If you can't read please download the document
Upload
trinhhanh
View
230
Download
6
Embed Size (px)
Citation preview
Raportti
2.12.2008
Tasavirtakone
xxxxxxx nimi nimi 0278116 Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi
store.hasseb.fi
1
SISLLYSLUETTELO MERKINNT JA LYHENTEET ............................................................................................................. 21. JOHDANTO ..................................................................................................................................... 32. TASAVIRTAKONE ......................................................................................................................... 4
2.1 Tasavirtakoneiden ominaisuuksia ............................................................................................. 42.1.1 Kommutointi ......................................................................................................................... 42.1.2 Ankkurireaktio ja sen kompensointi ..................................................................................... 52.1.3 Tasavirtakoneen pyrimisnopeus .......................................................................................... 62.1.4 Tasavirtakoneen ilmavlin shkvntmomentti ................................................................ 72.1.5 Ryntminen ......................................................................................................................... 8
2.2 Tasavirtakoneen magnetointi .................................................................................................... 82.2.1 Vierasmagnetoitu tasavirtakone .......................................................................................... 102.2.2 Sivuvirtakone ...................................................................................................................... 102.2.3 Sarjakone ............................................................................................................................. 102.2.4 Kompaundikone .................................................................................................................. 11
2.3 Tasavirtakoneen kynnistys .................................................................................................... 112.4 Tasavirtakoneen pyrimisnopeuden st .............................................................................. 12
2.4.1 Vierasmagnetoidun tasavirtamoottorin pyrimisnopeuden st ....................................... 122.4.2 Sivuvirtamoottorin pyrimisnopeuden st ...................................................................... 132.4.3 Sarjamoottorin pyrimisnopeuden st ............................................................................. 132.4.4 Kompaundimoottorin pyrimisnopeuden st .................................................................. 14
2.5 Tasavirtamoottorin kyrmuotoja ........................................................................................... 142.5.1 Vierasmagnetoidun tasavirtamoottorin ominaiskyri ....................................................... 142.5.2 Sivuvirtamoottorin ominaiskyri....................................................................................... 142.5.3 Sarjamoottorin ominaiskyri ............................................................................................. 152.5.4 Kompaundimoottorin ominaiskyri .................................................................................. 16
3. MITTAUKSET ............................................................................................................................... 173.1 Tyhjkyntikoe, kun magnetointivirta on vakio ..................................................................... 173.2 Tyhjkyntikoe, kun ankkurijnnite on vakio ......................................................................... 173.3 Kuormituskoe .......................................................................................................................... 18
4. MITTAUSTULOSTEN ANALYSOINTI ...................................................................................... 194.1 Pyrimisnopeuskuvaajat ......................................................................................................... 194.2 Generaattorin hytysuhde ....................................................................................................... 204.3 Tasavirtakoneen yleisi ominaisuuksia ................................................................................... 21
5. YHTEENVETO .............................................................................................................................. 23LIITTEET ............................................................................................................................................... 25
2
MERKINNT JA LYHENTEET
Merkinnt a ankkurikmityksen haaraparien mr C koneen rakenteesta riippuva vakio E shkmotorinen voima f taajuus F voima I virta k koneen rakenteesta riippuva vakio M momentti n pyrimisnopeus N johdinkierrosten lukumr p napapariluku P teho R resistanssi s sauvaluku ankkurin pinnalla t aika U jnnite Kreikkalaiset magneettivuo
kulmataajuus muutos Alaindeksit 0 tyhjkynti a ankkuri m magnetointi mek mekaaninen n nimellinen r remanenssi s shkinen Lyhenteet mmv magnetomotorinenvoima
3
1. JOHDANTO
Shkkone on yleisnimitys shkmoottoreille ja shkgeneraattoreille. Shkmoottori on shkkone, jonka pasiallinen tarkoitus on muuttaa shkenergiaa mekaaniseksi energiaksi. Generaattori on puolestaan shkkone, jonka pasiallinen tarkoitus on muuttaa mekaanista energiaa shkiseksi energiaksi. Periaatteessa tasashkmoottorin ja tasashkgeneraattorin rakenne ei eroa toisistaan. Samaa konetta voidaan siis kytt sek moottorina ett generaattorina. Nykyisin tasavirtageneraattori on harvinainen, sill useimmiten tasavirta tuotetaan vaihtovirtaverkosta tasasuuntaajilla. Tss tyss tutkitaan tasavirtakoneiden trkeimpi ominaisuuksia, sek eri magnetoimistapojen vaikutusta moottorin ominaisuuksiin.
4
2. TASAVIRTAKONE
Pyrivt shkkoneet voidaan shkisen toimintaperiaatteensa mukaan jakaa vaihtoshkkoneisiin ja tasavirtakoneisiin. Tasavirtakone on kone joka on nimens mukaisesti suunniteltu toimimaan tasavirralla. Tasavirtakoneessa kommutaattori toimii mekaanisena vaihtosuuntaajana. Tss mieless tasavirtakoneen ja vaihtovirtakoneen vntmomentin tuottamisperiaate on sama. Vaikkakin tasavirtakoneen liitinjnnite on tasajnnitett, kun taas vaihtovirtakoneen liitinjnnite on vaihtojnnitett.
