Rajzolja le az áram- és a forgórészfluxus összetevőit, az aszinkron motor mezőorientált szabályozásának elvét.

Hasonló dokumentumok
Aszinkron motoros hajtás Matlab szimulációja

Háromfázisú aszinkron motorok

VAJSZ Tibor, MSc hallgató, 1. Dr. SZÁMEL László, egyetemi docens, 2. RÁCZ György, doktorandusz, 3.

Villamos gépek tantárgy tételei

Az aszinkron és a szinkron gépek külső mágnesének vasmagja, -amelyik általában az

Elektromechanika. 4. mérés. Háromfázisú aszinkron motor vizsgálata. 1. Rajzolja fel és értelmezze az aszinkron gép helyettesítő kapcsolási vázlatát.

Tevékenység: 1.A szinkronmotorok állórészének kialakításáról

VILLAMOS FORGÓGÉPEK. Forgó mozgás létesítése

Tanulmányozza az 5. pontnál ismertetett MATLAB-modell felépítést és működését a leírás alapján.

VI. fejezet. Az alapvető elektromechanikai átalakítók működési elvei

Magas minőségi követelményeket kielégítő szinkronmotoros szervó hajtások. Bakos Ádám

(Az 1. példa adatai Uray-Szabó: Elektrotechnika c. (Nemzeti Tankönyvkiadó) könyvéből vannak.)

Hajtástechnika. Villanymotorok. Egyenáramú motorok. Váltóáramú motorok

Szinkronizmusból való kiesés elleni védelmi funkció

Használható segédeszköz: szabványok, táblázatok, gépkönyvek, számológép

Érzékelők és beavatkozók

Fourier-sorfejtés vizsgálata Négyszögjel sorfejtése, átviteli vizsgálata

Alapfogalmak, osztályozás

Legutolsó frissítés ZÁRÓVIZSGA KÉRDÉSEK a VÁLOGATOTT FEJEZETEK AZ ELEKTROTECHNIKÁBAN CÍMŰ MSc TÁRGYBÓL

Unidrive - a vektorszabályozás alappillére

6.9. Lendítőkerekes energiatárolók korszerű hajtásai és szabályozási módszerei Lendítőkerekes energiatároló hajtás működése

4. /ÁK Adja meg a villamos áramkör passzív építő elemeit!

Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék MOTOR - BOARD

3.1. ábra ábra

1. fejezet. Gyakorlat C-41

Hálózati egyenirányítók, feszültségsokszorozók Egyenirányító kapcsolások

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) és a 29/2016 (VIII.26) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Példa: Normálfeszültség eloszlása síkgörbe rúd esetén

Mezőorientált szabályozású áraminverteres hajtás

Hálózatok számítása egyenáramú és szinuszos gerjesztések esetén. Egyenáramú hálózatok vizsgálata Szinuszos áramú hálózatok vizsgálata

a) az egyszerű, skalár megoldásánál: az I állórészáram amplitúdóját, míg a

Mérési útmutató Periodikus, nem szinusz alakú jelek értékelése, félvezetős egyenirányítók

1. Milyen módszerrel ábrázolhatók a váltakozó mennyiségek, és melyiknek mi az előnye?

Elektromechanikai rendszerek szimulációja

Fluxus és Nyomatékhibák Direkt Nyomatékszabályozott Rendszerben

Teljesítm. ltség. U max

= f p képlet szerint. A gép csak ezen a szögsebességen tud állandósult nyomatékot kifejteni.

Felvételi, 2017 július -Alapképzés, fizika vizsga-

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet 29/2016 (VIII.26) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

2. A modul címe. Aszinkron motorok és hajtások. Aszinkron motoros járműhajtások

Méréstechnika. Rezgésmérés. Készítette: Ángyán Béla. Iszak Gábor. Seidl Áron. Veszprém. [Ide írhatja a szöveget] oldal 1

KIÁLLÓ PÓLUSÚ SZINKRON GÉP VIZSGÁLATA Laboratóriumi mérési útmutató

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

4. /ÁK Adja meg a villamos áramkör passzív építő elemeit!

