnjene napetosti.
8.1 Spreminjanje števila vrtljajev s spremembo števila polovih parov
S spremembo frekvence fluksa se spreminja število vrtljajev. To v primeru nazivne napetosti
dosežemo s spremembo števila polovih parov. Zato v primeru enega polovega para p = 1
dobimo sinhronsko število vrtljajev 3000 vrt./min, če pa imamo dva polova para p = 2 pa se
vrtljaji razpolovijo. Dejansko pa še bodo vrtljaji rotorja manjši zaradi razlike slipa - s med
obema veličinama.
Spreminjanje števila vrtljajev s preklapljanjem polovih parov lahko dosežemo na dva načina.
V utore statorja vložimo dve navitji, vendar vsako dimenzioniramo na drugo število
polovih parov.
V statorju imamo eno navitje ter tako z notranjim preklapljanjem tega navitja dosežemo
spremembo števila polovih parov. (Najbolj znana je Dahlanderjeva vezava, ta omogoča
preklapljanje števila polov v razmerju 1 : 2.)
31
8.2 Spreminjanje števila vrtljajev s spremembo slipa
Spremembo slipa dosežemo posredno na naslednje načine.
S priključitvijo dodatnih uporov v rotorski tokokrog pri asinhronih motorjih z drsnimi
obroči. S tem dosežemo, da postane momentna karakteristika bolj položna in omahni
moment se pomakne v levo. S tem se slip pri delovni točki viša, vrtljaji pa se
manjšajo.
S spremembo pritisnjene napetosti, ker je moment premosorazmeren s kvadratom
napetosti. Ta način se uporablja pri pogonih z ventilatorsko karakteristiko, velik
problem pa je v tem, da se veča slip, kar pa povečuje izgube v rotorju.
8.3 Spreminjanje števila vrtljajev s spreminjanjem frekvence napajalne napetosti
Iz enačbe za napetost kfU sledi, da se mora pritisnjena napetost spremeniti linearno s
frekvenco. V tem primeru je kffUfU xx //
konstanta in ostane magnetni fluks
praktično enak. Motor je polno izkoriščen. Vsak asinhronski motor, ki je grajen za omrežje 50
Hz, lahko obratuje tudi na omrežju 60 Hz, če je ustrezno višja napetost in obratno. Pri tem je
na omrežju 60 Hz moč motorja za faktor 60/50 = 1,2-krat večja kot na omrežju 50 Hz še nekaj
večja zaradi boljše ventilacije stroja pri višjih vrtljajih. Poseben primer je prehod na ameriško
omrežje in obratno:
Hz
V
Hz
V
60
460
50
400
V tem primeru je razmerje frekvenc 1,2-kratnik, medtem ko je razmerje napetosti nekaj
manjše. Kljub temu se v takšnih primerih dovoljuje obratovanje motorjev na enem ali drugem
omrežju brez previjanja motorjev.
8.4 Obratovanje asinhronskega stroja s frekvenčnim pretvornikom
S prevlado elektronike se uporabljajo za napajanje asinhronskih motorjev frekvenčni
pretvorniki. Glede na enačbo za inducirano napetost velja, da moramo hkrati s frekvenco
premo sorazmerno povečati tudi napetost. Zaradi ravnotežja se bo ustrezno zmanjšal fluks v
stroju, če je pritisnjena napetost na motorju konstantna, frekvenco pa povečujemo preko
nazivne vrednosti. Govorimo tudi o obratovanju stroja v področju slabljenja polja. Pri
32
konstantnem toku in pri zmanjšanem fluksu dobimo ustrezno manjši tudi vrtilni moment
stroja. Vrtilni moment od frekvence 0 do nazivne frekvence Nf je lahko konstanten. V točki
Nf je tudi napetost enaka nazivni napetosti omrežja, s katero napajamo frekvenčni pretvornik.
