SIMOVERT VC 6SE7021-0EA61-Zostane nespremenjen, kar pomeni, da postajajo momentne karakteristike bolj mehke. Območje spreminjanja vrtljajev je razmeroma veliko, odvisno pa je od M

Alen Bračič

UPORABA SIMOVERT VC MASTERJA ZA POGON TRANSPORTNEGA TRAKU

Diplomsko delo

Maribor, april 2010

II

III

Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa

Maribor, april 2010

Študent: Alen Bračič

Študijski program: VS ŠP Elektrotehnika

Smer: Močnostna elektrotehnika

Mentor: red. prof. dr. Mladen TRLEP

Somentor: doc. dr. Marko JESENIK

IV

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Mladenu

Trlepu za pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem

somentorju doc. dr. Marku Jeseniku. Hvala tudi

babici Veri za ves njen trud.

Posebna zahvala velja družini, ki mi je omogočila

študij.

V

UPORABA SIMOVERT VC MASTERJA ZA POGON

TRANSPORTNEGA TRAKU

Ključne besede: frekvenčni pretvornik, asinhronski motor, transportni trak, električni

pogon

UDK: 621.314.26:621.313.333(043.2)

Povzetek

Diplomsko delo obravnava krmiljenje transportnega traku s pomočjo frekvenčnega

pretvornika. V začetnem delu je predstavljen frekvenčni pretvornik SIMOVERT VC

MASTER 6SE7021. Poudarek je na spoznavanju siemensovega programskega orodja za

nastavljanje parametrov pretvornika. Nato se pridobljeno znanje uporabi pri

parametriranju pogona transportnega traku. Cilj diplomske naloge je bil analizirati

izmerjene časovne poteke napetosti, frekvence, toka in hitrosti ter ugotoviti, katera

nastavitev parametrov frekvenčnega pretvornika je najugodnejša za pogon transportnega

traku.

VI

USE OF THE SIMOVERT VC MASTER FOR THE CONVEYORS

BELT DRIVE

Key words: frequency converter, induction motor, conveyors belt, electric drive

UDK: 621.314.26:621.313.333(043.2)

Abstract

Dissertation deals with the study of the frequency converter used for the conveyors belt

drive. The first part of the dissertation contains the description of the SIMOVERT VC

MASTER 6SE7021. Emphasis is on the study of the Siemens software for parameters

setting. The acquired knowledge is used for the conveyors belt parametrization. The aim of

the dissertation was to analyse the time line of the voltage, frequency, current and

rotations. On the basis of the analyses we tried to find the best parameters settings for the

conveyors belt drive.

VII

KAZALO

1 UVOD ............................................................................................................................ 1 2 TEORIJA ASINHRONSKEGA MOTORJA ................................................................ 2

2.1 Uvod ......................................................................................................................... 2 2.1 Zagon asinhronskih motorjev .................................................................................... 3

2.2.1 Zagon zvezda (Y)/ trikot (Δ) ........................................................................... 4 2.2 Spreminjanje vrtljajev asinhronskega motorja ....................................................... 5

2.2.1 Spreminjanje vrtljajev s spreminjanjem slipa .................................................. 5 2.2.2 Spreminjanje vrtljajev s spreminjanjem Us ..................................................... 6

2.2.3 Spreminjanje vrtljajev s spreminjanjem Us in fs .............................................. 7

2.3 Načini obratovanja ASM ........................................................................................ 8 3 OPIS SIMOVERT VC MASTERJA ........................................................................... 10

3.1 Načini vnašanja parametrov .................................................................................. 11

3.2 Najpomembnejši parametri ................................................................................... 13 3.3 Koraki parametriranja SVCM s pomočjo Drive Monitorja ................................. 14 3.4 Grafični vmesnik ................................................................................................... 24

3.5 Script Datoteka ..................................................................................................... 26 4 DELOVANJE ELEKTRIČNEGA POGONA ............................................................. 28 5 PARAMETRIRANJE POGONA ZA PRIMER TRANSPORTNEGA TRAKU ....... 30

5.1 Izračun podatkov pogona ...................................................................................... 30 5.2 Analiza pogona pri različnih delovnih točkah ...................................................... 36

5.3 Nastavitev parametrov za želen cikel obratovanja pogona ................................... 46 6 SKLEP ......................................................................................................................... 50

7 LITERATURA ............................................................................................................ 51 8 PRILOGE .................................................................................................................... 52

8.1 Seznam slik ........................................................................................................... 52 8.2 Seznam tabel ......................................................................................................... 53 8.3 Naslov študenta ..................................................................................................... 53

8.4 Kratek življenjepis ................................................................................................ 53

VIII

UPORABLJENI SIMBOLI

ASM – Asinhronski motor

SVCM – Simovert VC Master

PMU – » Parametrization unit«

DM – » Drive monitor«

EP – Električni pogon

SF – »Script File«

IX

UPORABLJENE KRATICE

Mm – navor motorja (Nm)

Mb – navor bremena (Nm)

Us – statorska napetost (V)

fs – statorska frekvenca (Hz)

fr – rotorska frekvenca (Hz)

Es – inducirana napetost na statorju (V)

Pp – moč pogona (W)

Pn – nazivna moč motorja (W)

nn – nazivni vrtljaji motorja (min-1

)

ns – sinhronski vrtljaji motorja (min-1

)

I – tok motorja (A)

Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 1

1 UVOD

Električni pogoni (EP) so namenjeni pretvarjanju električne energije v mehansko in iz

mehanske v električno. EP lahko najdemo v industriji kot tudi doma pri vsakdanjem

uporabniku in obsegajo področje električnih strojev, delovnih strojev, mehanike, itd.

Pri projektiranju pogona vedno izhajamo iz zahtev delovnega stroja in ne iz

razpoložljivih karakteristik pogonskega stroja, zato je prilaganje ES delovnemu stroju

najpomembnejši korak do kvalitetnega pogona. EP ima določene prednosti pred ostalimi

pogoni, kot so enostavno krmiljenje in regulacija, male izgube v prostem teku, velik

izkoristek v obratovanju, enostavna prilagoditev na delovni stroj, itd.

