UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Dejan PEJČIĆ PRVI ZAGON FREKVENČNO VODENEGA ELEKTROMOTORNEGA POGONA Diplomsko delo visokošolskega strokov

Transkripcija

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Dejan PEJČIĆ PRVI ZAGON FREKVENČNO VODENEGA ELEKTROMOTORNEGA POGONA visokošolskega strokovnega študijskega programa Strojništvo Maribor, avgust 2016

2 PRVI ZAGON FREKVENČNO VODENEGA ELEKTROMOTORNEGA POGONA Študent: Študijski program: Smer: Dejan PEJČIĆ Visokošolski strokovni študijski program Strojništvo Konstrukterstvo in gradnja strojev Mentor: Somentor: doc. dr. Mitja KASTREVC red. prof. dr. Nenad GUBELJAK Maribor, avgust 2016

3 I Z J A V A Podpisani, izjavljam, da: je diplomsko delo rezultat lastnega raziskovalnega dela, da je predloženo delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli izobrazbe po študijskem programu druge fakultete ali univerze, da so rezultati korektno navedeni, da nisem kršil-a avtorskih pravic in intelektualne lastnine drugih, da soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet ter Digitalni knjižnici Univerze v Mariboru, v skladu z Izjavo o istovetnosti tiskane in elektronske verzije zaključnega dela. Maribor, Podpis: II

4 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Mitja Kastrevc in (so)mentorju red. prof. dr. Nenad Gubeljak za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Še posebej se zahvaljujem svoji družini za podporo. III

5 PRVI ZAGON FREKVENČNO VODENEGA ELEKTROMOTORNEGA POGONA Ključne besede: Asinhronski motor, frekvenčni pretvornik, EMERSON, Commander SKB UDK: : (043.2) POVZETEK V tej nalogi je namen izdelati navodila za povezavo asinhronskega motorja s frekvenčnim pretvornikom. je sestavljeno iz treh delov. V prvem delu je opisan asinhronski motor, v drugem delu se pobližje spoznamo z frekvenčnim pretvornikom v tretjem pa predstavimo praktični preizkus z že izbrano opremo. Navodila so izdelana za bodoče študente strojništva, da bi lahko tudi sami poskusili izvesti prvi zagon, torej praktično povezati in zagnati asinhronski motor z uporabo frekvenčnega pretvornika. IV

6 THE INITIAL START OF A FREQUENCY CONTROLED ELECTRIC MOTOR Key words: Asynchronous motor, frequency converter, EMERSON, Commander SKB UDK: : (043.2) ABSTRACT The purpose of this work is to create a simple guide for the connection of an electric motor drive to a frequency controller. The work consists of three parts. In the first one there is a description of an asynchronous motor drive. In the second one we get to know what a frequency controller really is and in the third part we present the practical test with a selection of on the spot available equipment. The guide is designed for coming students of Mechanical Engineering, so they can also try to perform the connection and the initial start of a frequency controlled electric motor drive. V

7 KAZALO 1 UVOD Opis problema in opredelitev diplomskega dela Namen, cilji in teze ASINHRONSKI MOTOR Iznajdba in prvi pojav asinhronskega stroja Splošno o asinhronskem motorju Razlogi za izbiro asinhronskega motorja Zgradba asinhronskega motorja Rotor s kratkostično kletko Delovanje 3-faznega asinhronskega motorja Slip Vpliv frekvence KRMILJENJE ASINHRONSKEGA MOTORJA Zagon asinhronskega motorja Nastavljanje vrtilne hitrosti Spreminjanje omrežne frekvence f Spreminjanje števila polovih parov p Zaviranje asinhronskega motorja Zaviranje z nasprotnim tokom Generatorsko zaviranje Uporovno zaviranje MATEMATIČNE OSNOVE IN IZRAČUN PARAMETROV Heylandov diagram Močnostna bilanca asinhronskega motorja Vrtilni moment asinhronskega motorja Momentna karakteristika Preizkus prostega teka Preizkus kratkega stika ZAŠČITA IN VZDRŽEVANJE AM VI