Od točke Nf na spodnji sliki lahko s frekvenčnim pretvornikom povečujemo le frekvenco pri
konstantni napetosti, zato vrtilni moment pada. Oddana moč je maksimalna v bližini točke Nf
in nato začne polagoma padati.
f1 fn f3 f2
M
Pn (S1)
P (S6)
Pmax
PM
Slika 8.1: Diagram moči in vrtilnega momenta v odvisnosti od frekvence
Termična moč stroja je največkrat precej manjša od maksimalne moči. Termična moč (polna
črta) je odvisna od pogojev hlajenja. Zato je področje obratovanja stroja določeno s termično
mejno vrednostjo toka stroja, pri katerem se le-ta v trajnem obratovanju segreva tako, da
temperatura ne preseže za določen razred dovoljene temperature izolacije. Seveda je mogoče
obratovanje tudi pri večji moči (črta pika) in enakem hlajenju, toda le v intermitiranem
pogonu. Navadni intermitirani pogon je S2, tj. kratkotrajno obratovanje, npr. 15 minut ali S6,
trajno obratovanje s kratkotrajno obremenitvijo, trajanje cikla npr. 5 minut in trajanje
obremenitve npr. 40 %. Intermitirani pogon pri večji konstantni moči je mogoč le do
frekvence 3f , ki je manjša od tiste pri trajnem pogonu 2f .
Vsi stroji s frekvenčnim pretvornikom imajo navadno tuje hlajenje. To je izvedeno z
ventilatorjem, ki ga poganja manjši enofazni ali trifazni motor z zunanjim rotorjem. Pri tem
piha ventilator zrak po površini stroja. Pri večjih močeh je lahko stroj hlajen tudi z vodo, ki
kroži v plašču stroja. Pri bolj zahtevnih pogonih je hladilna voda speljana tudi v ležajnih ščitih
v bližini ležajev. Zato so v tem primeru hladilni pogoji praktično konstantni v celotnem
33
področju delovanja. Torej lahko stroj v celotnem področju obratovanja obremenimo s
konstantnim tokom, ki je povezan s pogoji hlajenja in razredom izolacije. Kratkotrajno
povečanje moči je mogoče le, če frekvenčni pretvornik v točki 1f ni polno tokovno izkoriščen,
tako, da je mogoče ustrezno povečati tok. Navadno tudi napetost v točki 1f ni enaka
maksimalni, tj. omrežni napetosti in je manjša od tiste v točki Nf .
9 FREKVENČNI PRETVORNIK
Frekvenčni pretvornik služi za spreminjanje frekvence in v kombinaciji z asinhronim
motorjem za spreminjanje vrtljajev motorja. Energetski del frekvenčnega pretvornika je
sestavljen iz usmerniškega dela, razsmernika in kondenzatorja. Potrebno energijo prejema iz
omrežja, ki preko trifaznega diodnega usmerniškega vezja napaja kondenzatorsko baterijo.
Kondenzator služi zagotavljanju konstantne napetosti tudi, ko se vhodna napetost med
polvaloma zniža. Ko vklopimo napravo predstavlja kondenzator, ko je prazen, praktično
kratek stik. Velik polnilni tok bi lahko poškodoval diode in na dovodni strani bi bil problem z
varovalkami in nihanjem napetosti ob vklopu. Za preprečevanje tega pojava se največkrat
uporablja polnilno vezje, sestavljeno iz upora za polnjenje kondenzatorja, ki ga čez čas
premosti kontaktor ali rele.
Na izhodni strani pa je šest polprevodniških elementov (tranzistorjev), ki sestavljajo
razsmernik. Z ustreznim krmiljenjem posameznih stikal (s pomočjo krmilne elektronike)
lahko statorsko navitje asinhronskega motorja napajamo tako da ustvarja magnetno vrtilno
polje. Hitrost vrtenja polja pa lahko sedaj uravnavamo s časovnim zaporedjem vklapljanja
posameznih stikal (tranzistorjev). Tako dobimo vrteče se magnetno polje s spremenljivo
hitrostjo vrtenja in s tem tudi spremenljivo hitrostjo vrtenja rotorja. Da dosežemo enakomeren
tek motorja, krmilimo stikala tako kot kaže slika. V vsaki polperiodi vklapljamo in
izklapljamo posamezno stikalo večkrat v ritmu sinusa. Ob vsakem vklopu se na določeno fazo
pritisne napetost vmesnega enosmernega kroga, ki skozi statorsko navitje poganja ustrezni
tok. Ker se motor obnaša kot nizko propustno sito (R–L breme), je tok sinusne oblike (ti.