V sodobnih aplikacijah se vedno pogosteje pojavljajo potrebe po pogonih s

spremenljivo hitrostjo. V osnovi lahko električni motorji obratujejo s konstantno ali

spremenljivo hitrostjo. Danes s konstantno hitrostjo obratuje veliko pogonov v industriji,

vendar pa se strmo dviguje delež aplikacij, kjer potrebujemo vodenje po hitrosti in navoru.

Tipičen pogon s spremenljivo hitrostjo vsebuje električni motor, mehansko povezavo,

mehansko breme (proga), elektromehanski ali elektronski sistem za vklop/izklop ter zaščite

in močnostni pretvornik.

Za EP lahko uporabljamo različne elektromotorje. V okviru naše naloge imamo motor

s kratkostično kletko, katerega vodimo s frekvenčnim pretvornikom Simovert VC master -

6SE7021-0E.6. ASM spreminjamo hitrost vrtenja s spreminjanjem napajalne frekvence in

napetosti.


2 TEORIJA ASINHRONSKEGA MOTORJA

Asinhronski motor se odlikuje po enostavni zgradbi, veliki obratovalni zanesljivosti,

minimalnem vzdrževanju in nizki ceni.

Slika 2.1 Asinhronski motor [4].

2.1 Uvod

Asinhronski motorji imajo dve navitji, primarno in sekundarno navitje, ki sta nameščeni v

utorih statorja oziroma rotorja. Med statorjem in rotorjem je zračna reža δ, ki zagotovi

varno gibanje rotorja. Imamo torej magnetni krog z zračno režo. Število faznih navitij

statorja ms je lahko različno od števila faznih navitij rotorja mr. Tokovi, ki tečejo skozi

statorska in rotorska navitja, ustvarjajo svoje m- fazne amper ovoje in ker so ti tokovi

izmenični, dobimo vrtilne amper ovoje. Ti ustvarjajo vrtilni magnetni fluks, ki inducira

napetost v sekundarnem (rotorskem) navitju. Pri asinhronskem stroju frekvenca rotorskih

električnih veličin na splošno ni enaka frekvenci statorskih električnih veličin.


Slika 2.2 Slika tri faznega asinhronskega motorja s kratkostično kletko [2].

Asinhronski stroj ima pri svojem normalnem obratovanju sekundarno navitje kratko

sklenjeno. Kakor hitro se začne rotor gibati, se joulske izgube v rotorskem navitju znižajo,

raste pa mehanska moč na gredi stroja. Vrtilni magnetni fluks stroja se vrti s sinhronskim

številom vrtljajev ns glede na mirujoč stator, rotor pa z vrtljaji n < ns, torej asinhrono.

2.1 Zagon asinhronskih motorjev

Ob priklopu asinhronskega motorja na omrežje bo iz omrežja stekel velik zagonski tok, ki

je bistveno večji od nazivnega. Velik zagonski tok lahko povzroči velike padce napetosti v

omrežju, ti pa lahko povzročijo, da zaščita izklopi motor. Zato direktno zaganjamo samo

motorje majhnih moči.

Za zmanjševanje toka Iz in moment Mz (mehki zagon) uporabljamo :

- zagon zvezda – trikot,

- zagon z znižano napetostjo,

- zagon z rotorskimi upori (pri motorjih z navitim rotorjem),

- frekvenčni zagon,

- zagon s predupori.

Od naštetih bom v nadaljevanju podrobneje opisal samo zagon zvezda – trikot.


2.2.1 Zagon zvezda (Y)/ trikot (Δ)

Zagon zvezda/trikot se uporablja pri motorjih manjših in srednjim moči. Za takšen zagon

morata biti izpolnjena dva pogoja :

- osnovna vezava motorja je trikot,

- dostop do začetkov in koncev posameznih faz statorskega navitja.

Slika 2.3 Zagon zvezda/trikot [1].

Ob zagonu zmanjšamo napetost tako, da vežemo statorsko navitje v zvezdo. Pri dovolj

velikem številu vrtljajev pa preklopimo motor v trikot.


Slika 2.4 Preklop zvezde v trikot[1].

Pozorni moramo biti, da je preklop zvezde v trikot opravljeno dovolj pozno. Kajti ob

prehitrem preklopu ne dosežemo želenega znižanja vrednosti momenta med zagonom.

2.2 Spreminjanje vrtljajev asinhronskega motorja

Asinhronski motor nam nudi več možnosti spreminjanja vrtljajev. Spreminjano jih lahko s

spreminjanjem slipa, števila polovih parov, statorske napetosti in frekvence.

2.2.1 Spreminjanje vrtljajev s spreminjanjem slipa

Vrtljaje lahko spreminjamo v področju pod naravno karakteristiko, tako da vključimo v

rotorski tokokrog dodatne upore. Z dodajanjem Rd v rotorski tokokrog se spremeni omahni

slip, medtem ko Mom

ostane nespremenjen, kar pomeni, da postajajo momentne

karakteristike bolj mehke. Območje spreminjanja vrtljajev je razmeroma veliko, odvisno

pa je od Mb. Velika pomanjkljivost pa so dodatne izgube pri tem načinu nastavljanja n, ki


zelo poslabšajo izkoristek pogona. Znano je, da so izgube Pcu2 sorazmerne slipu, zato večje

spreminjanje slipa tudi povečuje delež izgub v sprejemani moči P1. Zaradi tega

uporabljamo ta način le v manjšem obsegu spreminjanja vrtljajev in še to pri kratkotrajnem

obratovanju.

Slika 2.5 Spreminjanje n z dodajanjem Rd [1].

2.2.2 Spreminjanje vrtljajev s spreminjanjem Us

Iz teorije ASM vemo, da se M pri konstantnem slipu spreminja s kvadratom Us, pri čemer

je slip odvisen seveda od Mb. Zvezno spreminjanje n je omogočeno z brezstopenskim

spreminjanjem statorske U. Pri zmanjševanju Us se zmanjšujejo n in tudi Mom. Obseg

spreminjanja n je omejen z velikostjo Mb in samo obliko momentne karakteristike ASM.

