41307 Kraftelektroniske motordrifter Løsningsforslag Kapittel 5 Likestrømsmaskiner

Like dokumenter
41307 Kraftelektroniske motordrifter Løsningsforslag Kapittel 4 Roterende elektriske maskiner

6,((OHNWULVNH0RWRUGULIWHU

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

6,((OHNWULVNH0RWRUGULIWHU

SI Energi og Miljø

ehøgskoleni østfold Av sensor

Løsningsforslag til hjemmeøving nr.3 Kraftelektronikk/motordrifter

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Løsningsforslag Eksamen i Elektriske Maskiner TELE2006 HIST 19 mai 2015 PGli

HØGSKOLEN I AGDER Fakultet for teknologi. ENE 201 Elkraftteknikk 1, løsningsforslag eksamen Oppgave 1. a) T

DtC-Lenze as REGULERTE MOTORDRIFTER - AUTOMASJON Stallbakken RÆLINGEN

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 3. juni 2009 kl

- trykk-krefter. µ. u u u x. u venstre side. Det siste forsvinner fordi vi nettopp har vist x. r, der A er en integrasjonskonstant.

Likestrømsmotor eller 24 V =

Elektrisk motor med last

Forelesning nr.7 IN 1080 Elektroniske systemer. Spoler og induksjon Praktiske anvendelser Nøyaktigere modeller for R, C og L

Den indre spenning som genereres i en spenningskilde kalles elektromotorisk spenning.

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi. Løsningsforslag. Thomas A. Paulsen ( ) 5 oppgaver på 10 sider og 5 vedlegg

TFE4101 Vår Løsningsforslag Øving 1. 1 Ohms lov. Serie- og parallellkobling. (35 poeng)

Oppgave 4 : FYS linjespesifikk del

Tolkning av måledata betinger kunnskap om egenskaper ved elektriske apparater. en kort innføring i disse for enkelte utbredte apparater

FYSIKK-OLYMPIADEN Andre runde: 2/2 2012

Norsk Fysikklærerforening Norsk Fysisk Selskaps faggruppe for undervisning

Løsningsforslag til øving 5

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

HIST PROGRAM FOR ELEKTRO- OG DATATEKNIKK St.Øv.

Mandag F d = b v. 0 x (likevekt)

INF L4: Utfordringer ved RF kretsdesign

Beregning av vern og kabeltverrsnitt

Mandag 7. mai. Elektromagnetisk induksjon (fortsatt) [FGT ; YF ; TM ; AF ; LHL 24.1; DJG 7.

FYS1120 Elektromagnetisme

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

Tom Christian Stensholt, IFEA Kristiansand, november2009 Regulerte motordrifter Frekvensomformer og motorer

TFY4160 Bølgefysikk/FY1002 Generell Fysikk II 1. Løsning Øving 2. m d2 x. k = mω0 2 = m. k = dt 2 + bdx + kx = 0 (7)

Forelesning nr.7 INF Kondensatorer og spoler

a) Bruk en passende Gaussflate og bestem feltstyrken E i rommet mellom de 2 kuleskallene.

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 8. juni 2007 kl

FYS1120 Elektromagnetisme, vekesoppgåvesett 9 Løsningsforslag

Punktladningen Q ligger i punktet (3, 0) [mm] og punktladningen Q ligger i punktet ( 3, 0) [mm].

FYS1120 Elektromagnetisme H10 Midtveiseksamen

Løsningsforslag for obligatorisk øving 1

Løsningsskisse EKSAMEN i FYSIKK, 30. mai 2006

NORGES TEKNISKNATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK EKSAMEN I EMNE TFY4120 FYSIKK. Fredag 9. desember 2005 Tid: kl

Løsningsforslag til ukeoppgave 10

Løsningsforslag til øving 8

3. Hvilken av Maxwells ligninger beskriver hvordan en leder som fører en jevn strøm genererer et magnetisk felt?

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 13/6 2016

KYBERNETIKKLABORATORIET. FAG: Dynamiske systemer DATO: OPPG.NR.: DS5. Likestrømmotor.

Løsningsforslag til øving 4

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 31. mai 2005 kl

Kraftelektronikk (Elkraft 2 høst), øvingssett 1, høst 2005

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG INGRID KVAKLAND AVD. FOR TEKNOLOGI INSTITUTT FOR ELEKTRO OG DATATEKNIKK 7005 TRONDHEIM

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 3. juni 2009 kl

Turbiner - Virkningsgrader og slukeevne

TET4115 ELEKTRISKE KRAFTSYSTEMER EKSAMEN 15. DESEMBER LØSNINGSFORSLAG

Laboratorieoppgave 8: Induksjon

Løsningsforslag Konte-eksamen 2. august 2003 SIF4048 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

UNIVERSITETET I TROMSØ. EKSAMENSOPPGAVE i FYS-1002

Fasit for eksamen i MEK1100 torsdag 13. desember 2007 Hvert delspørsmål honoreres med poengsum fra 0 til 10 (10 for perfekt svar).