pulzno širinska modulacija). Krmilna elektronika pa mora zagotavljati tudi spremembo
efektivne vrednosti pritisnjene napetosti, da ostane magnetni pretok v mejah tistega pri
nazivni točki, pri napajanju iz omrežja oziroma variabilno spreminjanje U/f v primeru
specifičnih bremenskih karakteristik, kot je ventilator.
34
Krmilna elektronika je galvansko ločena od omrežja tako da jo lahko povežemo z procesnim
računalnikom ali na krmiljenje brez posebnih vmesnikov. Sodobni frekvenčni pretvorniki
nudijo zaščito asinhronskega motorja in nekateri imajo vgrajene PI ali PID regulatorje (torej s
povratno vezavo).
L1
L2
L3
Vmesni enosmerni krog Asinhroni motor
A M
Usmernik Rasmernik
U
I
Pulzna širinska modulacija (PWM)
Slika 9.1: Energetski del frekvenčnega pretvornika
35
10 MOTORJI
Farma vsebuje kar nekaj različnih motorjev, ki s pomočjo električne energije omogočajo
delovanje hale.
Trifazni motor, ki omogoča dobavo silosa v hlev, ima moč 0,75 kW in deluje s 1400 obrati na
minuto.
Trifazni motorji, ki poganjajo krmilna trakova, imajo moč 0,73 kW ter delujejo tudi pod
napetostjo 380 V. Motor deluje s 1390 obrati na min-1
.
Motor, ki odpira lopute deluje na eno fazo ter ima dvojno navitje za vrtenje motorja v desno
ali v levo. Moč teh motorjev je 0,06 kW ter delujejo s 1350 obrati na min-1
.
Piščančja hala se hladi tudi s pomočjo vlaženja zraka na loputah. Vlaženje opravljajo motorji
z visokotlačno črpalko z močjo 3 kW pod napetostjo 380 V in obrati 1430 min-1
. Vlaženje
zraka v hali poteka pod pritiskom 60 do 70 barov in pretokom 21 litrov vode na minuto.
10.1 Frekvenčni pretvornik OMRON 3G3JV
Slika 10.1: Frekvenčni pretvornik
36
Frekvenčni pretvornik se montira v električno razdelilno omarico. Maksimalna uporabna moč
motorja je lahko 2,2 kW. Vklop motorjev vezanih preko frekvenčnega pretvornika se izvede v
pretvorniku. Ukaz za vklop pa dobi frekvenčni pretvornik od računalnika. Da se ne odpira
električna omara vsakič, ko se spreminja frekvenca se na vrata omare vgradi potenciometer
2 kΩ.
Frekvenčni pretvornik ima vgrajene razne zaščite:
- zaščita motorja (zaščiten je elektronsko termično),
- zaščita pred trenutnim prevelikim tokom (izključi pri približno 250 % od nazivnega
izhodnega toka ki ga moramo vnesti v program pretvornika),
- zaščita pred prenapetostjo (izključi kadar je enosmerna napetost glavnega kroga
približno 410 V),
- zaščita pred premajhno napetostjo (izključi kadar je enosmerna napetost glavnega
kroga približno 200 V),
- pregretje hladilnih reber (odkrije pri približno 110 °C).