2.1 Tasavirtakoneiden ominaisuuksia
2.1.1 Kommutointi Tasavirtageneraattorin ankkurikmitykseen indusoituu generaattorin pyriess vaihtoshkmotorinen jnnite. Koska indusoitunut jnnite on vaihtojnnitett, on se generaattoreissa tasasuunnattava ja moottoreissa vastaavasti syttv tasajnnite vaihtosuunnattava. Tt toimenpidett nimitetn kommutoinniksi ja sen suorittaa kommutaattori. Kommutaattorin ja kommutoinnin periaate on esitetty kuvassa 2.1.
Kuva 2.1. Kommutaattorin ja kommutoinnin periaate.[1]
Kommutaattori on siis periaatteessa mekaaninen tasa-vaihtosuuntaaja. Roottorin liukurengas on halkaistu kahdeksi puolikkaaksi ja kommutaattorin hiiliharjat asetettu niin, ett harjojen vlinen jnnite tulee generaattorissa tasasuunnatuksi. Moottorissa vastaavasti tasajnnite tulee vaihtosuunnatuksi,
5
jonka seurauksena roottori alkaa pyri pnapojen muodostamassa magneettikentss. Kuvassa 2.2 on esitetty kommutoidun tasavirtageneraattorin jnnite ja virta, kun piirin induktanssi on nolla.
Kuva 2.2. Tasavirtageneraattorin jnnite ja virta, induktanssin arvolla nolla.[1]
2.1.2 Ankkurireaktio ja sen kompensointi Ideaalitapauksessa tasashkkoneen ainoa magneettikentt olisi pnavoilla. Ankkuripiiriss kulkeva virta muodostaa kuitenkin oman magneettikentn. Mikli harjat sijaitsevat neutraalitasossa eli kohtisuorassa pnapoja vastaan, on ankkurivirran muodostama magneettikentt kohtisuorassa pnapojen magneettikentt vastaan. Ilmit kutsutaan ankkurireaktioksi, jolloin syntynyt kentt vrist pmagneettikentt kuvan 2.3 mukaisesti.
Kuva 2.3. Tasashkgeneraattorin ankkurireaktio.[1]
Ilmi on sama sek generaattorissa, ett moottorissa. Ainoastaan ankkuripiirin muodostaman kentn suunta on virran suunnasta johtuen vastakkainen. Ankkurireaktio voidaan kumota sijoittamalla pnapojen P vliin kntnavat K, kuvan 2.4 mukaisesti. Koska kntnapojen kautta kulkee koko ankkurivirta, vaihtelee mys niiden synnyttm kntnapakentt kuormituksen mukaan, kumoten ankkurireaktion.
Kuva 2.4.
Toinen tapasennettavanapakenkieosan aihekntnapo
2.1.3 Tas
Tasavirtakoshkmoto
jossa k on k Tasashkkmoottorikliitinjnniteverran pien
ja kynnisty
Kntna
pa kompensat kompeen uriin. Koeuttaman ojen kanssa
savirtakone
oneen pyrinen jnnit
E kn
koneen rake
koneen olytss se oett U kmnempi. Kuor
EU
yneen moot
EU
apojen sijoitus
soida ankkensointikmompensointikmagneettikekuvan 2.4 m
een pyrim
rimisnopeute E riippuu
,
enteesta riipp
llessa genon syttvmin jnnitehrmitetun gen
Aa RI
ttorin liitinj
Aa RI .
s ja vaikutus ta
kurivirran vmitykset. kmiss kuentn. Tavmukaisesti.
misnopeus
us voidaan pyrimisno
puva vakio.
neraattorikyn liitinjnnhvin IaRaneraattorin l
nnite
6
asashkmoot
vaikutusta mTasavirtak
ulkeva ankkvallisesti
laskea yopeudesta ja
.