Eksamen i SIF5036 Matematisk modellering Onsdag 12. desember 2001 Kl

Løsningsforslag Øving 8

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

Løsningsforslag TFE4120 Elektromagnetisme 13. mai 2004

Tall i arbeid Påbygging kapittel 3 Funksjoner Løsninger til innlæringsoppgavene

Løsningsforslag Øving 10

Løsningsforslag til øving 5

Løsningsforslag til ukeoppgave 6

FYS1120 Elektromagnetisme, Ukesoppgavesett 1

1. En tynn stav med lengde L har uniform ladning λ per lengdeenhet. Hvor mye ladning dq er det på en liten lengde dx av staven?

41255 Elektroinstallasjoner

Prosjekt 2 - Introduksjon til Vitenskapelige Beregninger

LØSNINGSFORSLAG TIL KONTINUASJONSEKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

EKSAMEN I TFY4145 OG FY1001 MEKANISK FYSIKK

Ny/Utsatt eksamen i Elektronikk 2. August Løsningsforslag Knut Harald Nygaard

Løsningsforslag til øving 14

Løsningsforslag til hjemmeøving nr.6 Fag SO122E Kraftelektronikk

FYS2130. Tillegg til kapittel 13. Harmonisk oscillator. Løsning med komplekse tall

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 12/6 2017

Løsningsforslag Øving 6

Onsdag og fredag

Løsningsforslag Eksamen 1. desember 2008 TFY4250 Atom- og molekylfysikk/fy2045 Kvantefysikk

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Magnetiske monopoler fins ikke: Kap. 27 Kjapp historie. Kap. 27 Magnetisme. Kortfatta målsetning:

(tel ) Antall sider: 5 Antall vedleggssider: 10. Kandidaten må selv kontrollere at oppgavesettet er fullstendig

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer. Vekselstrøm Kondensatorer

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 17. desember 2007 kl

og P (P) 60 = V 2 R 60

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

Kondensator. Symbol. Lindem 22. jan. 2012

TFE4101 Vår Løsningsforslag Øving 2. 1 Strøm- og spenningsdeling. (5 poeng)

Løsningsforslag Eksamen 28. mai 2003 SIF4048 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 8 Elektrisitet og magnetisme. 1. SI-enheten til magnetisk flukstetthet er tesla, som er ekvivalent med A. E.

Arne Onshus. Oppgaveseminar i forbindelse med Agritechnica Landbruksteknikk og agronomi HIHM

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Våren Løsningsforslag til øving 8.

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk august 2004

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Lørdag 5. juni Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 4

Transkript:

41307 Kraftelektroniske motordrifter Løsningsforslag Kapittel 5 Likestrømsmaskiner OPPGAVE 1 Likestrømsmotor 1.1 Ankerstrømmen er konstant, slik at spenningsbalansen for kretsen blir: = R a. + E a Indusert spenning i merkedrift blir da:e a = - R a = 110-0.6.10 = 104 V. Elektromekanisk moment blir: E T a em = --------------------- = ---------------------- 104 10 = 7.1m m ----------- π 60 1. De generelle ligningene for indusert spenning og elektromekanisk moment er: E a = k a. Φ ag. m og T em = k a. Φ ag.. Vi antar at rotorfluksen ikke påvirker statorfluksen, dvs. luftgapsfluksen Φ ag er lik statorfluksen Φ f. Φ ag = k f. I f, som er konstant. å kan moment og indusert spenning skrives som: E a = k a. k f. I f. m = k e. m, og T em = k a. I f. = k T.. Vi ser at k T = k e = k a. I f. Vi bruker momentligningen (eller ligningen for indusert spenning) for å finne verdien til k T og k e. k T = T em / = 7.1 / 10 = 0.71 m/a. Denne konstanten er lik k e når turtallet er gitt i rad/s, og det ikke regnes med tap i overførselen av elektrisk energi til akselen. Kan sees ut fra effektbalansen mellom elektriske og mekaniske størrelser: E E a = m T a em ------- = -------- = k e = m T em k t 1.3 Strømmen er stasjonær i hvert punkt på karakteristikken. Spenningsbalansen for ankerkretsen blir da: = R a. + E a = R a. + k T. m. Vi løser ut m og eliminerer vha momentligningen: 1 m = ---- ( R a ) = k T ---- 1 R T em a --------------- k T k T Vi ønsker et uttrykk for turtall [rpm] i stedet for vinkelhastighet. n m 60 = ----------------- = π ----------- 60 R T em πk a --------------- T k T Dette er en viktig karakteristikk for likestrømsmotoren. 9.03.99 Kraftelektroniske motordrifter Side 1 av 7