Običajno je možen obseg spreminjanja n zelo majhen, razen če omogočimo obratovanje

tudi v nestabilnem delu karakteristike. Vendar pa to na drugi strani prinaša velike izgube,

kar ni zaželeno. Večje področje spreminjanja n lahko dosežemo pri ASM z drsnimi obroči

z veliko rotorsko upornostjo. Vendar se tudi tukaj ne moremo izogniti povečanju izgub. Je

pa prednost ta, da se del izgub porabi zunaj motorja na uporih. Če vzamemo primer

spreminjanja n pri Mb= konst., vidimo, da je takšen pogon nekvaliteten, posebej pri nizkih


vrtljajih, saj je preobremenljivost (Mom /Mn) minimalna. Karakteristike so zelo mehke, kar

pomeni, da majhna sprememba Mb povzroči veliko spremembo n. Praktično se ta način

uporablja le za kratkotrajno obratovanje, razen pri ventilatorskih bremenih, kjer ni

problemov s segrevanjem, zaradi istočasnega padanja karakteristike motorja in Mb pri

znižanju n.

Slika 2.6 Spreminjanje n s spreminjanjem Us [1].

2.2.3 Spreminjanje vrtljajev s spreminjanjem Us in fs

Ta način spreminjanja n je pogosto uporabljan in je najbolj primeren za motorje s

kratkostično kletko. Vrtljaji so določeni z enabčo 2.1.

ss

601 1

fn n s s

p

(2.1)

S tem, da spreminjamo frekvenco fs, spreminjamo ns v relativno širokem obsegu. S

spremembo fs se spreminja tudi fluks in s tem momentne karakteristike ASM (v področju

od 0 – 50 Hz fluks narašča, kar ni ugodno). Zaradi tega moramo spreminjati tudi napetost

Us. Iz enačbe za inducirano napetost v statorskem navitju izhaja, da lahko obdržimo fluks

približno konstanten ob ustrezni spremembi Us in fs.


2.3 Načini obratovanja ASM

a) Obratovanje pri Us /fs= konst.

Razmerje Us / fs = konst. je omejeno samo na področje od 0Hz do 50Hz. Fluks se v tem

področju pri zmanjševanu fs zmanjšuje, zmanjšuje se tudi Es. Razlog tiči v dejstvu, da je

statorski ohmski padec napetosti pri Mb=konst. praktično konstanten v celotnem področju

spreminjanja frekvence. Zaradi tega ima relativno večji vpliv pri nižjih frekvencah, kar

pomeni večje zmanjšanje Es (kot Us) in s tem tudi zmanjševanje fluksa. To se kaže z

zmanjševanjem omahnega momenta, kar lahko v nekaterih pogonih pripelje do problemov

zaradi zmanjšanja faktorja preobremenitve.

Slika 2.7 Karakteristika n pri spremembi fs [1].

Če želimo obdržati približno konstantno vrednost fluksa, moramo kompenzirati statorski

(ohmski) padec, kar naredimo z dodatnim povečevanjem napetosti US (krmiljenje /

regulacija).

V področju nad 50Hz ne spreminjamo US, tako da se v tem področju fluks zmanjšuje

(slabljenje polja). Obremenitev motorja je potrebno v tem delu zmanjšati (običajno je meja

maksimalne obremenitve Pb = konst.)


b) Obratovanje pri ES/fS = konst.

Razmerje ES/fS = konst. je omejeno samo na področje od 0Hz do 50Hz. Fluks je v tem

področju konstanten. Moment je odvisen samo od rotorske frekvence. To pomeni, da

enakemu momentu ustreza enaka fr. Ta ugotovitev omogoča zelo precizno regulacijo

števila vrtljajev asinhronskemu motorju v odvisnosti od bremena, saj moramo meriti le fr .

Omahni moment je konstanten.

Slika 2.8 Karakteristika n pri spremembi fs [1].


3 OPIS SIMOVERT VC MASTERJA

Slika 3.1 Simovert VC master.

Simovert VC master spada v družino siemensovih frekvenčnih pretvornikov. Namenjen je

krmiljenju izmeničnih motorjev. Motorju lahko spreminjamo vrtljaje s spreminjanjem

napetosti U in frekvence f. Spreminjanje vrtljajev poteka po funkciji U/f=konstanta.

Pretvornik lahko obratuje v odprti zanki, kjer je možna nastavitev frekvence f, ali zaprti

zanki, kjer je možna regulacija navora in regulacija vrtljajev.


3.1 Načini vnašanja parametrov

a) Z uporabo PMU - (Parametrization unit)

Slika 3.2 PMU.

PMU enota je nameščena neposredno na SVCM in omogoča ročni vnos parametrov.

PMU je sestavljen iz naslednjih delov:

- prikazovalnik prikazuje obratovalna stanja, parametre, alarme, itd.,

- p tipka, ki omogoča vnos patametrov, izbiro vrste parametrov in brisanje napak,

- tipki gor in dol, ki omogočata izbiro vrednosti parametrov,

- tipka za vklop,

- tipka za izklop,

- tipka, ki omogoča spremembo smeri vrtenja motorja,

- serijski priključek (X300), ki omogoča povezavo napajalnika s PC-jem.


b) Z uporabo programskega orodja <Drive monitor> DM

Slika 3.3 DM.

Parametre smo nastavljali preko serijskega vmesnika na računalniku, torej s pomočjo DM.

Nastavljanje s pomočjo DM ima številne prednosti pred nastavljanju s PMU. Nekatere

prednosti so:

- boljša preglednost parametrov,

- možnost nastavljanja po korakih,

- lažja dostopnost,

- možnost parametriranja na daljavo.


SVCM ima dve vrsti parametrov:

a) Vizualne

Vizualni parametri se ne morejo spreminjati in se uporabljajo za spremljanje trenutnih

veličin. Njihova struktura je naslednja : rXXX in nXXX

b) Nastavljive

Nastavljivi parametri se lahko spreminjajo. Njihova struktura je naslednja: PXXX ali

UXXX.

V listi parametrov v DM se parametri ločijo tudi po barvah. Obarvani so z naslednjimi

barvami :

- zeleno obarvani parametri, ki ji lahko spreminjano med obratovanjem,

- rumeno obarvani, ki jih nikdar ne moremo spreminjati,

- modro obarvani, ki jih ne moremo spreminjati med obratovanjem.