ytss E nitteen vasta
verran suuliitinjnnite
ttorissa.[4]
magneettikeoneissa k
kurivirta pyrkompensoin
yksinkertaista magneettiv
toimii sajnnite. Gurempi ja m
on siis
nttn on kompensoinrkii kumoamntikmityst
ten yhtlivuosta yhtl
hklhteeneneraattorin
moottorissa
lhelle ankntikmitys maan ankkut kytet
iden avullaln 2.1 muk
(2.1)
n lhdejnn tapauksesvastaavan j
(2.2)
(2.3)
kkurin pintasijoitetaa
ripiirin muun yhdess
a. Ankkurkaisesti
nnitteen jssa E on sijnnitehvi
aa an un s
rin
ja iis n
7
Yhtliden 2.1 ja 2.2 avulla voidaan tasavirtageneraattorin pyrimisnopeudelle johtaa yhtl
kRIU
n aa
. (2.4)
Vastaavasti tasavirtamoottorin pyrimisnopeudeksi saadaan yhtliden 2.1 ja 2.3 perusteella
kRIU
n Aa
. (2.5)
2.1.4 Tasavirtakoneen ilmavlin shkvntmomentti Tasavirtakoneen ankkurin kehittm shkteho eli ankkuriteho Pa on ohmin lain mukaan aa EIP (2.6)
Mekaniikan mukaan ankkurin kokonaisshktehoa vastaa koneen ilmavliss vaikuttava shkvntmomentti
nP
M a2
(2.7)
Yhtlt 2.7, 2.6 ja 2.1 yhdistmll saadaan shkvntmomentti muotoon
aIkM 2
. (2.8)
Koneen rakenteesta riippuva vakio k voidaan kirjoittaa mys muodossa
pska
, (2.9)
jossa p on napapariluku, s sauvaluku ankkurin pinnalla ja a ankkurikmityksen haaraparien mr. Nyt moottorin shkvntmomentti voidaan kirjoittaa muotoon
2 a apsM I C I
a
, (2.10)
jossa C on koneen rakenteesta riippuva vakio.
8
2.1.5 Ryntminen
Sarjamoottorissa pnapojen magnetointikmitys on kytketty sarjaan ankkuripiirin kanssa kuvan 2.5 mukaisesti.
Kuva 2.5. Sarjamoottorin virtapiiripiirros.[1]
Tarkasteltaessa kuvaa 2.5 ja yhtl 2.11 nhdn, ett tyhjkynniss, jossa 0aI eli on pieni,
sarjamoottorin pyrimisnopeus olisi
kUn 0 . (2.11)
Yhtln 2.11 mukaan sarjamoottorin pyrimisnopeus tyhjkynniss on erittin suuri. Ilmit, jossa pyrimisnopeus saavuttaa tyhjkynniss vaarallisen suuren arvon, kutsutaan ryntmiseksi. Tst syyst sarjamoottorin kytss on huolehdittava siit, ett moottori ei koskaan joudu tyhjkyntiin. Liitettess moottori kuormaan on huolehdittava siit, ett liitnt moottorin ja kuorman vliss ei pse katkeamaan, joten esimerkiksi hihnakytt ei tule kysymykseen.
2.2 Tasavirtakoneen magnetointi
Tasashkkoneen kytttekniset ominaisuudet riippuvat ratkaisevasti magnetointitavasta. Magnetointitavan perusteella tasavirtakoneet voidaan jakaa vierasmagnetoituihin, sivuvirta-, sarja- ja kompaundikoneisiin. Tasavirtakone magnetoidaan pnavoille asennettujen kmitysten avulla(kuva 2.6).
Kuva 2.6.
Magnetointepideaalis
Kuva 2.7.
Pvuo kuljnnitteen magnetoitu
Kuvassa
Ankkurik
tikmitystesuuksien aih
Tasavirta
lkee siis anksyntymisee
umiskyr on
on esitetty
kmitys, 3. K
en aikaansaheuttama haj
akoneen pvu
kkurin kautten ankkurissn esitetty ku
y tasavirtako
Kommutaattori
aamaa vuotjavuo. P-
uo ja hajavu
ta ja hajavusa. Hajavuouvassa 2.8.
9
oneen perusr
i, 4. Staattorin
ta kutsutaanja hajavuo o
uo . [1]
uo ankkurin o vaikuttaa
rakenne. 1.
n keh.
n yleisesti on esitetty k
ohitse. Vaia pnapoje
Magnetointi
pvuoksi.kuvassa 2.7.
in pvuo ven kyllstym
ikmitys ja
. Lisksi p
.
vaikuttaa shmiseen. Tas
a pnapa,
piiriin synty
hkmotorisesavirtakonee
2.
yy
en en
Kuva 2.8.
Pnavalle johdinkierr
2.2.1 VieVierasmagnVierasmagnja vntmpyrimisno
2.2.2 SivuSivuvirtakopysyy likimvoisi lukeapvuota, j
2.2.3 Sar
SarjakoneeankkuripiirTst syystkuormitusvja kasvaa n
Tasavirta
syntyv rosten N tulo
erasmagnet
netoidussa netoidun ta
momentti suopeuden ja v
uvirtakone
oneessa on pmain vakiona tasaisen oka aiheutta
rjakone
essa on prin kanssa st mys sarjvirran nelinopeasti kuo
akICM
akoneen magn
magnetomoo. Pnavan
toitu tasavir
tasavirtasavirtamoot
uurenee verrvntmome
e
pnavoille na vaikka kpyrimisno
aa shkisen
navoille assarjaan. Sarjjamoottorin n yhtlt (2ormituksen k
2aa CII
netoitumiskyr
otorinen von mmv F syn
rtakone
akoneessa ttorin pyrimrattain jyrkentin sto
asennettu vkoneen kuoopeuden. Knvntmom
sennettu vajakoneessa vntmom2.12) ja (2.kasvaessa.
