Avd. for teknologi Program for elektro- og datateknikk Løningforlag til hjemmeøving nr.6 Fag SOE Kraftelektronikk (D:\ARFI\D\OVIG\KRELIKK\Ov6\Kraftelektronikk øv6 løning.doc) Oppgave a) Skiér blokkkjemaene for de tre frekvenomformerklaene og navngi die. ac nett input + d - Μ 3 ac nett input Kontant penning, kvaifirkant + d - Μ 3 Kontant trøm, kvaifirkant ac nett input Id Μ 3 Figur De tre frekvenomformerklaene
Løningforlag til hjemmeøving nr.6 i SOE Kraftelektronikk/motordrifter av b) Angi kort hovedegenkapene til de tre klaene med fordeler og ulemper. Egenkap Kontant trøm Kontant penning, kvaifirkant Kontant penning, PWM yritor Chopper likeretter Ocillering (moment) betydelig under 5 Hz betydelig under 5 Hz betydelig under 5 Hz vært lite, avhenger av moduleringmetode ung tart bra dårlig dårlig meget bra Momentan bra middel middel meget bra belatbarhet Dynamikk bra middel middel meget bra Buffer ved trømbrudd co (effektfaktor til nettet) egner eg til flermotordrift ingen litt litt litt 0-0.9 (avhengig av belatning og frekven) 0-0.9 (avhengig av frekven) ca. ca. dårlig bra bra bra
Løningforlag til hjemmeøving nr.6 i SOE Kraftelektronikk/motordrifter 3 av c) Forklar hvorfor motorpenningen m må variere proporjonalt med frekvenen fra 0-50 Hz. Magnetieringkreten i motoren har ekvivalentkjema om vit i figur. En kan e bort fra reitanen ved alle frekvener over noen få Hz. For å beholde kontant fluk i motoren uanett frekven opp til 50 Hz, må magnetieringtrømmen I m holde kontant, det vil i at f /f må holde kontant om vit i diagrammet i figur. I m X f m f πf L m π L m f f k f f Im (kontant) f[v] f Xmω Lm πf Lm R 0Ω f 50 f[hz] Figur Pr. fae ekvivalentkjema for magnetieringkreten i en kortlutningmotor En entrifugalpumpe med merketurtall 470 o/ og merkekapaitet på 30 m 3 /h ved en løftehøyde på 0m kal turtallregulere ved hjelp av en kortlutningmotor og en frekvenomformer. Denne driften krever en mekanik effekt på aklingen på 40 kw ved merketurtall. Reguleringområdet for driften er 500 470 o/. Lørivningmomentet til pumpen er ubetydelig i forhold til merkemomentet.
Løningforlag til hjemmeøving nr.6 i SOE Kraftelektronikk/motordrifter 4 av d) Dimenjonér motor og frekvenomformer når nettpenningen er 3x400V, benytt vedlagt nomogram og beregninger. Ved dimenjonering av denne driften bør en legge latmomentkurven lik i forhold til motoren grenekurve at motoren utnyttelegrad blir å tor om mulig, e figur 3: / 0,9 Motor Lat 0,3 0 50 80 0 n Figur 3 Momentkurver for pumpe og motor f [Hz] n [o/] Motoren moment ved mak turtall (f50hz), : Pmek 40000W 40000W 59,8m ω n π 470o / π mak Betemmer motoren utnyttelegrad fra nomogrammet, e figur 4 og motoren effekt ved beregninger: 59,8m 0,9 88,6m 0,9 0,9 P ω n π 470o / π 88,6m 43.0W Velger en 4-polet motor på 400V, 45 kw Betemmer motoren effekt fra nomogrammet, e figur 4: Leer av en motoreffekt på 45 kw fra nomogrammet Frekvenomformeren må kunne avgi en kontinuerlig trøm I : P P 430W P 3I coϕ I η η 3 co ϕ 0,935 3 400V 0,87 77,4A
Løningforlag til hjemmeøving nr.6 i SOE Kraftelektronikk/motordrifter 5 av 58m Figur Motordriften ved makimalt turtall er tegnet inn i nomogrammet
Løningforlag til hjemmeøving nr.6 i SOE Kraftelektronikk/motordrifter 6 av Oppgave a) Hvordan varierer momentet i en aynkron kortlutningmotor om funkjon av påtrykt penning? Momentet i en aynkronmotor er proporjonalt med kvadratet av penningen: k Gitt en 6-polet aynkronmotor, 0kW, 400V AC, 50Hz, type LA6 33-6AA.., motordata: n 989o/; η 95,6% ; coφ 0,84 ; I 99A ; I /I 7,3 ; 06m ; /,7 ; max /,7 Den driver et knueverk om krever et lørivningmoment på t 000m. b) Man tenker eg ført å tarte motoren direkte mot nettet. Hvor tor blir tarttrømmen og hvor tort penningfall kan tolerere på nettet før det opptår problemer med tartmomentet på motoren? Starttrømmen blir, I : I 7,3 I 7,3 99A 453A t fra motordata blir tartmomentet ved full penning:,7,7 06m 870m Minte tillatte tartmoment: 000m Minte tillatte nettpenning under tart, : k k 400V 000m 870m og 334V k k 000m (400V) 870m På grunn av vakt nett vier det eg at man får problemer med tort penningfall i tarten. Man velger derfor å ette inn en PWM-frekvenomformer for å unngå problemet.
