Historisk perspektiv. Elektriske maskiner gjennom 140 år Regulerte motordrifter siden Noeavhistorienmen langtfraalt. Nils Martinsen Siemens AS

Transkript

1 Historisk perspektiv Elektriske maskiner gjennom 140 år Regulerte motordrifter siden 1883 Noeavhistorienmen langtfraalt Nils Martinsen Siemens AS Bilder og data er hentet fra forskjellige kilder Med forbehold om tekniske feil og mangler

2 Tidlig Elektriske maskiner The first electric motors - Michael Faraday, 1821 From the Quarterly Journal of Science, Vol XII, 1821 Faraday Motor from the collection 1830's Ritchie'sMotor 1830's Very primitive electromagnetic motor invented by Rev. William Ritchie; ʺprobably the first man to produce the rotary motion of an electromagnet,ʺ in 1833 (The Development of Electrical Technology in the 19th Century, United States National Museum Bulletin 228, Washington; D.C. 1962). Page Nils Martinsen

3 Tidlig Elektriske maskiner Electromagnetic Engine Gustav Froment 1848 William Sturgeon Mercury Interrupter English 1830 Early Faraday Motor Watkins and Hill 1830 DEMONSTRATION ELECTRO-MOTOR TRAIN French, circa Page Nils Martinsen

4 Et av Siemens bidrag til framskritt Ernst Werner Siemens ( ) er mest kjent for å ha oppdaget det dynamoelektriske prinsipp. ca Siemens T-anker-maskin, fra ca 1856, først med permanentmagnet i stator. Han oppdaget at remanensen i jernet er nok til at den kan gi en ankerspenning som gir feltstrøm som igjen forsterker magnetfeltet, dvs maskinen bygger opp spenning uten hjelp utenfra Page Nils Martinsen

5 Tidlig Elektriske maskiner, Gramme s ringanker maskin N Ankerstrøm N S S Gramme Dynamo 1870 Page Nils Martinsen

6 Siemens Halske - Electric Railway 1879: Siemens Halske - Electric Railway Page Nils Martinsen

7 Noe av Edison s bidrag Edison "long-legged Mary-Ann" Dynamo of 1884, later renamed the "long-waisted" Mary-Ann out of modesty Edison DC Electric Fan ca Close-up of Edison Electric Fan Page Nils Martinsen

8 Tidlig trefase motor av Tesla Tesla Motor This is a model of an early three phase motor designed by Nickola Tesla. ``In our dynamo machines, it is well known, we generate alternate currents which we direct by means of a commutator, a complicated device and, it may be justly said, the source of most of the troubles experienced in the operation of the machines. Now, the currents, so directed cannot be utilized in the motor, but must - again by means of a similar unreliable device - be reconverted into their original state of alternate currents. The function of the commutator is entirely external, and in no way does it affect the internal workings of the machines. In reality, therefore, all machines are alternate current machines, the currents appearing as continuous only in the external circuit during the transfer from generator to motor. In view simply of this fact, alternate currents would commend themselves as a more direct application of electrical energy, and the employment of continuous currents would only be justified if we had dynamos which would primarily generate, and motors which would be directly actuated by, such currents.'' Adopted from T.C. Martin, "The Inventions, Researches and Writings of Nikola Tesla," New Work: Electrical Engineer, 1894, pp Page Nils Martinsen

9 Siemens & Halske heavy current division slår seg sammen med Schuckert &Co til Siemens Schuckerwerke GmBH i Mars 1903 Page Nils Martinsen

10 Siemens-Schuckertwerke, Prüffeld Dynamowerk Nonnendam (Berlin?), Kehrwalzmotoren PS, startet ca 1940 Page Nils Martinsen