10.2 Delovanje hleva opremljenega z rival sistemom
Ta sistem vsebuje 4 bočne ventilatorje od katerih sta dva vezana vzporedno na en frekvenčni
pretvornik, 4 tunelske ventilatorje in 3 temperaturne sonde, ki dajejo informacijo računalniku,
kdaj požene kateri ventilator v hlevu. V hlevski računalnik moramo vnašati vsakodnevno
željeno temperaturo po starosti piščancev (slika 2.1). Hlevski računalnik potrebuje podatke
na koliko časa se naj vklopita ventilatorja za menjavo zraka (prezračevanje), to je približno
vsakih 20 min po 5 min odvisno od zunanje temperature, pri tem pa pozimi pride do težav, saj
prezračevanje povzroča prekomerno ohlajanje hleva. Preden pridejo piščanci v hlev mora bit
hlev segret na 33 °C to dosežemo z dogrevanjem s plinskimi grelci. Za hlajenje pa
uporabljamo ventilatorja, ki sta vezana preko frekvenčnega pretvornika. Frekvenčni
pretvornik nam služi samo za zmanjševanje hitrosti ventilatorja, to pomeni, da deluje v
območju od 20 Hz do 50 Hz. Zmanjšani vrtljaji morajo biti zato, da se ob prevelikem prepihu
ne prehladijo piščanci. Stenske lopute so prav tako krmiljene s strani računalnika in sicer se
odpirajo glede na število vklopljenih ventilatorjev. Več ventilatorjev je vklopljenih bolj
morajo biti odprte lopute. Lopute se morajo odpreti preden se vklopi ventilator, to pa zaradi
podtlaka, ki bi nastal v nasprotnem primeru. Tunelski ventilator se uporablja pri povišani
temperaturi, ko bočna ventilatorja ne zadoščata več, predvsem tedaj, ko so piščanci že večji.
37
Če je temperatura še vedno visoka, se vklopi hlajenje zraka preko vlaženja zraka, tedaj morajo
biti lopute odprte do konca in vklopljeni morajo biti vsi ventilatorji zaradi odstranjevanja
vlage, ki bi se sicer nabrala v objektu. Visokotlačne šobe so nameščene pod loputami tako, da
hladijo vstopni zrak, čim manjše so kapljice (premera 0,03mm) tem boljši je učinek hlajenja.
10.3 Pretoki zraka ventilatorjev
Hlev vsebuje 10 ventilatorjev, od katerih sta dva stropna, štirje bočni in štirje zadnji tunelski
ventilatorji.
Stropna ventilatorja sta v vročih dneh za hitrejše ohlajanje zraka, ko obstoječa ventilacija ne
zadošča. Motor je enofazen 230 V in moči 0,4 kW. Pretok zraka je 6000 m3/h. Vklapljanje
ventilatorjev je ročno.
Štirje zadnji tunelski ventilatorji so v pogonu samo pri bistveno povečani temperaturi, ko
bočni ventilatorji ne zmorejo. Vklapljanje je preko krmilnega računalnika. Vklapljajo se
postopoma odvisno od temperature. Sorazmerno z vklapljanjem števila ventilatorjev se
odpirajo tudi stranske lopute. Z odpiranjem loput, se spreminja podtlak v hlevu. Pretok zraka
enega ventilatorja je 37000 m3/h pri 10 Pa ali 0,1 milibara. Moč motorja ventilatorjev znaša
0,75 kW. Z večanjem števila vklopljenih ventilatorjev se sorazmerno veča tudi pretok zraka,
podtlak pa se uravnava s stranskimi loputami.
Štirje bočni ventilatorji so v pogonu sami ali s kombinacijo s stropnimi ventilatorji. Delujejo
pri povečani temperaturi in za izmenjavo svežega zraka. Vklapljajo se preko krmilnega
računalnika. Vklapljata se po dva ventilatorja skupaj, od katerih sta dva vezana samo preko
kontaktorjev. Ostala dva pa sta vezana preko frekvenčnega pretvornika. Vklapljajo se na
temperaturo in sicer, najprej dva, ki sta vezana preko frekvenčnega pretvornika in nato
naslednja dva. Za izmenjavo zraka se uporabljata samo tista dva, ki sta vezana preko
frekvenčnega pretvornika. Slaba stran tega, da sta dva motorja vzporedno vezana na en
frekvenčni pretvornik je, da ob okvari enega motorja ne deluje nobeden, če pride ob okvari
motorja do kratkega stika. Gledano z ekonomskega vidika je rešitev boljša, ker okvare niso
pogoste. Frekvenčni pretvornik za vzreditelja predstavlja velik strošek. Frekvenca in s tem
hitrost ventilatorjev se preko potenciometra nastavlja ročno na glavni omari, glede na potrebe
prezračevanja. V hladnih dneh mora biti pretok zraka manjši, da ne pride do prehladitve
piščancev. Če je pretoka zraka manjši, mora biti čas obratovanja ventilatorja za izmenjavo
zraka daljši. Ta čas se nastavlja po potrebi v računalniku. Pretok zraka enega bočnega
ventilatorja pri 1400 obratih motorja znaša 16608 m3/h.