10
r.[1]
oima F onnytt pv
magnetoimisnopeus sti kuormiominaisuude
vain sivuvirtormitus muuKuorman mumentin hitaa
ain sarjakmagnetointi
mentti kasva13). Sarjam
on magnetovuon .
intivirta muuttuu va
ituksen kasvet.
takmitys. uttuisi. Sivuuuttuessa aamman kasv
mitys, jokaivirtana toimaa kuormitu
moottorin tuo
ointi virran
otetaan ain vhn kvaessa. Ts
Sivuvirtakouvirtakoneenankkurireakvun ankkuri
a nimens mii siis ank
uksen kasvaeottama vn
n Im ja y
ulkoisesta kuormituksenst syyst si
oneessa magn hyviin om
ktio kuitenkvirtaan nhd
mukaisesti kkuri- eli kuessa ja on v
ntmomentti
(2.12) (2.13)
yhden nava
lhteestn muuttuessill on hyv
gnetointivirminaisuuksikin pienentden.
on kytkettuormitusvirterrannollinei on siis hyv
an
t. sa
vt
rta in
ty ta. en v
11
2.2.4 Kompaundikone
Kompaundikoneessa on sek sarja- ett sivuvirtakmitykset. Sivuvirtakmitykset toimivat yleens varsinaisina magnetointikmityksin ja sarjakmityksill joko heikennetn tai vahvistetaan sivuvirtakmityksen muodostamaa magneettikentt. Mikli sarjakmitys heikent kentt kutsutaan konetta vastakompaundoituksi ja kun se vahvistaa kentt kutsutaan sit mytkompaundoituksi tasavirtakoneeksi. Kentn heikentv kmitys ei saa olla liian suuri, koska kuormituksen muuttuessa tarvitaan lis vntmomenttia, joka on vuon funktio. Heikentv kmitys heikent vuota sek ankkurireaktio heikentvt vuota ankkurivirran kasvaessa. Liian voimakas kentn heikennys kmi voi siis saada systeemin epstabiiliksi.
2.3 Tasavirtakoneen kynnistys
Moottorin kynnistyminen on muutostila, jossa moottorin ja siihen kytketyn kuorman pyrimisnopeus muuttuu nopeasti nollasta kyttnopeuteen. Kynnistyminen on moottorin toiminnan kannalta erikoistilanne, jossa moottorin ottama virta, kehittm vntmomentti ja lmpeneminen poikkeavat normaalista nimelliskytst. Kynnistyshetkell moottorin magnetoitumiseen tarvittava energia, pyrivien osien hitausmomenttien varastoima liike-energia, sek kuorman vaatima mekaaninen energia otetaan shkverkosta, joka aiheuttaa hyvin suuren virtapiikin kynnistyshetkelle. Kynnistysvirta voi olla jopa kymmenkertainen nimellisvirtaan nhden. Vierasmagnetoitua moottoria kynnistess on otettava huomioon ett magnetointivirta on varmasti kytketty ja arvokilvess ilmoitetun suuruinen, jotta riittv kynnistysmomentti saadaan aikaiseksi. Jos kynnistysmomentti ei ole riittv ja piiriin sytetn virtaa voi se lmmet liikaa. Moottoria kynnistettess on otettava huomioon ett moottoripiirin resistanssi koostuu pelkstn ankkuripiirin resistanssista, joka on hyvin pieni. Moottori on siis kytnnss oikosulussa. Jotta vltytn oikosulun aiheuttamalta virran nousulta, on moottori kynnistettv nostamalla shklhteen jnnitett asteittain tai asentamalla piiriin stvastus sarjaan moottorin kanssa. Kynnistyksess piirin virran yhtl on yksinkertaistettuna
aS RR
UI
, (2.14)
jossa IS on kynnistysvirta, Ra ankkuripiirin resistanssi, R sarjavastuksen arvo ja U liitinjnnite. Ankkurin lhdetty pyrimn indusoituu ankkurikmitykseen vastashkmotorinen voima, joka pienent ankkurivirtaa. Sarjavastus on oltava alussa suurimmillaan ja pienennettv sit portaittain,
12
jotta piirin virta ei pse kasvamaan liian suureksi. Ankkurin lhdetty pyrimn on moottoripiirin virta
aRREUI
, (2.15)
jossa E on ankkurikmityksiin indusoitunut shkmotorinen voima. Sivuvirtamoottori kynnistetn kuten vierasmagnetoitu moottorikin. Erona on ett nyt magnetointivirta tulee samasta lhteest kuin ankkurivirta. Kynnistmisess on kuitenkin huomioitava ett stvastuksilla ei rajoiteta virtaa nimellist pienemmksi. Mys sarja- ja kompoundimoottorit kynnistetn kuten vierasmagnetoitumoottori.