1.4 Vi bruker uttrykket for moment - turtallskarakteristikken som vi fant i oppgave 1.3. Klemmespenningen kan betraktes som en parameter. Vi setter tall inn i uttrykket, og får: n 60 0.6 T = --------------------- V em π 0.71 a ------------------ 0.71 = 13.45( 0.84 T em ) Setter inn for : = 110V n = 1480 11.3 T em = 70V n = 94 11.3 T em = 30V n = 404 11.3 T em Disse tre moment-turtall karakteristikkene er skissert i Figur 1-1. n [o/min] 1600 100 1000 800 =110V =70V 600 400 00 =30V 1 3 4 5 6 7 T em [m] Figur 1-1 Moment-turtallskarakteristikker Av karakteristikkene i Figur 1-1 ser en at en kan få de kombinasjoner av turtall og moment som man ønsker ved å regulere ankerspenningen. Begrensningen er at ankerstrøm og ankerspenning stasjonært må være mindre eller lik sine merkeverdier. 1.5 Elektromekanisk moment ble beregnet til 7.1 m i oppgave 1.1. Motoren står stille, dvs. m =0. Magnetiseringsstrømmen er fortsatt lik I f. 0 = 13.45. ( - 0.85 T em ) = 0.85. 7.1 = 6.0 V Dette er spenningsfallet over R a, motindusert spenning er null. 1.6 I oppgave 1. fant vi at k T = k e = k a. I f. år I f reduseres til 0.75. I f, medfører det at 9.03.99 Kraftelektroniske motordrifter Side av 7

k T =k e =0.75. 0.71 = 0.55 m/a. Forutsetningen for at dette er riktig, er at luftgapsfluksen er proporsjonal med magnetiseringsstrømmen. 1.7 Det elektromekaniske momentet T em er proporsjonalt med luftgapsfluksen. år I f reduseres til 0.75. I f, vil momentet reduseres tilsvarende. T em = 0.55. 10 = 5.5m Ankerstrømmen er fortsatt lik 10A, slik at indusert spenning E a = 104V. n E a k e = -------------- 60 = ----- ------ 60 = ------------------------ 104 60 = 189rpm π π 0.55 π Turtallet øker når magnetiseringsstrømmen minker. Dette kalles feltsvekking. år en motor skal turtallsreguleres må man redusere feltet hvis en ønsker høyere turtall enn det som man får ved =. Dette medfører at det maksimale momentet som motoren kan yte stasjonært, minker når turtallet øker. 1.8 Dette er tilsvarende tankegang som i oppgaven foran; I f varierer fra 0.75. I f til I f. Dvs. I f = c. I f, der c varierer fra 0.75 til 1.0. Elektromekanisk moment når = = 10 A: T em = k a. c. I f. = k. c der k = k a. I f.. Vi ser at når I f reduseres, vil det stasjonære momentet som motoren kan yte minke tilsvarende. Se Figur 1-. år = = 10 A, og = 110 V, vil den motinduserte spenningen E a bli 104 V E a = k a. c. I f. m = k 1. c. m, der k 1 = k a. I f k 1 er identisk lik konstanten k e som vi fant i oppgave 1.. (k 1 = 0.71 m/a) n m 60 = ----------------- = ------------------------- 104 60 = π 0.71C π Se Figur 1-3. T em [m] ----------- C 7.0 6.0 5.0 0.8 0.9 1.0 I f /I f Figur 1- Moment som funksjon av feltstrøm, =10A, =110V 9.03.99 Kraftelektroniske motordrifter Side 3 av 7

n [o/min] 1900 1800 =110V =10A 1700 1600 1500 0.8 0.9 1.0 I f /I f Figur 1-3 Turtall som funksjon av feltstrøm, =10A, =110V OPPGAVE Hvis vi neglisjerer R a blir: T = k a. Φ. V t = k a. Φ. P =. T (-1) (-) (-3) P = V t. (-4) I merkedrift er: T = k a. Φ. = k a. Φ. P =. T (-5) (-6) (-7) P =. (-8).1 = -------, T = T (-9), Φ = Φ (-9) innsatt i (-1) gir: T = k a Φ (-10) 9.03.99 Kraftelektroniske motordrifter Side 4 av 7