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika ZH, október 10.. CHFMAX. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

ALAPFOGALMIKÉRDÉSEK VILLAMOSSÁGTANBÓL 1. EGYENÁRAM

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) és a 29/2016 (VIII.26) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Forogj! Az [ 1 ] munkában találtunk egy feladatot, ami beindította a HD - készítési folyamatokat. Eredményei alább olvashatók. 1.

VILLAMOS ENERGETIKA VIZSGA DOLGOZAT - A csoport

= szinkronozó nyomatékkal egyenlő.

EGYENÁRAMÚ GÉP VIZSGÁLATA Laboratóriumi mérési útmutató

TB6600 V1 Léptetőmotor vezérlő

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

1. Szinkronmotoros hajtások közúti járműveken. Az alkalmazandó feszültségszintek

EGYFÁZISÚ VÁLTAKOZÓ ÁRAM

Kulcsfogalmak: energiairányítási vagy menedzsment, BMS akkumenedzsment

Az elliptikus hengerre írt csavarvonalról

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet 29/2016 (VIII.26) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Használható segédeszköz: Függvénytáblázat, szöveges adatok tárolására és megjelenítésére nem alkalmas zsebszámológép

Circuit breaker control function funkcióhoz block description. Beállítási útmutató az árambemeneti

KIÁLLÓ PÓLUSÚ SZINKRON GÉP VIZSGÁLATA Laboratóriumi mérési útmutató

Váltakozóáramú gépek. Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet

MateFIZIKA: Pörgés, forgás, csavarodás (Vektorok és axiálvektorok a fizikában)

Dr Szénásy István: Villamos hajtások Egyenáramú állandómágneses motorok és hajtástechnikai alkalmazásaik. Szinkron- és aszinkron motoros járműhajtások

Az önindukciós és kölcsönös indukciós tényező meghatározása Az Elektrotechnika tárgy 7. sz. laboratóriumi gyakorlatához Mérésvezetői segédlet

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

Az ábrán a mechatronikát alkotó tudományos területek egymás közötti viszonya látható. A szenzorok és aktuátorok a mechanika és elektrotechnika szoros

Elektronika 2. TFBE5302

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 8. AC MOTOROK

Figyelem! Csak belső és saját használatra! Terjesztése és másolása TILOS!

Fizika 1 Elektrodinamika beugró/kis kérdések

VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ KÖRÖK

Dr Szénásy István: Villamos hajtások Egyenáramú állandómágneses motorok és hajtástechnikai alkalmazásaik. Szinkron- és aszinkron motoros járműhajtások

Rajzolja le és jegyezze meg a szinkron generátor modell-ábráját az inverterével, a sebesség-, és az áramvektorszabályozóval.

Elektrotechnika. 11. előadás. Összeállította: Dr. Hodossy László

Számítógépes gyakorlat MATLAB, Control System Toolbox

Elektromechanika. 6. mérés. Teljesítményelektronika

írásbeli vizsgatevékenység

VI. fejezet. Az alapvető elektromechanikai átalakítók működési elvei

Bevezetés a méréstechnikába és jelfeldolgozásba 7. mérés RC tag Bartha András, Dobránszky Márk

Zárt mágneskörű induktív átalakítók

2. Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 2. DC MOTOROK BEVEZETÉS ÉS STATIKUS MODELLEZÉS

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

MINTA Írásbeli Záróvizsga Mechatronikai mérnök MSc. Debrecen,

Használható segédeszköz: szabványok, táblázatok, gépkönyvek, számológép

DR. GYURCSEK ISTVÁN. Példafeladatok. Háromfázisú hálózatok HÁROMFÁZISÚ HÁLÓZATOK DR. GYURCSEK ISTVÁN

Gyakorlat 30B-14. a F L = e E + ( e)v B képlet, a gravitációs erőt a (2.1) G = m e g (2.2)