2.4 Tasavirtakoneen pyrimisnopeuden st
Tasavirtakone on aina ollut helposti sdettv, ja tyristorien kehittyminen on mahdollistanut tasavirtakoneiden kyttmisen todella vaativiin kyttihin. Varsinkin tysin kompensoidun tasashkkoneen ominaisuudet ovat stteknisesti erinomaiset. Tasashkmoottorin pyrimisnopeuteen voidaan yhtln 2.5 perusteella vaikuttaa kolmella eri tavalla: ankkurijnnitett, magnetoimisvirtaa tai ankkuripiirin resistanssia muuttamalla. Kytnnn moottorin sttapa riippuu paljon sen magnetointitavasta. Tasavirtageneraattorin pyrimisnopeuden stminen tapahtuu ppiirteittin samalla tavalla kuin tasavirtamoottorin, tosin tasavirtageneraattoreiden tapauksessa generaattoriin liitetty kuorma mr millainen jnnite ja virta generaattorilta vaaditaan. Tasavirtageneraattorin pyrimisnopeusyhtlst 2.4 havaitaan, ett haluttu jnnite sek virta ovat saavutettavissa pyrimisnopeutta tai magnetointia muuttamalla. Jos tasavirtageneraattorin pyrimisnopeutta halutaan muuttaa jnnitteen ja virran ollessa vakio, on sen tapahduttava magnetointia muuttamalla.
2.4.1 Vierasmagnetoidun tasavirtamoottorin pyrimisnopeuden st Tasavirtamoottorin pyrimisnopeusyhtln (yhtl 2.5) mukaan ankkurijnnitteen U pienentminen pienent pyrimisnopeutta. Vierasmagnetoidun tasavirtamoottorin pyrimisnopeutta voidaan siis st muuttamalla ankkuripiiriin vaikuttavaa jnnitett. Ankkurijnnitteen stalue on yleens
nUU ...0 .
Koska tasavirtamoottorin pvuo on riippuvainen magnetoimisvirrasta Im, voidaan tasavirtamoottorin pyrimisnopeutta st mys muuttamalla magnetoimisvirtaa. Magnetoimisvirran pienentminen
13
pienent pvuota , mutta suurentaa pyrimisnopeutta n. Tllaista sttapaa kutsutaan mys
magneettikentn heikennykseksi. Tt sttapaa kytetn koneen nimellist pyrimisnopeutta suuremmilla pyrimisnopeuksilla. Yleens nopeusalueella n = 12,5nn. Tasavirtamoottorin pyrimisnopeutta on mahdollista st mys muuttamalla moottorin ankkuripiirin resistiivist jnnitehvit. Tllin kynnistysvastustus korvataan sdettvll vastuksella. Tm sttapa on eptaloudellinen resistanssissa syntyvien hviiden takia. Lisksi pienill ankkurivirroilla stresistanssin suuruus ei juuri vaikuta pyrimisnopeuteen. Nist syist tt sttapaa ei yleens kytet.
2.4.2 Sivuvirtamoottorin pyrimisnopeuden st Sivuvirtamoottori ja vierasmagnetoitu tasavirtamoottori ovat ominaisuuksiltaan kytnnllisesti katsoen hyvin samanlaiset, mutta niiden pyrimisnopeuden stminen eroaa toisistaan. Jos sivuvirtakoneen liitinjnnitett muutetaan, pysyy pyrimisnopeus lhes samana koska magnetoimisvirta Im muuttuu samassa suhteessa kuin ankkurijnnite U. Sivuvirtamoottorin pyrimisnopeutta ei voida siis st liitinjnnitett muuttamalla. Sen pyrimisnopeuden st voidaan toteuttaa joko muuttamalla magnetoimisvirtaa stvastuksella, tai stmll ankkuripiirin resistiivist jnnitehvit.
2.4.3 Sarjamoottorin pyrimisnopeuden st
Sarjamoottorin pyrimisnopeuden st eroaa muista konetyypeist suuresti, sill sen pyrimisnopeus on suuresti riippuvainen kuormitusvirrasta. Lisksi sarjamoottorin pyrimisnopeus on tyhjkynniss hyvin suuri. Sarjamoottoria ei siksi saa koskaan pst tyhjkyntiin. Sen virtaa on siis rajoitettava kynnistyksen aikana kynnistysvastuksen avulla. Pyrimisnopeuden kasvaessa voidaan kynnistysvastusta pienent. Kynnistysvirran rajoittaminen voidaan mys toteuttaa siten, ett kytetn tasashkn kehittmiseen tyristoritasasuuntaajaa. Tllin kynnistminen voidaan toteuttaa siten ett syttv tasajnnitett nostetaan hitaasti. Sarjamoottorin pyrimisnopeutta voidaan st ankkurin kanssa sarjaan kytketyll stvastuksella, jolloin haittana ovat vastuksessa syntyvt ylimriset hvit. Nykyisin tasashksarjamoottori on menettnyt merkityksens, koska sivuvirtamoottorilla voidaan saada sarjamoottoria vastaavat ominaisuudet kyttmll magnetointivirran stn nykyaikaista elektronisesti ohjattua tyristorisuuntaajaa.