T (-10) delt på (-5) gir: k ------ a I = ----------------------------- a I, = I T a k a = a. (-9) innsatt i (-) gir: ------- = k (-11) a (-11) delt på (-6) gir: ------- k -------- a = ---------------------------- k a ------ Turtallet blir halvert og ankerstrømmen holder seg konstant. = = -------, P = P (-1), Φ = Φ (-1) innsatt i (-) og delt på (-6) gir: = /. (-1) innsatt i (-4) og delt på (-8) gir: =.. Turtallet blir halvert, og ankerstrømmen blir doblet..3 =, T = T, Φ = Φ (-13) (-13) innsatt i (-) og delt på (-6) gir: = /. (-13) innsatt i (-1) og delt på (-5) gir: = /. Både turtallet og ankerstrømmen blir halvert..4 = -------, P = P (-14), Φ = ------- Φ (-14) innsatt i (-) og delt på (-6) gir: =. (-14) innsatt i (-4) og delt på (-8) gir: =.. Turtallet holder seg konstant, og ankerstrømmen dobles..5 V t T = -------, T = ------, Φ = Φ (-15) (-15) innsatt i (-) og delt på (-6) gir: = /. (-16) 9.03.99 Kraftelektroniske motordrifter Side 5 av 7

T (-15) innsatt i (-1) gir: ------ = k a (-17) T (-16) innsatt i (-17) gir: ------ = k (-18) 4 a (-18) delt på (-5) gir: = / 4. Turtallet blir halvert, og ankerstrømmen blir redusert til fjerdeparten av merkeverdi. OPPGAVE 3 3.1 For generator har vi: E ag = V t + R a. = 30 + 100. 0.1 = 40 V 3. For motor har vi: E am = V t - R a. = 30-100. 0.1 = 0 V 3.3 Indusert spenning er proporsjonal med turtallet. Maskinen må derfor gå med lavere turtall som motor dersom ankerspenningen og fluksen skal være den samme. Motorens omdreiningstall i forhold til generatorens blir: n M n G M ------ = ------- = --------- = 0.917 G E am E ag OPPGAVE 4 4.1 Generatoren leverer 0 kw til et DC-nett. Spenningen på nettet er 50 V. Ankerstrømmen blir dermed: 0. 10 3 / 50 = 80 A. 4. Vi har at: V t = E a - R a., og at P = V t. E a finnes fra magnetiseringskurven, = 80 A, R a = 0.1 Ω I f [A] E a [V] V t [V] P [kw] 1 145 135.4 10.8 40 30.4 18.4.5 65 55.4 0.4 4.3 Vi har at E a = k a. Φ. Hastigheten til generatoren reduseres til 800 rpm. Dette fører til at indusert spenning, E a, synker til 800/1100 = 73% av opprinnelig verdi. Dette gir: I f [A] E a [V] V t [V] P [kw] 1 105.5 95.9 7.7 174.5 164.9 13..5 19.7 183.1 14.7 9.03.99 Kraftelektroniske motordrifter Side 6 av 7

OPPGAVE 5 R a neglisjeres: T = k a. Φ. (5-1) V t = k a. Φ. (5-) 5.1 Fra 0 til 750 rpm reguleres hastigheten ved at ankerspenningen økes fra 0 til 30 V, mens fluksen holdes konstant. Hastigheten blir dermed proporsjonal med ankerspenningen.se ligning (5-). = k 1. V t (5-3) Siden både fluksen og momentet er konstant, blir også ankerstrømmen konstant. Se (5-1) For å øke hastigheten ytterligere, må fluksen reduseres, den induserte spenningen kan ikke overstige V t. Mellom 750 og 1500 rpm blir derfor hastigheten omvendt proporsjonal med fluksen: = k 1 / Φ. (5-4) (5-4) innsatt i (5-1) gir = k. (når T er konstant). I dette turtallsområdet blir ankerstrømmen proporsjonal med hastigheten. Ankerstrømmen som funksjon av turtallet er skissert i Figur 5-1. Figur 5-1 Ankerstrøm som funksjon av turtall 5. å skal ankerstrømmen holdes konstant mens momentet får variere. Mellom 0 og 750 rpm holdes fluksen konstant. I følge (-1) blir momentet konstant. Fra 750 rpm og oppover må fluksen reduseres for å øke hastigheten. (5-4) innsatt i (5-1) gir: T = k 3 / Mellom 750 og1500 rpm blir momentet omvendt proporsjonalt med hastigheten. Momentet som funksjon av turtallet er skissert i Figur 5-. T 750 1500 o/min 750 1500 o/min Figur 5- Moment som funksjon av turtall 9.03.99 Kraftelektroniske motordrifter Side 7 av 7