38
Z manjšanjem obratov motorja se manjša tudi pretok zraka, kar tudi želimo doseči. Obrate
spreminjamo s frekvenčnim pretvornikom. Delovanje ventilatorjev vseh tipov je opisano s
pravili, ki jih poznamo pod imenom »Ventilatorski zakoni«, tudi Kubni zakon:
- pretok Q je proporcionalen hitrosti vrtenja 2
1
2
1
n
n
Q
Q,
- tlak p v objektu je sorazmeren kvadratu hitrosti vrtenja 2
2
2
1
2
1
n
n
p
p,
- moč P ventilatorja je sorazmerna tretji potenci hitrosti vrtenja 3
2
3
1
2
1
n
n
P
P.
Meritve
Za ugotovitev hitrosti obratov motorja smo opravili meritve pri različni napajalni frekvenci.
Meritev smo opravili z instrumentom za merjenje obratov motorja. Tip instrumenta: »
PHOTO/CONTACT TACHOMETER UNITEST Cat-No. 93412«. Odčitavanje frekvence je
bilo iz frekvenčnega pretvornika.
Tabela 2: Spreminjanje obratov s frekvenco
f (Hz) n (min-1
)
50 1328
45 1195
40 1078
35 955,7
30 831
25 702,4
20 570
39
Izračuni
Q = 16608 m3/h pri n=1400 min
-1
h
mQ
n
nQ
350
50 9,15753166081400
1328
h
mQ
n
nQ
3
50
45
45 1,14176166081400
1195
h
mQ
n
nQ
3
50
45
40 2,12788166081400
1078
h
mQ
n
nQ
3
50
35
35 3,11337166081400
7,955
h
mQ
n
nQ
3
50
30
30 9858166081400
831
h
mQ
n
nQ
3
50
25
25 5,8332166081400
4,702
h
mQ
n
nQ
3
50
20
20 8,6761166081400
570
Slika 10.2: Spreminjanje pretoka zraka s spreminjanjem frekvence
Večja kot je frekvenca večji je pretok zraka. Iz tega sledi, da moramo ventilatorju, ki je
namenjen za izmenjavo zraka, večati čas obratovanja ventilatorja pri manjšem pretoku zraka.
Pri 50 Hz je pretok Q = 16608 m3/h in mora ventilator obratovati pet minut, na vsakih 20
40
minut. S tem, ko piščanci rastejo, pa se mora vmesni čas manjšati. Tako, da trideseti dan
znaša vmesni čas deset minut.
Izračun trajanja obratovanja ventilatorja pri nižjih obratih. fQ
Vt60
t – čas
V – potrebna količina zraka ki jo moramo menjati
Qf – pretok zraka pri različnih frekvencah
min9,51,14176
60138445t
min5,62,12788
60138440t
min3,73,11337
60138435t
min4,89858
60138430t
min105,8332
60138425t
min3,128,6761
60138420t
Slika 10.3: Spreminjanje časa obratovanja ventilatorja s spreminjanjem frekvence
41
10.4 Primerjava med tremi enako velikimi hlevi z različno ventilacijo
Z razvojem se je spreminjala tudi tehnologija ventilacije v piščančjih farmah. Eden izmed
starejših sistemov je napravljen s 16-imi stropnimi ventilatorji z močjo 0,31 kW katere lahko
vklapljamo ročno ali preko termostata, po potrebi pa lahko katerega izklopimo. Stenske lopute
so namenjene za dovod zraka in se odpirajo s pomočjo ročne vitle. Prednost te ventilacije je
vzgonski način delovanja, kar povzroči manjšo porabo energije v zimskih mesecih in pri
izpadu električne energije ali okvare v inštalaciji manjša možnost zadušitve piščancev
oziroma v hlevu je dlje časa svež zrak. Za menjavo zraka pa morajo farmarji vklapljati
ventilatorje ročno. V vročih dneh je poraba električne energije zelo velika, zaradi velikega
števila ventilatorjev (16).