8 5.1 Zaščita Vzdrževanje FREKVENČNI PRETVORNIK Kaj je in čemu služi Zgradba in delovanje Zmogljivost Regulacija smeri vrtenja motorja Regulacija hitrosti pri paralelno vezanih AM EMC filter Dušenje neprijetnega piska Izbira frekvenčnega pretvornika Načini delovanja Tiristorska izvedba FP Sodobna izvedba FP Način vodenja AM s FP Skalarno frekvenčno vodenje Vektorsko vodenje PRAKTIČNI DEL DIPLOMSKEGA DELA Tehnične specifikacije in opis strojnih delov uporabljenih v diplomskem delu Specifikacije AM Tehnične specifikacije FP za Commander SK (izbira FP glede na AM) Izbira kablov Fizična vzpostavitev povezave sklopa AM-FM Fizična vzpostavitev povezave FM-osebni računalnik Vnos podatkov AM v FP preko parametrov menija ZAKLJUČEK SEZNAM UPORABLJENIH VIROV PRILOGE VII

9 KAZALO SLIK Slika 2.1: Model prvega Teslinega indukcijskega motorja [2] Slika 2.2: Shematski prikaz prereza statorja in rotorja v sklopu [4] Slika 2.3: Rotor z dvojno kratkostično kletko (levo), rotor s poglobljenimi utori (desno) [5] Slika 2.4: Shematski prikaz rotorja v delnem prerezu [6] Slika 2.5: Razširjen prikaz sestavnih delov AM s kratkostično kletko proizvajalca SEW Eurodrive [7] Slika 2.6: Momentna karakteristika pri različnih napetostih [9] Slika 2.7: Momentna karakteristika pri različnih frekvencah [10] Slika 3.1:Shematski prikaz vezave avtotransformatorja z AM [11] Slika 3.2: Frekvenčni pretvornik EMERSON, Commander SK Slika 3.3: Prikaz polovnih delitev [3] Slika 3.4: Statorsko navitje vezano v trikot z dvojnim številom polov (levo), statorsko navitje vezano v dvojno zvezdo z enojnim številom polov (desno) [12] Slika 3.5: Shema generatorskega zaviranja na omrežju [13] Slika 3.6: Shema uporovnega zaviranja [13] Slika 4.1: Primer izrisa Heylandov-ega kroga [44] Slika 4.2: Grafični prikaz poteka močnostne bilance AM [5] Slika 4.3: Momentna karakteristika asinhronskega motorja [5] Slika 4.4: Merilna vezava instrumentov pri preizkusu prostega teka [14] Slika 4.5: Merilna vezava instrumentov pri preizkusu kratkega stika [14] Slika 5.1:Termistorski rele znamke ABB, za zaščito AM pred pregretjem [15] Slika 6.1: FP Commander SK z odstranjenim pokrovom [17] Slika 6.2: FP Commander SK različnih velikosti [18] Slika 6.3: Blokovni režim delovanja [19] Slika 6.4: Režim s PWM modulacijo [19] Slika 6.5: Režim s sinusno modulacijo [19] Slika 6.6: Primer frekvenčnega spektra pri sinusni PWM modulaciji izhodne napetosti [19] Slika 6.7: Shema sodobnega FP [19] Slika 7.1: Uporabljen AM Slika 7.2: Uporabljen FP, EMERSON Commander SK VIII

10 Slika 7.3: Imenska tablica AM Slika 7.4: Tehnični podatki uporabljenega FP Slika 7.5: Razlaga pomena označb uporabljenega FP Slika 7.6: Levo je kabel za povezavo FP z trifaznim električnim omrežjem, desno pa kabel za povezavo FP z AM Slika 7.7: UTP kabel Slika 7.8: USB v RS485 konverter Slika 7.9: Konektor s podatki Slika 7.10: Potenciometer (levo), stikalo vklop/izklop (desno) Slika 7.11: Prikaz vseh priključkov za priklop FP z AM in omrežjem [21] Slika 7.12: Vezava kablov na FP Slika 7.13: Prikaz vezave AM-FP Slika 7.14: Levo vezava USB v RS485 konverter z adapter RS485, desno razporeditev pinov za moški in ženski RJ - 45 priključek na UTP kabel Slika 7.15: Shema logične tipkovnice in način upravljanja [21] IX