2.4.4 Kom
Kompaundmoottorin povatko sivu
2.5 Tasavi
Tasavirtampyrimisnoerityisesti mmoottoreid
2.5.1 Vie
Kuvassa 2ominaisuukmuuttuessakasvaessa.
Kuva 2.9.
2.5.2 Sivu
Sivuvirta mjolloin mykuormituksKuvassa 2.
mpaundim
dimoottorin pyrimisnopuvirta- vai s
rtamoottor
moottorin kopeus. Vnmoottorin m
den pyrimis
erasmagnet
2.9 on esksia. Kuvaa. Shkine
Vierasma
funktiona
uvirtamoot
moottorille s vuo on lsen kasvaes10 on esitet
oottorin py
pyrimisnpeutta. Sdarjamoottor
rin kyrm
ytn kannantmomenttmagnetointitsnopeuden j
toidun tasav
itetty trkesta 2.9 haen vntm
agnetoidun ta
a. b) Shkv
ttorin omin
ominaista ohes vakio.ssa. Kytntty sivuvirta
yrimisnop
opeutta vodn vaikuturin ominaisu
uotoja
alta ehk tti ja pyrimtavasta. Seua vntmo
virtamootto
eimmt kuavaitaan, etmomentti p
asashkmoot
ntmomentin
naiskyri
on, ett ma Tst syys
nnss voidamoottorin p
14
euden st
oidaan stus riippuu vuudet hallits
rkeimmt misnopeus suuraavissa kaomentin riip
orin omina
uvaajat jotktt pyrimipuolestaan
ttorin ominai
n ja pyrimisn
agnetointi vst sivuvirtadaan sanoa, pyrimisnop
t samallavoimakkaastsevia.
ominaisuuduinkaan ole
appaleissa onpuvuutta an
aiskyri
ka selvittisnopeus m
suurenee
iskyri. a)
nopeuden riipp
virta Im on amoottorin p
ett nopeupeus ankkur
a tavalla kti siit, kum
det ovat see vakioita vn tutkittu er
nkkurivirras
vt vierasmmuuttuu vai
verrattain
Shkvntm
puvuus ankkur
lhes kuormpyrimisnopus on kuormrivirran funk
kuin vierasmpi kmi o
en vntmvaan riippuvri tavoilla mta.
magnetoiduin vhn k
jyrksti k
momentti py
rivirrasta.[1]
mituksesta peus laskeemituksesta
ktiona.
smagnetoiduon hallitsev
omentti sekvat moottormagnetoituje
un moottorkuormituksekuormitukse
rimisnopeud
riippumato vain hitaasriippumato
un va,
k rin en
rin en en
en
n, sti n.
15
Kuva 2.10. Sivuvirtamoottorin pyrimisnopeus ankkurivirran funktiona.
Kuten edell havaittiin, on sivuvirtamoottorin vuo lhes vakio. Joten kasvaa moottorin vntmomentti teoriassa suoraan verrannollisesti roottorivirtaan nhden. Todellisuudessa momentti pienenee hieman ankkurireaktion vaikutuksesta. Kuvassa 2.11 on esitetty sivuvirtamoottorin vntmomentti ankkurivirran funktiona.
Kuva 2.11. Sivuvirtamoottorin vntmomentti ankkurivirran funktiona.
2.5.3 Sarjamoottorin ominaiskyri
Kuten kohdassa 2.1.5 todettiin, tyhjkynniss sarjamoottori rynt eli sen pyrimisnopeus saavuttaa vaarallisen suuren arvon. Kuormituksen kasvaessa pvuo sek ankkuripiirin jnnitehvi suurenee, joten sarjamoottorin pyrimisnopeus pienenee huomattavasti kuormituksen kasvaessa. Pyrimisnopeuden voimakas riippuvuus kuormituksesta on havaittavissa selvsti kuvasta 2.12, jossa on esitetty pyrimisnopeus ankkurivirran funktiona. Sarjamoottorin vntmomentti kasvaa likimrisesti verrannollisena kuormitusvirran nelin. Raudan magneettisen kyllstymisen ja ankkurireaktion takia ei sarjamoottorin vntmomentti suurilla kuormitusvirroilla suurene aivan nin nopeasti. Vntmomentin kyttytyminen ankkurivirran(kuormituksen) funktiona on selvsti havaittavissa kuvasta 2.12.
Kuva 2.12.
Koska sarjraitiovaunu
2.5.4 Kom
Kytnnssmoottori kekuormituksMytkompyrimisnomagnetoimkompaundi
Kuva 2.13.