Novejši sistem je tako imenovan Nemški sistem, Big Dečman (SKOV) za katerega je
investicija zelo draga. Ta sistem vsebuje 6 stropnih ventilatorjev z zapornimi loputami v
ventilacijskem kanalu pod motorjem. Za primer povečane temperature sta nameščena še dva
zadenjska tunelska ventilatorja. Ventilatorji so krmiljeni s strani računalnika. Šest stropnih
ventilatorjev ima možnost spreminjanja frekvence, medtem ko tunelska ventilatorja delujeta z
vso močjo. V zimskih mesecih je ta ventilacija dražja zaradi stalnega obratovanja
ventilatorjev. Stenske lopute so povezane z jekleno pletenico s katero preko prenosa lopute
odpira oziroma zapira 24 V enosmerni motor. V primeru izpada električnega toka se takoj
odpre stenska loputa s pomočjo rezervnega akumulatorja. Ta tip ventilacije omogoča najboljši
zrak v piščančji farmi, vendar je ekonomsko najslabši.
Rival sistem pa je varčen glede porabe in investicija ni pretirano velika. Vzdrževanje pa ni
tako zahtevno. V primeru okvare se morajo lopute odpreti ročno. Potrebno je čim hitreje
odpraviti napako na hlevu in ga priključiti nazaj na omrežje, v primeru izpada električne
energije pa se avtomatsko požene dizel agregat. V tem hlevu pride do zadušitve piščancev v
primeru okvare že v eni uri.
42
hlev 1 – Big Dečman; hlev 2 – Rival sistem; hlev 3 – stari sistem
Graf 1: Primerjava porabe električne energije
11 SKLEP
Z vgradnjo frekvenčnega pretvornika v sistem klimatizacije piščančje farme dobimo mehak
zagon ventilatorja in zaustavitev ventilatorja. Fiksno nastavljanje hitrosti s čemer lahko
zagotovimo na osnovi zunanjih signalov željene vrtljaje ventilatorjev, ki zagotavljajo ustrezne
parametre v prostoru. Izognemo se električnim in mehanskim sunknom ob vklopu in izklopu
naprav. Na osnovi navedenega dobimo v sistemu konstanten moment v vsem področju
delovanja motorja. Dodatno pa imamo v sistemu integrirane vse zaščite za varovanje motorja
(napetostna, kratkostična in pretokovna zaščita) ter nazadnje pridobimo velik prihranek
električne energije. Ob vgradnji frekvenčnega pretvornika v sistem pa se moramo zavedati, da
le ti vnašajo v sistem višje harmonske komponente, ki jih moramo upoštevati pri sami
vgradnji opreme in izvesti kvalitetno zaščito signalnih vodov pred motnjami v sistemu.
Namen diplomske naloge je bil proučiti pogon ventilatorjev z asinhronskimi motorji
napajanimi s frekvenčnimi pretvorniki. Primerjali smo karakteristike pogonov in porabo
električne energije v treh hlevih z različnimi pogoni.
43
12 VIRI IN LITERATURA
[1] Nada Zorko-Braun, Perutninarstvo-skripta, Višja agronomska šola, Maribor, 1979.
[2] Andrej Tkalec, Analiza vpliva sodobne opreme za prezračevanje v rejah brojlerskih
piščancev: diplomsko delo, Fakulteta za kmetijstvo, Maribor, 2001.
[3] Arhiv Perutnine Ptuj (interno gradivo)
[4] Rudi, Pušenjak, Elektrooprema in pogoni, Fakulteta za strojništvo, Ljubljana, 1997.