3.2 Najpomembnejši parametri

- za definiranje asinhronskega motorja

P101 – nazivna napetost motorja Un

P102 – nazivni tok motorja In

P104 – faktor delavnosti motorja cosρ

P105 – nazivna moč motorja Pn

P106 – izkoristek motorja η

P107 – nazivna frekvenca motorja fn

P108 – nazivni vrtljaji motorja nn

P109 – število polovih parov

P113 – nazivni moment motorja Mn


- za definiranje pogona

P330 – način spremembe U in f

P350 – referenčna vrednost toka Iref

P351 – referenčna vrednost napetosti Uref

P352 – referenčna vrednost frekvence Iref

P353 - referenčna vrednost vrtljajev nref

P354 – referenčna vrednost momenta Mref

- za definiranje karakteristike hitrosti

P462 – čas pospeševanja tp

P464 – čas zaviranja tz

P469 – čas začetne zaokrožitve tzz

P470 – čas končne zaokrožitve tkz

- za definiranje omejitve navora, toka in frekvence ASM

P128 – maksimalna vrednost toka

P492 – maksimalna vrednost navora za eno smer vrtenja

P498 – maksimalna vrednost navora za drugo smer vrtenja

3.3 Koraki parametriranja SVCM s pomočjo Drive Monitorja

Drive monitor omogoča vnos parametrov na dva načina.

a) Direkten vnos podatkov v celotno tabelo parametrov

Parametre lahko vnesemo direktno preko tabele parametrov. Ta način vnašanja parametrov

je zahtevnejši. Lahko se zgodi, da pozabimo vnesti katerega izmed pomembnih

parametrov.


Slika 3.4 Del tabele parametrov.

Tabela parametrov ima naslednje stolpce :

- številka parametra

Vsak parameter ima svojo številko, po katerem ga prepoznamo.

- ime parametra

Nekatera imena so takšna, da takoj ugotovimo fizikalni pomen parametra. Pri drugih pa si

lahko pomagamo s programsko pomočjo, ki je integrirana v program.


- indeks parametra

Lahko vnesemo več vrednosti parametra, ki se nato uporabljajo za pogon do štirih

motorjev oziroma režimov obratovanja motorja.

Indeks parametra

Slika 3.5 Indeks parametra.

- vrednost parametra

Vrednost parametra je odvisna od tega, ali imamo fizikalne veličine (tok, napetost

frekvenca itd.). Takšne vrednosti so prikazane s številkami. Lahko pa se zgodi, da je

vrednost parametrov napisana z besedami (omogočen, veljaven itd.). Z dvojnim klikom na

izbrani parameter nastavljamo njegovo vrednost, kar je prikazano na sliki 3.6, ali pa imamo

možnost izbire ene izmed opcij, ki nam je ponujena, prikazano na sliki 3.7.

Slika 3.6 Vnos vrednosti parametra.


Slika 3.7 Vnos vrednosti parametra.

- enota

Parametri lahko imajo naslednje enote:

- fizikalne enote, kot so amper A, frekvenca Hz itd.,

- enote v %, ki pomenijo odstotek referenčne vrednosti,

- nekateri parametri so brez enot.

enota

Slika 3.8 Prikaz enot.


b) Parametriranje z uporabo prednastavljenih korakov

Ta način vnašanja parametrov je enostavnejši, saj nas vodi po korakih in pomaga izbrati

najpomembnejše parametre. Po končanem vnašanju lahko gremo pogledat celotno listo

parametrov in po želji popravimo katerega od parametrov.

Slika 3.9 Nastavljanje tipa frekvenčnega pretvornika.

Z grafičnim oknom na sliki 3.9 nastavimo tip frekvenčnega pretvornika. V našem primeru

je to 6SE7021-0E.6. Vnesemo še vrednost napajalne napetosti.


Slika 3.10 Nastavljanje parametrov motorja

Z grafičnim oknom na sliki 3.10 nastavimo tip motorja. Če v siemensovi bazi podatkov

najdemo naš motor, program avtomatsko nastavi nazivne podatke motorja. Kadar tip

motorja ni v bazi podatkov, moramo izpolnit naslednje podatke:

- nazivna napetost motorja,

- nazivni tok motorja,

- magnetilni tok,

- faktor delavnosti,

- frekvenca motorja,

- nazivno število vrtljajev,

- število polovih parov,

- nazivni navor motorja.


Slika 3.11 Nastavljanje tipa merilnika vrtljajev.

Z grafičnim oknom na sliki 3.11 nastavimo tip merilnika vrtljajev. V našem primeru smo

izbrali opcijo brez merilnika vrtljajev.

Slika 3.12 Nastavljanje načina hlajenja motorja.


Z grafičnim oknoma na sliki 3.12 nastavimo vrsto temperaturnega senzorja in način

hlajenja motorja. V našem primeru nismo imeli temperaturnega senzorja, motor ima lastno

hlajenje.

Slika 3.13 Nastavljanje način krmiljenja motorja.

Z grafičnim oknom na sliki 3.13 nastavimo način krmiljenja motorja. V našem primeru

smo imeli U/f odprto zančno krmiljenje.

Možni načini krmiljenja, če nimamo merilnika vrtljajev, so :

1. U/f odprto zančno krmiljenje,

2. U/f odprto zančno krmiljenje za tekstilno aplikacijo,

3. Zaprto zančno krmiljenje brez merilnika vrtljajev.


Slika 3.14 Nastavljanje časovnega poteka pogona.

Z grafičnim oknom na sliki 3.14 nastavimo čas pospeševanja, čas pojemanja in hitrostno

omejitev.

1. Nastavitev časa pospeševanja od 0 do referenčne vrednosti v sekundah.

V našem primeru smo vnesli 0,5 s.

2. Nastavitev časa pojemanja od referenčne vrednosti do 0 v sekundah.


3. Nastavitev časa začetne zaokrožitve v sekundah.


4. Nastavitev časa končne zaokrožitve v sekundah.


5. Omejitev hitrosti vrtenja v pozitivni smeri v %.

V našem primeru smo vnesli 200%.