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Egyfázisú hálózatok. Egyfázisú hálózatok. Egyfázisú hálózatok. komponensei:

Használható segédeszköz: szabványok, táblázatok, gépkönyvek, számológép

CÉLKOORDINÁTOROK alkalmazástechnikája CÉLKOORDINÁTOROK FELÉPÍTÉSI ELVE

Kerékagymotoros Formula Student versenyautó menetdinamikai szimulációja

t, u v. u v t A kúpra írt csavarvonalról I. rész

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

(1. és 2. kérdéshez van vet-en egy 20 oldalas pdf a Transzformátorokról, ide azt írtam le, amit én kiválasztanék belőle a zh-kérdéshez.

Mechanika. Kinematika

Számítási feladatok megoldással a 6. fejezethez

Átírás:

Tevékenység: Rajzolja le az áram- és a forgórészfluxus összetevőit, az aszinkron motor mezőorientált szabályozásának elvét. Jegyezze meg: - az áram- és a forgórészfluxus α és β irányú összetevőit, - az állórész feszültségegyenletéta ψ r forgórészfluxushoz rögzített koordinátarendszerben, - a feszültségegyenletet szétbontását α és β irányú összetevőkre, - az álló-, és forgórészfluxus amplitúdójának számítási módját, - az álló koordinátarendszerből a mért i x és i y áramok átszámítását a forgórészfluxushoz rögzítettbe, - a derékszögű koordinátarendszerbeli komponensekből a fázisfeszültségeinek alapjeleinek számítását, - az egyszerű mezőorientált szabályozás hátrányait. Aszinkron motorok mezőorientált szabályozása Bizonyos hasonlatosság állítható fel az egyenáramú motorral a szabályozás terén, ha a forgórészfluxushoz rögzített koordinátarendszerben a motor i áramát felbontjuk két összetevőre, és ezeket külön szabályozzuk, 1. ábra. Ebben az esetben a forgórészfluxus irányába eső összetevő ezt a mennyiséget határozza meg, míg az arra az irányra merőleges összetevő a motor nyomatékát. 1. ábra: az áram- és a forgórészfluxus összetevői Az ábrán x-y-nal az álló koordinátarendszer tengelyeit, α-β-val a rotorfluxushoz rögzített koordinátarendszert jelöljük. ρ a koordinátarendszerek közti szög.a forgórészhez rögzített koordinátarendszerre a szinkron gépeknél van szükség, d-q jelöléssel. A vastagon írt betűk a későbbiekben is vektorok. A rotor- vagy forgórészfluxus szögsebessége, mivel azt az állórészben keringő mágneses tér hozza létre, azonos az állórész forgó mágneses terének sebességével az állórészhez viszonyítva, azaz maga a szinkron sebesség, függetlenül a rotor sebességétől. A feszültséginverteres hajtásoknál közvetlenül a motorra adott feszültséget tudjuk szabályozni, és az áram a terheléstől és a motor impedanciájától fog függeni.

Az állórész feszültségegyenlete az alábbi alakú lesz egy olyan koordinátarendszerben, melynek valós tengelyét a ψ r forgórészfluxushoz rögzítjük: u= ir+ dψ/dt+ jω 1 ψ. Itt - ω 1 a ψ r forgórészfluxushoz rögzített koordinátarendszer szögsebessége, amely, mint említettük, megegyezik az állórészáram körfrekvenciájával, - ψ az állórészfluxus. Ha a ψ = ψ r + il egyenletet, ahol L a tranziens induktivitás, beírjuk az előző egyenletbe, az alábbi összefüggést nyerjük: u= ir + L di/dt + dψ r /dt + jω 1 ψ r + jω 1 il. Jó közelítéssel a forgórészfluxus csak alapharmonikust tartalmaz, 1 index-szel, így írható: ψ r ψ r1. Ha ezt az egyenletet szétbontjuk α és β irányú összetevőkre: u α = i α R + L di α /dt - i β ω 1 L + dψ r1 /dt u β = i β R + L di β /dt - i α ω 1 L + ω 1 ψ r1. Az egyenletekből láthatóan azok nem függetlenek egymástól, mert az α irányú egyenlet β-, és fordítva, a β irányú α összetevőket is tartalmaz. Emiatt a ψ r1 fluxus változtatásakor változtatni kell az u α és u β feszültségeket is, továbbá meg kell ezt tenni a nyomaték változtatásakor is. Ezeknek a keresztirányú tagoknak a nagysága 5-20 % közt változhat, ami már nem hanyagolható el. A feszültséginverteres hajtás mezőorientált szabályozásának egy lehetséges blokkvázlata látható az alábbi, 2. ábrán:

2. ábra: aszinkron motor mezőorientált szabályozásának elve Mérendők a motor u feszültsége és i árama, közelebbről ezek összetevői. Ezekből egy számító egység álló koordinátarendszerben értelmezve kiszámítja az állórészfluxus összetevőit: ψ = ψ x + j ψ y = u-irdt + ψ 0, majd a forgórészfluxus összetevőit: ψ rx = ψ x - i x L, és ψ ry = ψ y - i y L. A forgórészfluxus amplitúdója : ψ r1 = ((ψ rx ) 2 + (ψ ry ) 2 ). Továbbá meghatározandók a koordináta-transzformációkhoz szükséges függvények is: cos ρ = ψ rx / ψ r1, és sin ρ = ψ ry / ψ r1, itt ρ két koordinátarendszer közti szög. Az álló koordinátarendszerből a mért i x és i y áramokat át kell számítani a forgórészfluxushoz rögzítettbe. Mivel i α,β = i x,y e -j ρ, írható, hogy i α = i x cos ρ + i y sin ρ, és i β = i y cos ρ - i x sin ρ.

A szabályozási megoldás két szabályozókört tartalmaz, az egyik a szögsebességet, a másik a forgórészfluxust szabályozza. A külső alapjel az ω a sebesség, amely a fordulatszámszabályozó bemenetére hat. A fluxusszabályozó alapjele az aktuális, tényleges fordulatszám, melynek függvényeként képezzük a ψ r forgórészfluxus ψ ra alapjelét, a hatásvázlat bal alsó sarkánál. A fordulatszám-szabályozó a nyomatékalapjelet állítja elő, baloldalt fent, amelyből az i β áramösszetevő kívánt értéke a nyomaték- és fluxusalapjelekből kapható meg: i βa = m a / ψ r1. - Az i β áramszabályozó kimenete az ábrán az u β * feszültségjel lesz. Az ábrán szaggatott vonal jelzi az egyes összetevők kölcsönhatását, a fentebb említett kereszthatások következményeit. A jelek bekötése a szaggatott vonal szerint megszünteti a kölcsönhatást, míg ha nem kötjük be azokat, a szabályozás minőségi jellemzői romlani fognak. Példaként, a fordulatszám változtatáskor szükséges u α úgy jön létre, hogy ilyenkor a ψ r forgórészfluxus átmenetileg kissé változik, és a szabályozója fogja kikényszeríteni az u α szükséges változását. Ez a hatás lesz kiküszöbölhető azáltal, hogy az i βa ω 1 L ú.n. kompenzációs összetevővel állítjuk elő az u α ilyen esetekben szükséges változtatását. Az u xa és az u ya alapjelek értékeit, amelyek a motor alapharmonikus feszültségét írják elő amplitúdóra, frekvenciára és fázishelyzetre, az álló koordinátarendszerbe történő átszámítás után kapjuk. A két derékszögű koordinátarendszerbeli komponensből a háromfázisú vektorok számítási módja szerint kapjuk a fázisfeszültségek alapjeleit: u aa = u xa, u ba = - (1/2 ) u xa + (( 3)/2 )( u ya ), u ca = - (1/2 ) u xa - (( 3)/2 )( u ya ). A mezőorientált szabályozás kivitelezéséhez néhány motorparaméter ismerete szükséges, így R, L és L r aktuális értékeinek ismerete, ami a jelentős hőmérsékletváltozások miatt nem egyszerű. Továbbá a forgórészfluxus számértékének előállítása sem problémamentes, elsősorban az integrálás miatt, amelynek pontos végrehajtása főként kis frekvenciákon jelent gondot. Az R ellenállás értékét kell pontosan ismerni, mert kis frekvenciákon a hatása jelentős. Ennek következtében a fenti ábrán bemutatott mezőorientált szabályozás főként a 10 Hz feletti frekvencia-, illetve sebességtartományban ad jó eredményt. A pontosabb eredményt adó szabályozásokat különféle megközelítésekkel javították, többek között úgy, hogy a rotorfluxus értékét egy modell segítségével állítják elő, amelynek szintén gyenge pontja a melegedések miatti időállandó-változások jó becslése. Mindezek, és más, itt nem említettek miatt a mezőorientált szabályozások igen sokféle részmegoldással dolgoznak, némelyikük jelentős matematikai apparátussal operálva. Továbbiakban az irodalomra utalunk. MATLAB-szimulációs lehetőségek aszinkron motoros hajtások vizsgálatára