[5] Ivan Zagradišnik in Slemnik Bojan, Električni rotacijski stroji: učbenik, Fakulteta za
elektrotehniko, računalništvo in informatiko, Maribor, 2001.
[6] Štefan Pintarič in Martin Dobeic, Meritve mikroklime: študijsko gradivo, Biotehniška
fakulteta, Ljubljana, 2007.
13 PRILOGE
13.1 Seznam slik
Slika 2.1: Opisuje želeno in izmerjeno temperaturo ................................................................5
Slika 2.2: Odvisnost relativne vlage od temperature. ...............................................................6
Slika 3.1: Ventilacija z nadtlakom. .........................................................................................8
Slika 3.2: Ventilacija s podtlakom. .........................................................................................8
Slika 3.3: Tunelska ventilacija. ............................................................................................. 10
Slika 3.4: Razporeditev električne opreme v perutninskem hlevu Dobrovnik ........................ 12
Slika 4.1: Plinski grelec. ....................................................................................................... 13
Slika 5.1: Ventilator – dimenzije........................................................................................... 15
Slika 5.2: Ventilator tipa ES-100 R ....................................................................................... 16
Slika 6.1: Računalnik ............................................................................................................ 18
Slika 7.1: Direktni vklop asinhronskega motorja s kratkostično kletko .................................. 19
Slika 7.2: Vezava stikala zvezda – trikot na sponke UVW asinhronskega motorja s
kratkostično kletko ............................................................................................................... 20
Slika 7.3: Vezava statorskega zaganjalnika na sponke UVW asinhronskega motorja ............ 22
Slika 7.4: Rotor s kratkostično kletko ................................................................................... 24
Slika 7.5: Določitev smeri vrtenja rotorja .............................................................................. 26
Slika 7.6: Vrtilni moment povzroča delovna komponenta rotorskega toka ............................ 27
44
Slika 7.7: Potek vrtilnega momenta asinhronskega motorja ................................................... 28
Slika 7.8: Rotor .................................................................................................................... 29
Slika 8.1: Diagram moči in vrtilnega momenta v odvisnosti od frekvence............................. 32
Slika 9.1: Energetski del frekvenčnega pretvornika ............................................................... 34
Slika 10.1: Frekvenčni pretvornik ......................................................................................... 35
Slika 10.2: Spreminjanje pretoka zraka s spreminjanjem frekvence ....................................... 39
Slika 10.3: Spreminjanje časa obratovanja ventilatorja s spreminjanjem frekvence ............... 40
13.2 Seznam tabel
Tabela 1: Srednje vrednosti razmerij zagonskega toka in zagonskega momenta motorjev s
kratkostično kletko ............................................................................................................... 21
Tabela 2: Spreminjanje obratov s frekvenco.......................................................................... 38
13.3 Seznam grafov
Graf 1: Primerjava porabe električne energije ....................................................................... 42
13.4 Naslov študenta
Janko Polanec
Hajdoše 28/a
2288Hajdina
Tel.: (02) 783 - 3271
e-mail: polanec75@gmail.com
13.5 Kratek ţivljenjepis
Rodil sem se 8. 9. 1981 na Ptuju. V letih 1988-1996 sem obiskoval Osnovno šolo Hajdina in
jo zaključil z prav dobrim uspehom. Po končani osnovni šoli sem se odločil za šolanje na
Srednji elektro – računalniški šoli v Mariboru za poklic elektrikarja motornih vozil. Srednjo
šolo sem leta 1999 končal z prav dobrim uspehom in se zato odločil za pridobitev naziva
45
elektrotehnik elektronik, ki sem si ga po dveh letih pridobil na Šolskem centru Ptuj, kjer sem
leta 2001 z prav dobrim uspehom zaključil Poklicno in tehniško elektro šolo. Leta 2001 sem
se vpisal še na Fakulteto za elektrotehniko računalništvo in informatiko Maribor, smer
močnostna elektrotehnika, ki jo sedaj uspešno zaključujem.
46
Recommended