Sarjamoo
amoottorin ujen, veturei
mpaundim
s kytetehitt suursen kasvaes
mpaundimootopeus pien
misvirran pimoottorin v
Mytko
ottorin ominai
vnt kasiden ja shk
oottorin om
n vain viremman vssa ankkurivttori lis nenee enepysyess vntmome
ompaundoidun
iskyri.[1]
svaa pyrimkautojen vo
minaiskyri
ierasmagnetntmomentvirta kasvaa
siis pmmn kuvakiona.
entti sek py
n kompaundim
16
misnopeudenoimakoneek
i
toituja ja mtin kuin viea, jolloin mvuota ku
uin vierasmKuvassa
yrimisnope
moottorin omin
n pienentyeksi.
mytkomperasmagnetomys sarjakuormituksen magnetoidun
2.13 on eus ankkuriv
naiskyri.[1]
ess, sopii s
paundoituja oitu moottormityksen
kasvaessn moottor
esitetty virran funkt
se erityisen
moottoreitri. Tm johaiheuttamaa. Tst rin, liitinj
mytkomtiona.
n hyvin esim
ta. Tllainehtuu siit eta vuo kasva
syyst sennitteen jmpaundoidu
m.
en tt aa. en ja
un
17
3. MITTAUKSET
Mittauksissa tutkittiin tasavirtakonetta, jonka kilpiarvot on esitetty taulukossa 3.1. Koneelle suoritettiin tyhjkyntikoe piten magnetointivirta vakiona sek tyhjkyntikoe piten ankkurijnnite vakiona. Lisksi tasavirtakoneen toimintaa generaattorina tutkittiin kuormituskokeella. Taulukko 3.1. Tasavirtakoneen kilpiarvot
Nimellismagnetoimisvirta, Im 0,72A Nimellismagnetoimisjnnite, Um 200V
Nimellisankkurivirta, Ia 11A Nimellisankkurijnnite, Ua 160V
3.1 Tyhjkyntikoe, kun magnetointivirta on vakio
Moottorille tehtiin tyhjkyntikoe piten magnetointivirtaa Im vakiona ja nostamalla ankkuripiirin jnnitett portaittain 10 V aina 70 V saakka. Tyhjkyntikoe suoritettiin kuvan 3.1 mukaisella kytkennll. Mittauksen tulokset on esitetty liitteess 1.
Kuva 3.1. Tasavirtamoottorin kytkent.[3]
3.2 Tyhjkyntikoe, kun ankkurijnnite on vakio
Moottorille tehtiin tyhjkyntikoe piten ankkurijnnite Ua vakiona(40 V), ja laskemalla magnetointivirtaa portaittain 0.72 A aina 0.2 A saakka. Tyhjkyntikoe suoritettiin kuvan 3.1 mukaisella kytkennll. Mittauksen tulokset on esitetty liitteess 1.
3.3 Kuorm
Tasavirtakotoimii genkilpiarvot omuutettiin Taulukko 3.2
Kuva 3.2.
mituskoe
oneelle suoneraattorinaon esitetty ta6,8 aina 1
2. Eptahtik
Kuormitu
oritettiin kua. Kokeessaaulukossa 3122 asti. M
koneen kilpiar
TePyr
uskokeessa k
uormituskoea generaat
3.2. GeneraaMittauksen
rvot. NimellisjnNimellisv
Nimellihokerroin nimrimisnopeus n
Nimellist
ytetty kytkent
18
kuvan 3.2ttorin pyrattorin kuormtulokset on
nnite /Y virta /Y isteho mellispisteessnimellispisteetaajuus
t.[3]
2 mukaisellrittmiseen mana kytet
n esitetty liitt
220/7,25/
15s 0,ess 1350
50
la kytkennkytettiin
ttiin stvateess 1.
380 V /4,2 A kW
,76 0 rpm
0 Hz
ll, jossa teptahtiko
astusta jonk
tasavirtakononetta, jonkka resistanss
ne ka sia
19
4. MITTAUSTULOSTEN ANALYSOINTI
4.1 Pyrimisnopeuskuvaajat
Kuvissa 4.1 ja 4.2 on esitetty tyhjkyntikokeiden perusteella piirretyt kuvaajat. Kuvasta 4.1 havaitaan, ett pidettess magnetointia vakiona pyrimisnopeus kasvaa lineaarisesti ankkurijnnitteen funktiona. Tm voidaan todeta mys tarkastelemalla tasavirtamoottorin pyrimisnopeuden yhtl 2.5, josta nhdn ett magnetoinnin ja ankkuripiirin resistanssi pysyess vakiona pyrimisnopeuteen vaikuttaa vain jnnite liitinjnnite U. Kuvasta 4.2 havaitaan, ett pidettess liitinjnnitett vakiona pienenee pyrimisnopeus magnetointivirran kasvaessa. Tm voidaan havaita mys pyrimisnopeuden yhtlst 2.5, josta nhdn ett liitinjnnitteen ja ankkuripiirin resistanssin ollessa vakioita on pyrimisnopeus knten verrannollinen pvuohon. Pvuo on puolestaan suoraan verrannollinen magnetointivirtaan, joten vierasmagnetoidun tasavirtamoottorin pyrimisnopeus on siis knten verrannollinen magnetointivirtaan, kuten mys kuvasta 4.2 on havaittavissa.