Az alábbiakban bemutatjuk egy MATLAB programban modellezett 147 kw teljesítményű aszinkron motoros hajtás modelljének felépítését, rendszertechnikáját és néhány szimulációs futtatási eredmény-ábráját. A 3. ábrán a tápegység, a sebesség-alapjel és a tehelőnyomaték beírásának blokkjai, egy nyomatékszabályozásra is alkalmas motorirányítási blokk és a mérőrendszer blokkjai a fontosabbak. 3. ábra. A MATLAB programban modellezett 147,06 kw teljesítményű aszinkron motoros hajtás fő ábrája A hajtás fő ábrájának kinyitása után látható a modell struktúrája: a háromfázisú egyenirányító és a szaggatós fékkapcsolás, a háromfázisú inverter, a modell mérőegysége, végül az aszinkron motor, 4. ábra.

4.ábra. A modellezett aszinkron motoros hajtás struktúrája: lent a háromfázisú egyenirányító és a szaggatós fékkapcsolás, a háromfázisú inverter, a modell mérőegysége, végül az aszinkron motor, fent a sebességszabályozó, középen az áramvektor-szabályozó Az aszinkron motor adatlapja könyvtárból választható motor adatokkal is kitölthető, de bármely más motor adatai is beírhatóak, 5. ábra. 5.ábra. Az aszinkron motor adatlapja A modell felépítése itt is lehetővé teszi, hogy egyes mérőműszereket utólag is beköthessünk, 6.ábra. 6. ábra. A modell mérőblokkja az utólag beillesztett oszcilloszkóppal az egyes fázisáramok időfüggvényeinek rajzoltatásához

A modell sebességszabályozójának felépítési elve követhető az alábbi, 7. ábrán. 7. ábra. A MATLAB-programban alkalmazott aszinkron motoros hajtás sebességszabályozásának elvi vázlata Egy adott fordulatszám- és nyomaték-alapjellel dolgozó szabályozás főbb időfüggvényei láthatóak a 8. ábrán, a 0-3 s tartományban. A két egymást követő ábracsoportból a második az elsőnek kibővítése, 8. ábra és 9. ábra. 8. ábra. Egy adott fordulatszám- és nyomaték-alapjellel dolgozó szabályozás főbb időfüggvényei a 0-3 s tartományban. Fentről lefelé: egy fázisáram-, fordulatszám-, kifejtett elektromágneses nyomaték, valamint az egyenáramú kör feszültségszintje

9. ábra. Az előző ábrasor bővítése a három fázisáram időfüggvényeivel. A kék jelű a fázisáram itt megismétlődik Néhány kinagyított részlet figyelhető meg és elemezhető a következő két, egymást követő 10. és 11. ábrákon. 10. ábra. Az előző ábra kinagyított részlete a 0,45-0,93 s időtartamban.