6. Omejitev hitrosti vrtenja v negativni smeri v %.

V našem primeru smo vnesli -200%.

7. Izpis referenčne vrednosti frekvence v Hz.

V našem primeru je 50 Hz.


8. Izpis referenčne vrednosti vrtljajev v min-1

.

V našem primeru je 1500 min-1

.

Slika 3.15 Nastavitev tokovnih omejitev in začetne napetosti.

Z grafičnim oknom na slike 3.15 nastavimo maksimalni in referenčni tok,

referenčno in nazivno napetost motorja.

1. Nastavitev začetne napetosti v voltih.

V našem primeru smo vnesli 40 V.

2. Nastavitev frekvence, pri kateri preidemo na karakteristiko U/f = konst.

V našem primeru smo vnesli 30 Hz.

3. Izpis nazivne napetosti v voltih.

V našem primeru je 400 V.

4. Izpis nazivne frekvence v Hz

V našem primeru je 50 Hz.

5 . Določitev frekvence, do katere se povečuje napetost.

V našem primeru smo vnesli 50 Hz


6 . Nastavitev maksimalne vrednosti toka v amperih.

V našem primeru smo vnesli 9,4 A.

7. Izpis referenčnega toka v amperih

V našem primeru je 4,7A.

8 . Izpis referenčne vrednosti napetosti v voltih.

V našem primeruje je 400 V.

Slika 3.16 Okno za potrditev konfiguracije.

Grafično okno 3.16 prikazuje osnovne podatke celotnega pogona. V njem lahko preverimo

podatke, preden potrdimo nastavitev.

3.4 Grafični vmesnik

Funkcija Trace v DM nam lahko posname časovne poteke različnih veličin. Trace je

grafični vmesnik za risanje časovnih potekov tokov, vrtljajev, napetosti, navora…


Slika 3.17 Grafični vmesnik

V našem primeru smo posneli časovne poteke toka, napetosti in frekvence.

Slika 3.18 Časovni poteki v grafičnem vmesniku.


3.5 Script Datoteka

Realizacijo zahtevnejših pogonov lahko izvedemo s pomočjo »script datoteke«. Pogon

opravimo tako, da ustrezen program napišemo v urejevalniku »script datoteke« in ga

izvedemo v DM. S pomočjo »script datoteke« spreminjamo parametre z uporabo ustrezni

ukazov. Najpomembnejši ukazi so :

- Write

Ukaz »Write« uporabljamo za vpis vrednosti želenega parametra. Ukazu sledi številka

parametra, indeks parametra in nova vrednost parametra.

- Time

Ukaz »time« uporabljamo za nastavitev zakasnitve. Ukazu »time« sledi številka, ki določa

čas zakasnitve.

- Read

Ukaz »Read« uporabljamo za branje vrednosti parametra. Ukazu sledi številka želenega

parametra.

- Call

Ukaz »call« uporabljamo za klicanje predhodno izbranega programa. Ukazu »call« sledi

ime datoteke v narekovajih.

Razen omenjenih ukazov še lahko uporabljamo »if«, »if-else« stavke, »for«, »do- while«

zanke, funkcije, itd…

Slika 3.19 nam prikazuje »script datoteko« za izvedbo enega cikla obratovanja pogona.


Slika 3.19 Cikel pogona v urejevalniku »script datotek«.


4 DELOVANJE ELEKTRIČNEGA POGONA

Pogon, na katerem smo izvajali meritve, je sestavljen iz frekvenčnega pretvornika za

krmiljenje ASM, ASM, merilnika navora, bremena ter merilnika hitrosti. Za pogonski stroj

smo uporabili ASM s kratkostično kletko. Gredi motorjev sta povezani s sklopkami in

momentno merilno gredjo. Za simuliranje tekočega traku smo uporabili aktivno breme.

Pogonski stroj (ASM) merilnik navora aktivno breme merilnik hitrosti

Slika 4.1 Slika električnega pogona.


Ker nismo imeli tekočega traku, smo bremensko karakteristiko simulirali z aktivnim

bremenom. Aktivna bremena omogočajo testiranje pogonskih strojev, ne da bi imeli na

razpolago dejansko breme. Uporabljeno aktivno breme je sestavljeno iz ASM, ki je

krmiljen s frekvenčnim pretvornikom z ustrezno programsko opremo. V program

vnesemo želeno bremensko karakteristiko v obliki polinomoma. V našem primeru smo

vnesli samo konstanten člen, kar pomeni konstanten navor. ASM, ki smo ga uporabili

za aktivno breme, ima nazivne podatke podane v tabeli 4.1.

Tabela 4.1 Nazivni podatki ASM aktivnega bremena.

UN (V) IN (A) fN (Hz) PN (kW) nN (min-1

)

230/400 ∆/Y 20,6/11,9 ∆/Y 50 5,5 1455

Nazivni podatki uporabljenega ASM so podani v tabeli 4.2.

Tabela 4.2 Nazivni podatki ASM.

UN (V) IN (A) fN (Hz) PN (kW) nN (min-1

) cos φ η

400/690 ∆/Y 8,2/4,7 ∆/Y 50 4 1440 0,83 0,85

Ker imamo motor napajan z znižano napetostjo (400 V) v vezavi Y, moramo preračunati

moč motorja in navora po enačbah 4.1.

n

3 cos 3 400 4,7 0,83 0,85 2297,29W

60 2297,29 6015,23 Nm

2 2 1440

n

m

n

P U I

PM

n

(4.1)


5 PARAMETRIRANJE POGONA ZA PRIMER

TRANSPORTNEGA TRAKU

Pridobljeno znanje o celotnem pogonu in SVCM uporabimo za parametriranje

transportnega traku.

Naša naloga je bila:

- izbira motorja, da se bo motor vrtel z želenimi vrtljaji,

- parametriranje SVCM za delovanje tekočega traku pri različnih delovnih točkah,

- parametriranje SVCM za delovanje tekočega traku pri ciklu na sliki 5.18.

5.1 Izračun podatkov pogona

Slika 5.1 Pogon tekočega traku [7].