Kuva 4.1. Tasavirtamoottorin pyrimisnopeus ankkurijnnitteen funktiona, kun magnetointia
pidettiin vakiona(0.72 A).
20
Kuva 4.2. Tasavirtamoottorin pyrimisnopeus magnetointivirran funktiona, kun ankkurijnnitett
pidettiin vakiona(40 V).
4.2 Generaattorin hytysuhde
Generaattoria pyritettiin vakioteholla ja mitattiin generaattorin antama teho erilaisilla kuormilla. Generaattoria pyrittvn koneen akseliteho saatiin mittaamalla akselilta vntmomentti ja pyrimisnopeus. 2inP T n , (4.1)
jossa Pin on generaattoria pyrittv teho, T akselin vntmomentti ja n akselin pyrimisnopeus . Hytysuhde on tss tapauksessa generaattoria pyrittvn akselin tehon ja generaattorin antavan shktehon suhde.
outin
PP
(4.2)
Generaattorin antama shkteho Pout on ankkuripiirin virta Ia kerrottuna ankkurijnnitteell Ua. out a aP U I (4.3)
21
Mittauspytkirjassa on esitetty mittaustulokset joiden pohjalta on piirretty kuvaajat 4.3 ja 4.4, joissa on esitetty pyrimisnopeus sek hytysuhde akselitehon funktiona.
a Kuva 4.3. Pyrimisnopeus akselitehon funktiona.
Kuva 4.4. Hytysuhde akselitehon funktiona.
4.3 Tasavirtakoneen yleisi ominaisuuksia
Tutkittava tasavirtakone oli tyypiltn vierasmagnetoitu, joten moottorin magnetointi hoidettiin erillisell magnetointipiirill. Sivuvirtakoneessa ja vierasmagnetoidussa tasavirtakoneessa magnetointi ei riipu ankkurivirrasta, joten magnetointia pystytn stmn tysin itsenisesti. Tm tekee kyseisist moottorityypist helposti ja tehokkaasti sdettvn.
22
Kuvasta 4.1 havaitaan, tasavirtamoottorin pyrimisnopeuden olevan lineaarisesti verrannollinen ankkurijnnitteeseen. Koska nykyn ankkurijnnitett voidaan helposti st tyristorilla, jota taas voidaan ohjata shkisesti, on tasavirtakoneen pyrimisnopeuden stminen yksinkertaista ja tehokasta. Lisksi kuvasta 4.3 voidaan havaita, ett moottorin pyrimisnopeus pienenee hyvin hitaasti kuormituksen kasvaessa. Koska pyrimisnopeutta voidaan kuitenkin tarvittaessa st ankkurijnnitett muuttamalla, voidaan tasavirtamoottoriin kohtalaisen helposti tehd st, joka pit moottorin pyrimisnopeuden kuormasta riippumattomana. Tm ominaisuus tekee moottorityypist erittin kyttkelpoisen moniin sovelluksiin.
23
5. YHTEENVETO
Laboratorioty oli opiskeluaikamme ensimminen todellinen kosketus shkmoottoreiden maailmaan. Teoriaa on tullut luennoilla kyllstymiseen asti, mutta mitn kytnnnlheist ei tt ennen ole shkmoottoreiden parissa tullut tehty. Shktekniikan tykurssilla shkmoottoreista taisi joku ty olla, mutta en juuri muista siit mitn oppineeni. Nyt kun teoria on jo paremmin hallussa tuli tyt tehdess paljon tuttuja asioita vastaan, jotka oli joskus ohimennen kuullut, mutta niit ei ollut tullut sen enemp ajateltua. Nyt kun asioihin joutui oikeasti perehtymn, oli oppiminen erittin tehokasta, kun varsinaista uutta asiaa ei paljoa ollut, vaan jo opitut asiat oikeasti vain ymmrsi.
24
LHTEET [1] Aura, Lauri. Tonteri, Antti. Shkmiehen ksikirja 2. WSOY. Porvoo 1986. [2] Aura, Lauri. Tonteri, Antti. Shkmiehen ksikirja 3. WSOY. Porvoo 1986. [3] Lappeenrannan teknillinen yliopisto. Shkvoimatekniikantykurssin tasavirtakonetyn -tyn
tyohje. Saatavilla pdf-muodossa osoitteesta http://www.ee.lut.fi/fi/opi/kurssit/Sa2720700/Lab_214_tasavirtakonetyo.pdf
[4] Pyrhnen, Juha, Design of an electrical machine luentomateriaali,
http://www.ee.lut.fi/fi/opi/kurssit/Sa2720400/luku2%20kaamit.pdf, 23.12.2008
25
LIITTEET