11. ábra. Az előző kinagyított részlet a 0,45-0,93 s időtartamban, az egyes fázisáramok időfüggvényeivel bővítve. A 12. és 13. ábrák a 2-2,75 s közti tartományt, a fázisáramokkal bővítve mutatják. 12. ábra. A 2-2,75 s közti tartomány részletesebb ábrázolása

13. ábra. A 2-2,75 s közti tartományrészletesebb ábrázolása, a fázisáramokkal bővítve Az egyik legfontosabb megfigyelést a következő, 14. ábrán tehetjük. Ismeretes, hogy az aszinkron motor nyomatékot kifejteni csak a szlip fennállása estén képes, és ez a motor álló esetében is igaz, ha a tengelyen ható terhelőnyomaték ellen-tartását várjuk. Kötélen tartott tehernél, vagy emelkedőben álló villamos hajtású járműnél, mechanikai fék alkalmazása nélkül ezek a normális üzem részei. Az alábbi, 14. ábrán az álló, de kívülről nyomatékkal terhelt motor ábracsoportja tekinthető meg, felfutó-, állandó-, majd zérusra csökkentett sebesség mellett. A felső diagram egyik fázis árama, amely a szlip-frekvenciával állítja elő a lassan forgó mágneses teret, míg alatta a már megállt motor zérus rotor-sebességű görberészlete látható.

14. ábra. Az 1 s-nál beírt új, zérus sebességet előíró alapjel hatásai, a szlip fenntartása A zérus sebességet előíró alapjel a megállás után állva tartatja a forgórészt annak ellenére, hogy kívülről 972 Nm értékű, de negatív előjelű terhelőnyomaték hat. Ez utóbbi tovább forgatná a motort, mintha egy lejtőben megállt aszinkron motoros hajtású városi villamoskocsi nem a mechanikus fékjével, hanem a motor villamos nyomatékával maradna egyhelyben. Jól megfigyelhető a felső ábrán a t=1,6 s-tól az állórész-áram kis frekvenciája az álló rotornál, amikor a sebességszabályozó a motor működéséhez a szlipet, sebességkülönbséget a mágneses tér forgásának fenntartásával biztosítja. A leolvasható periódusidő T=1,4 s, ebből a frekvencia f=1/t= 0,7 Hz, a körfrekvencia ω= 2πf= 4,396 rad/s, ez n=41,98 f/p fordulatszámnak felel meg. Ekkora a mágneses tér forgási sebessége az állórészben a 972 Nm nyomatékkal terhelt forgórész állva tartásakor. Gyakorlatilag ez a szükséges fordulatszám-különbség értéke egy adott nyomaték kifejtésekor. A további 15. ábrán egy tranziens esete látható, amelyben negatív előjelű terhelőnyomatékot jelentkeztettünk. Megfigyelhető a sebességszabályozás reagálása.

15. ábra. A sebsségalapjelnek megfelelően csökkenő fordulatszám kialakulását az 1,5 s-nál megzavarja a negatív előjelű terhelőnyomaték jelentkezése, amely most gyorsítja a forgórészt. Ezt jelzi az 1,5 s időponttól emelkedő kék sebességvonal, amely a zöld jelű, az alapjellel előírt időfüggvényt elhagyja. A sebességszabályozó reagálása következtében az állórészáram megnő, a motornyomaték gyorsan csökken, negatív előjelűvé válik, és generátoros üzemű állapot jön létre, amely a közbenső egyenáramú kör feszültségét is megemeli. A rotor sebessége ismét csökken, megkezdődik a megállás folyamata, amelyben az állvatartáshoz szükséges nyomatékot már motoros nyomatékként állítja majd be a szabályozó, a fentebb már leírtak szerint. A 16. ábrán egy végeselemes eljárással számolt indukcióeloszlás helyi értékei láthatóak. 16. ábra. Az indukcióeloszlás helyi értékei egy négypólusú aszinkron motor álló- és forgórész vastestében, névleges áramnál és névleges sebességen.