Izračun moči pogona:

Podatki :

v= 0.8 km/h =0.222 m/s

Izračun sile traku [7]:

B Btraku T R R

traku

( )2 2

300,33 9,81(2023,5 ) 0,033 9,81 9,81 100 6636,4Nm

2

m mF µ g m µ g m

F

(5.1)


kjer je :

µR – konstanta trenja rotirajočih delov

µT – konstanta trenja drsečih delov

m – masa bremena

mB – masa traku

mR – masa valjev

Izračun moči pogona:

traku traku 6636,4 0,222 1473,28WP F v (5.2)

Izračun moči in vrtilnega momenta motorja:

trakum

prenosov

1473,281841,6W

0,80

PP

(5.3)

mp b

60 1841,6 6013,52Nm

2 2 1300

PM M

n

(5.4)

Izračun moči za vrtljaje motorja 780 min-1

m

7801841,6 1104,96W

1300P

(5.5)

Izračun frekvence za delovne točke in cikel pogona

Za parametriranje je bilo potrebno izračunat frekvenco, da dobimo želene vrtljaje in s tem

povezano hitrost tekočega traku. Frekvenco smo izračunali za vsako delovno točko posebej

in jo nastavljali med obratovanjem s pomočjo SVCM in programom DM.

Izračun frekvence temelji na upoštevanju podobnih trikotnikov prikazanih na sliki 5.2.

Merilo za vrtljaje na sliki 5.2 se zaradi preglednosti začne pri 1000 min-1

.


Slika 5.2 Prikaz podobnih trikotnikov.

s n bn1 ž s n

ž 1 b n

n n MMn n n n

n n M M

(5.6)

1 ž1 ž;

60 60

n p n pf f

(5.7)

sž ž ž ž 1( )f f f n f f f (5.8)

Kjer so:

ns - sinhronski vrtljaji,

nn- nazivni vrtljaji,

nž -želeni vrtljaji,

Mn – nazivni moment,

Mb - moment bremena,

n1 – vrtljaji pri Mb označeni na sliki 5.2,


f1 – frekvenca za vrtljaje n1,

fž – frekvenca za vrtljaje nž,

fsž – frekvenca, ki jo nastavimo, da ob obremenitvi Mb dobimo vrtljaje nž.

Izmerili smo momentno karakteristiko motorja v odvisnosti od vrtljajev. S pomočjo

karakteristike smo določili Mn in nn. Te podatke uporabimo v enačbi 5.6.

Izmerjeni podatki :

Tabela 5.1 Izmerjeni podatki ASM

M (Nm) n (min-1

)

5 1460

10 1418

15 (Mn) 1368 (nn)

17,5 1336

20 1283

Slika 5.3 Del izmerjene momentne karakteristike motorja.


Primer izračuna frekvence za prvo delovno točko :

S pomočjo enačb 5.6, 5.7 in 5.8 bomo izračunali frekvenco za prvo delovno točko.

Parametri:

Mn = 15 Nm

Mb =14 Nm

nž = 1300 min-1

nn= 1368 min-1

1b1 ž s n

n

141300 1500 1368 1176,8min

15

Mn n n n

M

(5. 9)

11

1176,8 239,22

60 60

n pf Hz

(5.10)

žž

1300 243,33

60 60

n pf Hz

(5.11)

sž ž ( ) 43,33 43,33 39,22 47,43f f f n Hz (5.12)

S pomočjo enačbe 5.9 lahko izračunamo n1, kot je prikazano na sliki 5.2. Pri čemer je n

razlika med nž in n1.

Določitev začetne napetosti motorja

Tabela 5.2 Izmerjeni moment stoječega motorja za različne začetne napetosti.

Začetna napetost (V) Mb (Nm)

12,7 2

20 5,2

30 11

40 19

50 21,5


Tabela 5.2 prikazuje izmerjene začetne momente motorja za različne vrednosti začetne

napetosti U0. Napetost U0 je prikazana na sliki 5.4.

Slika 5.4 Potek napetosti.

Na sliki 5.5 se vidi, da se v primeru U01 motor zavrti šele pri frekvenci f1, medtem ko se pri

nastavljeni napetosti U02 zavrti že pri najnižjih frekvencah.

Slika 5.5 Različne začetne napetosti U0.


V praksi nastavljamo začetno napetost zato, da je že pri vrtljajih 0 moment motorja večji

od momenta traku m trakuM M .

5.2 Analiza pogona pri različnih delovnih točkah

Preizkusili bomo različne delovne točke. Delovnim točkam bomo spreminjali vrtljaje in

moment bremena ter opazovali potek napetosti, toka in frekvence. Prav tako je bilo

potrebno za vsako delovno točko izračunat frekvenco s pomočjo enačb 5.6, 5.7 in 5.8.

Prva delovna točka

Podatki delovne točke :

Mb = 14 Nm

n = 1300 min-1

Delavni točki samo nastavljali sledeče parametre.

a) Postavljeni parametri preizkusa

- Čas pospeševanja 1 sekunda.

- Čas zaviranja 1 sekunda.

- Nastavljena frekvenca 47,43 Hz.

- Tokovna in momenta omejitev 140%.

Na sliki 5.6 vidimo potek napetosti. Na poteku se vidi začetna napetost, ki v našem

primeru znaša 40 V. Začetno napetost smo nastavili, da motor razvija dovolj velik moment

že pri najnižji frekvenci. Iz tokovnega poteka na grafu 5.8 vidimo, da pride do delovanja

tokovnega limita, zaradi prevelikega tokovnega sunka. Iz poteka hitrosti je vidno, da se je

pogon zaustavil praktično hipoma. Zaradi velikih mehanskih obremenitev je taka

nastavitev parametrov neugodna za naš pogon.


b) Postavljeni parametri preizkusa

- Čas pospeševanja 4 sekunde.

- Čas zaviranja 4 sekunde.



Potek napetosti na grafu 5.6 je v skladu s pričakovanjem. Zaradi začetne napetosti imamo

velik začetni tok, ki drži navor bremena. Prav tako vidimo na grafu 5.8, da je sedaj tokovni

potek ugodnejši, kajti ne pride do velikih tokovnih sunkov in posledično do delovanja

tokovnega limita. Na grafu 5.9 se vidi, da referenčno vrednost hitrosti doseže v skladu z

nastavitvami.

c) Postavljeni parametri preizkusa

- Čas pospeševanja 4 s.