11 Pionierer den første Strømtidsalder verdig Page Nils Martinsen

12 Die Schachtfördermaschine 1, von den Siemens- Schuckertwerken im Jahr 1907 gebaut. Page Nils Martinsen

13 Sprang til Elektriske maskiner 2011 Page Nils Martinsen

14 Regulerte motordrifter 1891 Ward Leonard ( ) utvikler sin omstendelige måte for turtallskontroll av elektriske maskiner. Nokså enerådende opp til ca 1960 En Ward Leonard turtallsregulering består av 3 maskiner med full ytelse: 1) For å omforme fast spenning og frekvens til nesten fast turtall (synkronmaskin, asynkronmaskin, DCshuntmaskin, forbrenningsmotor) 2) For å omforme fast turtall til variabel DC-spenning 3) For å omforme variabel spenning til variabelt turtall Shiplift Niederfinow - Siemens- Schuckert Converter / Umformer 1926 The first direct traction elevator with Ward-Leonard speed control system (pictured below with brochure) is delivered. Page Nils Martinsen

15 Transduktor regulering Suply Trafo Siemens Schuckertwerke zweipunktregler Magnetiserig Diode Lr M DC DC Motor Page Nils Martinsen

16 Regulerte motordrifter Vekselstrøms kommutatormaskin som frekvensomformer for rotorkaskade. Roterende frekvensomformer, turtallet reguleres med børstebrostilling Scherbius (??) oppfinnelse fra ca 1905 Page Nils Martinsen

17 Regulerte motordrifter, sleperingsmotor R4 > R3 > R2 > R1 Page Nils Martinsen

18 Sleperingsmotor styring anno 2011 Page Nils Martinsen

19 Utviklings skritt kraftelektronikk Page Nils Martinsen

20 thyristor likeretter dominerende fra Puls halvstyrt 6 Puls fullstyrt 6 Puls fullstyrt Antiparallell 12 Puls fullstyrt Page Nils Martinsen

21 Kvikksølvdamp likeretter Mercury vapor rectifier Page Nils Martinsen

22 Kvikksølvdamp likerettere Page Nils Martinsen

23 gammel DC Drift Kvikksølvdamp likeretter Gammel DC Motor Page Nils Martinsen

24 DC Drift anno 2011 Sinamics DCM 2011 Page Nils Martinsen

25 Cycloconverter, frekvensomformer Page Nils Martinsen

26 Strøm mellomkrets omformer Page Nils Martinsen

27 Spenning mellomkrets omformer Page Nils Martinsen

28 Transvektor regulering Felix Blaschke tok doktorgrad (1972) på Transvektor-regulering, en sanntids analyse av strømmer og spenninger på en asynkronmotor som gjør at den kan reguleres som en likestrømsmaskin (feltstrøm, momentgivende strøm) n n set -n act Speed controller I set, q -I act, q Current controller, active current Coordinate transformation set Field controller I set, d Current controller, field current P K V set Phi act -I act,d Motor model I UVW Stator field current Stator current i s Torque-gen. current i q Flux-generating current i d M Page Nils Martinsen

29 Regulerte Motordrifter 2011 Safe Torque Off (STO) Safe Stop 1 (SS1) Safe OperatingStop(SOS) Safely Limited Speed (SLS) Starter SW DCC SW Dimensjoneringsverktøy SIZER Noen alternative krav til moderne drifter: System: Dimensjonerings vekrtøy Omformer: Menyført oppstart vi av PC Automatisk optimering Intergrert sikkerhet Sikkerhet ove bus Dynamisk regulering (strøm reg 125µs) Intergret PLS funksjon for spesial aplikasjoner (CFC) Drives SW intergrert i PLS prosjektet Fjern service Motor: Standard og spesial motorer Luft eller vannkjøling Høyere virkningsgrader Page Nils Martinsen

30 Klipp fra et bokeksempel funnet på Internet Page Nils Martinsen

31 Resten av klipp fra bokeksempel Internet Page Nils Martinsen

32 Kilder Ifea Foredrag av Asle Skjelnes 2009 Siemens internett Og følgende internett linker: enter/conferences/che2004/dittmann.pdf Page Nils Martinsen

33 Spørsmål? Takk for oppmerksomheten Page Nils Martinsen