Løningforlag til hjemmeøving nr.6 i SOE Kraftelektronikk/motordrifter 7 av c) På hvilken måte kan en frekvenomformer omgå dette problemet? Ved å benytte frekvenomformer unngår man problemet med tore reaktive trømmer i tarten ved at frekvenomformeren øker frekvenen akte fra null og oppover. Åraken til at tarttrømmene blir relativt må er: ) At frekvenomformeren bare trekker aktiv effekt fra nettet, og denne er vært liten i tarten. ) At rotorfrekvenen ogå i tarten blir om ved merkedrift. Dette medfører at motoren jobber i amme arbeidområde om ved merkedrift og at ammenhengen k I ogå gjelder i tartøyeblikket d) egn opp grafer om vier prinippet for generering av grunnharmonik inupenning ved hjelp av PWM-teknikken. m [V] 0 vinkel Figur PWM-modulert motorpenning Frekvenomformeren om kal bruke har en merketrøm på 6A og den kan gi ut 00% trøm noen ekunder ved tart. e) Hvor tort tartmoment kan motoren nå klare? Mulig tartmoment med frekvenomformer, da gjelder ammenhengen k I ogå ved tart: 06m m k I k 5,34 I 99A A k I m 5,34 6A 305m A
Løningforlag til hjemmeøving nr.6 i SOE Kraftelektronikk/motordrifter 8 av f) egn opp de tre hoveddelene, blokkkjemameig, i en PWM-frekvenomformer. Forklar hvilke komponenter de tre hoveddelene betår av og hva de gjør. Likeretter Filter Vekelretter ac nett input 3 Μ 3 Figur Blokkkjema for PWM frekvenomformer Likeretter: Omformer 50Hz vekelpenning til likepenning med kontant verdi Filter: Glatter den kontante likepenningen og leverer reaktiv effekt til motoren Vekelretter: Benytter PWM-inu- eller fluk-vektor-modulajon til å hakke opp den kontante likepenningen til en vekelpenning med varierende penning og frekven, e figur.
Løningforlag til hjemmeøving nr.6 i SOE Kraftelektronikk/motordrifter 9 av Oppgave 3 En tranportkrue har kontant moment uavhengig av turtallet. Den kal turtallregulere med frekvenomformer og aynkronmotor. urtallområdet kal være 300 800 o/. Effekten om må tilføre kruen ved 800 o/ er av leverandøren oppgitt til 53 kw. Lørivingmomentet er 390 m. ettpenningen og motoren noelle penning kal være 6 V. Dimenjonér motor og frekvenomformer. Vurdér 4-polet og 6-polet motor. Benytt vedlagte nomogram, men benytt ogå beregninger for å betemme motoren merkemoment og merkeeffekt. Motoren kal ikke ha eparat kjøling. Benytt: η 0,9 coφ 0,83 0,03 Latmomentet: 53000W P P L 8m ω π n π 800o / 4-polet motor: Synkront turtall n 500 o/ Fra nomogrammet: n 300 o/ f 0Hz L / 0,50 n 800 o/ f Hz L / 0,8 ødvendig merkemoment ved lavete utnyttelegrad: ødvendig merkeeffektt ved lavete utnyttelegrad: π n π 455o / P ω 56m L 8m 0,50 0,50 85630W 56m
Løningforlag til hjemmeøving nr.6 i SOE Kraftelektronikk/motordrifter 0 av 6-polet motor: Synkront turtall n 000 o/ Fra nomogrammet: n 300 o/ f 5Hz L / n 0,56 n 800 o/ f 90Hz L / n 0,56 ødvendig merkemoment ved lavete utnyttelegrad: ødvendig merkeeffektt ved lavete utnyttelegrad: π n π 970o / P ω 50,8m L 8m 0,56 0,50 5097W 50,8 m Konklujon for motorvalg: Hvi det var aktuelt å øke turtallet på driften i fremtiden ville jeg valgt en 4-polet motor på 90 kw. Driften turtall kunne da øke til 3000 o/ (let av fra nomogrammet) uten å overbelate motoren. Med data angitt i oppgavetekten må det velge en 6-polet motor på 55kW. Frekvenomformeren(6-polet motor på 55kW): Krav til trøm fra frekvenomformeren: P P 5097W P 3I coϕ I η η 3 coϕ 0,9 3 6V 0,83 59,0A Motoren merkemoment: P P 55000W 57m ω π n π 997o / Vi er at tartmomentet (390m) ligger godt under motoren merkemoment
Løningforlag til hjemmeøving nr.6 i SOE Kraftelektronikk/motordrifter av 8m Figur