- Čas zaviranja 4 s.

- Čas začetne zaokrožitve 2 s.

- Čas končne zaokrožitve 2s.



Iz poteka toka na grafu 5.8 se vidi, da je prišlo do najmanjših tokovnih sunkov. Poteka

napetosti in frekvence na grafu 5.6 in 5.7 sta v skladu s pričakovanjem. Iz poteka hitrosti

na grafu 5.9 lahko vidimo, da se želeni vrtljaji razlikuje le za 5 min-1

od izmerjenih. Prav

tako se vidi, da je bila sprememba vrtljajev najpočasnejša.


Slika 5.6 Časovni poteki napetosti.

Slika 5.7 Časovni poteki frekvence.


Slika 5.8 Časovni poteki toka.

Slika 5.9 Časovni poteki vrtljajev.


Druga delovna točka


Mb = 7 Nm

n = 1300 min-1

d) Postavljeni parametri preizkusa





Napetost in frekvenca na slikah 5.10 in 5.11 potekata v skladu s pričakovanjem, kar

pomeni, da linearno naraščata do nazivne vrednosti. Na sliki 5.12 vidimo, da tok naraste do

vrednosti 4,3 A, nato ob vklopu motorja pade na polovično vrednost. Iz poteka hitrosti na

grafu 5.13 lahko vidimo, da se želeni vrtljaji razlikuje le za 5 min-1

od izmerjenih.


Slika 5.10 Časovni potek napetosti.

Slika 5.11 Časovni potek frekvence.


Slika 5.12 Časovni potek toka.

Slika 5.13 Časovni potek vrtljajev.


Tretja delovna točka


Mb = 7 Nm

n = 780 min-1

e) Postavljeni parametri preizkusa





Napetost in frekvenca na slikah 5.14 in 5.15 potekata v skladu s pričakovanjem, kar

pomeni, da linearno naraščata do nazivne vrednosti. Prav tako ob vklopu motorja pade tok

na polovično vrednost in ponovna naraste ob izklopu. Iz poteka hitrosti na grafu 5.17 lahko

vidimo, da se želeni vrtljaji razlikuje le za 6 min-1

od izmerjenih.








5.3 Nastavitev parametrov za želen cikel obratovanja pogona

Pogon se vklopi po 5 sekundah in se ob vklopu zavrti na 1300 min-1

. S tem doseže pogon

tekočega traku hitrost premikanja 0,8 km/h. Vrtljaje drži konstantne 30 sekund, nato motor

zavira na 780 min-1

in doseže hitrost premikanja 0,5 km/h. Po 15 sekundah vrtljaji ponovno

narastejo na 1300 min-1

. Vrtljaje drži konstantne 20 sekund in jih nato ponovno zniža na

780 min-1

, na kar se pogon po 10 sekundah počasi ustavi. Potrebna moč za premikanje

traku s hitrostjo 0,8 km/h je 1841,6W in s hitrostjo 0,5km/h je 1104,96W . Celoten cikel

traja 75 sekund in je prikazan na sliki 5.18.

Slika 5.18 Cikel pogona.


Preden smo izvedli cikel zapisan s SF, smo morali v parametriranju z uporabo pred

nastavljenih korakov nastavit PMU način krmiljenja. Nato smo parameter P443 nastavili

na vrednost KK45. Sedaj smo lahko z uporabo SF spreminjali frekvenco s parametrom

P405. Posledično zaradi spreminjanje frekvence so se spreminjali vrtljaji. Prav tako smo

nastavljali parametre za pospeševanje in pojemanje hitrosti. SF za izvedbo cikla s slike

5.18 se vidi na sliki 5.19.

Slika 5.19 SF za izvedbo cikla s slike 5.18.




Poteka napetosti in frekvence na slikah 5.20 in 5.21 sta v skladu z nastavljenimi parametri.




Iz slike 5.22 se vidi, da ni prišlo do velikih tokovnih sunkov. Iz poteka hitrosti na sliki 5.23

se vidi, da je odziv dokaj počasen. Ta cikel je primeren za delovanje tekočega traku, ker

ima male tokovne sunke in počasne odzive.


6 SKLEP

Frekvenčni pretvornik SVCM se nastavlja s pomočjo parametrov. Ker je tabela parametrov

zelo obsežna in je potrebno vložit veliko časa, da bi spoznali parametre, je priporočljivo,

da predhodno ugotovimo in izpišemo najpomembnejše parametre. Vnos parametrov lahko

izvedemo preko PMU, vendar je postopek zahteven in nepregleden. Zato je boljša opcija

vnos parametrov s pomočjo programa DM, ki ima dva načina za vnos parametrov:

- direkten vnos parametrov v tabelo parametrov, ki je še vedno zahteven zaradi

velike količine parametrov,

- vnos s prednastavljanjemi koraki, ki nam olajša delo, saj ima uporabniku prijazen

grafični vmesnik.

Iz mojih izkušenj je najustreznejši način vnos s prednastavljenimi koraki in nato po potrebi

spreminjanje posameznih parametrov z direktnim vnosom v tabelo parametrov.

Za ustrezno parametriranje pogona sem moral poznati delovanje le tega. Posebej važne so

bile karakteristike delovanja pogonskega stroja in bremena. Delovanje pogona smo

preizkušali z različno nastavljenimi parametri in glede na časovne odzive sem skušal

ugotovit najprimernejše parametre za primerno delovanje tekočega traku. Iz časovnih

potekov sem ugotovil, da je najugodnejši pogon, če se vrtljaji počasi spuščajo in dvigajo.

Če smo vrtljaje spreminjali prehitro in skoraj stopničasto, je prišlo do prevelikega

tokovnega sunka, kot je prikazano na sliki 5.8.

Ob koncu lahko zaključim, da je pomembno ustrezno parametriranje pogona. Ker nam to

lahko prinese dolgo življenjsko dobo in manj okvar pogona.


7 LITERATURA

[1] M. Trlep, Električni pogoni, skripta - zapiski predavanj.

[2] I. Zagradišnik, B. Slemnik, Električni rotacijski stroji, 4. izd., Fakulteta za

elektrotehniko, računalništvo in informatiko, Maribor, 2005.

[3] Siemens AG, http://www.sea.siemens.com/step/default.html.

[4] http://www.electrical-res.com/EX/10-18-20/Induction.Motor.cutaway.jpg

[5] http://www.lu-rogaska.si/f/docs/E-gradiva/ELEKTRICNI_STROJI_1.pdf

[6] Marko Jesenik, Mladen Trlep, Električni pogoni -laboratorijske vaje.

[7] http://www.berkelbelting.nl/pdf/berkelbelting_berekeningen-transport.pdf


8 PRILOGE

8.1 Seznam slik

Slika 2.1 Asinhronski motor [4]. ........................................................................................... 2 Slika 2.2 Slika tri faznega asinhronskega motorja s kratkostično kletko [2]. ....................... 3 Slika 2.3 Zagon zvezda/trikot [1]. ......................................................................................... 4 Slika 2.4 Preklop zvezde v trikot[1]. ..................................................................................... 5 Slika 2.5 Spreminjanje n z dodajanjem Rd [1]. ...................................................................... 6

Slika 2.6 Spreminjanje n s spreminjanjem Us [1]. ................................................................. 7 Slika 2.7 Karakteristika n pri spremembi fs [1]. ..................................................................... 8

Slika 2.8 Karakteristika n pri spremembi fs [1]. ..................................................................... 9 Slika 3.1 Simovert VC master. ............................................................................................ 10 Slika 3.2 PMU. .................................................................................................................... 11 Slika 3.3 DM. ...................................................................................................................... 12 Slika 3.4 Del tabele parametrov. ......................................................................................... 15

Slika 3.5 Indeks parametra. ................................................................................................. 16

Slika 3.6 Vnos vrednosti parametra. .................................................................................... 16 Slika 3.7 Vnos vrednosti parametra. .................................................................................... 17 Slika 3.8 Prikaz enot. ........................................................................................................... 17

Slika 3.9 Nastavljanje tipa frekvenčnega pretvornika. ........................................................ 18 Slika 3.10 Nastavljanje parametrov motorja ....................................................................... 19

Slika 3.11 Nastavljanje tipa merilnika vrtljajev. ................................................................. 20 Slika 3.12 Nastavljanje načina hlajenja motorja. ................................................................ 20

Slika 3.13 Nastavljanje način krmiljenja motorja. .............................................................. 21 Slika 3.14 Nastavljanje časovnega poteka pogona. ............................................................. 22 Slika 3.15 Nastavitev tokovnih omejitev in začetne napetosti. ........................................... 23

Slika 3.16 Okno za potrditev konfiguracije. ........................................................................ 24 Slika 3.17 Grafični vmesnik ................................................................................................ 25

Slika 3.18 Časovni poteki v grafičnem vmesniku. .............................................................. 25 Slika 3.19 Cikel pogona v urejevalniku »script datotek«. ................................................... 27 Slika 4.1 Slika električnega pogona. ................................................................................... 28

Slika 5.1 Pogon tekočega traku [7]. ..................................................................................... 30 Slika 5.2 Prikaz podobnih trikotnikov. ................................................................................ 32 Slika 5.3 Del izmerjene momentne karakteristike motorja. ................................................ 33

Slika 5.4 Potek napetosti. .................................................................................................... 35 Slika 5.5 Različne začetne napetosti U0. ............................................................................. 35 Slika 5.6 Časovni poteki napetosti. ..................................................................................... 38 Slika 5.7 Časovni poteki frekvence. .................................................................................... 38 Slika 5.8 Časovni poteki toka. ............................................................................................. 39

Slika 5.9 Časovni poteki vrtljajev........................................................................................ 39 Slika 5.10 Časovni potek napetosti. .................................................................................... 41 Slika 5.11 Časovni potek frekvence. ................................................................................... 41 Slika 5.12 Časovni potek toka. ............................................................................................ 42 Slika 5.13 Časovni potek vrtljajev. ..................................................................................... 42 Slika 5.14 Časovni potek napetosti. ................................................................................... 44 Slika 5.15 Časovni potek frekvence. .................................................................................. 44


Slika 5.16 Časovni potek toka. ............................................................................................ 45

Slika 5.17 Časovni potek vrtljajev. ...................................................................................... 45 Slika 5.18 Cikel pogona. ..................................................................................................... 46 Slika 5.19 SF za izvedbo cikla s slike 5.18. ........................................................................ 47 Slika 5.20 Časovni potek napetosti. .................................................................................... 48 Slika 5.21 Časovni potek frekvence. ................................................................................... 48

Slika 5.22 Časovni potek toka. ............................................................................................ 49 Slika 5.23 Časovni potek vrtljajev. ...................................................................................... 49

8.2 Seznam tabel

Tabela 4.1 Nazivni podatki ASM aktivnega bremena. .................................................... 29 Tabela 4.2 Nazivni podatki ASM. ................................................................................... 29 Tabela 5.1 Izmerjeni podatki ASM ................................................................................. 33

Tabela 5.2 Izmerjeni moment stoječega motorja za različne začetne napetosti. ............. 34

8.3 Naslov študenta

Alen Bračič

Greenwiška 12

2000 Maribor

8.4 Kratek življenjepis

Rojen: 18.8.1984 v Mariboru

Šolanje: Končal sem Srednjo elektro-računalniško šolo v Mariboru (SERŠ) in nadaljeval

izobraževanje na Fakulteti za elektrotehniko, računalništvo in informatiko (FERI) v

Mariboru, smer močnostna elektrotehnika visokošolskega strokovnega programa. Sedaj

sem v zaključni fazi izobraževanja, in sicer pri izvedbi diplomskega dela.



Documents

SIMOVERT VC 6SE7021-0EA61-Zostane nespremenjen, kar pomeni, da postajajo momentne karakteristike bolj mehke. Območje spreminjanja vrtljajev je razmeroma veliko, odvisno pa je od M