11 KAZALO TABEL Tabela 2.1: Tabela s pojasnili označenih delov na sliki 3.4 [7] Tabela 3.1: Primerjava zagona v trikot in zagona v zvezdo [3] Tabela 4.1: Enačbe za izračun fizikalnih količin [5] Tabela 5.1: Vzdrževanje asinhronskih motorjev [7] X

12 1 UVOD 1.1 Opis problema in opredelitev diplomskega dela Asinhronski oziroma indukcijski motor (to poimenovanje uporabljajo predvsem v anglosaškem okolju) predstavlja najpogostejši pogonski stroj uporabljen v industrijskem okolju. Zaradi enostavne izvedbe (predvsem delovanje brez krtačk) in enostavnega vzdrževanja je njegova uporabnost zelo velika. Pomanjkljivosti, kot so veliki zagonski tokovi, predvsem pa oteženo nastavljanje vrtilne hitrosti, so bile do pred desetletjem glavna ovira za njegovo še večjo uporabnost. Prav razvoj močnostne elektronike pa je prinesel tudi možnost, ki jo danes poznamo kot nastavljanje vrtilne hitrosti s spremenljivo frekvenco. S tem je bilo možno rešiti ne le zvezno nastavljanje vrtilne hitrosti, temveč tudi nadzorovati tok in navormoment. Razvoj elektronike je torej omogočil rešitev z uporabo naprave poimenovane frekvenčni pretvornik. Slednji so omogočili tako zvezno nastavljanje vrtilne hitrosti, kot samo uporabo motorjev v zaprto-zančnih sistemih. Za pravilno uporabo frekvenčno vodenega motorja so potrebna dodatna znanja, ki omogočajo dodatno razširitev uporabnosti asinhronskih motorjev. Poznavanje samega sklopa frekvenčni pretvornik - asinhronski motor je zato še toliko pomembneje, ne zgolj za specialiste, ki se ukvarjajo z regulacijami, temveč tudi za konstrukterje naprav. Slednji bolje poznajo same pogoje in potrebe vgrajenega elektromotorja in imajo najpogosteje strojniško izobrazbo. Zato je zelo pomembno, da je njihovo znanje na področju uporabe tovrstnih komponent dovolj dobro, da znajo pravilno izbrati ter uporabiti takšne pogone, zavedajoč se njihovih omejitev. Kljub sodobnim pristopom se v praksi pogosto izkaže, da je nepoznavanje prav teh skupnih področij šibka točka, saj zaradi problematičnih mehanskih delov samega elektromotorja te pogone najpogosteje vzdržujejo prav tisti s strojniško izobrazbo. Navedeno v praksi pomeni, da se vloga konstrukterja nekega stroja ne konča zgolj ob dodelavi projektne dokumentacije, temveč, da je sposoben sam izbor komponent stroja tudi v praksi nadzirati ob izdelavi prototipa oziroma ob pričetku serijske proizvodnje stroja. Zelo pomemben je prvi zagon stroja, ki narekuje tudi predhodne korake, kot so preizkus pogonskega agregata in s tem tudi njegovega prvega zagona brez in z bremenom. Vse to nalaga dodatne zahteve, ki predstavljajo tudi razširitev dokumentacije z vključenimi pravili varne uporabe ter navodila za vzdrževanje vseh strojnih delov in popravilo le teh. Zato je - 1 -

13 prisotnost pri prvem zagonu elektromotornega pogona ključna tudi za zagotovitev nemotenega delovanja in odpravi napak že v začetni fazi. V nalogi se prav posebej posvečamo problemu pomankanja dovolj pregledne in predvsem enostavne poti, ki bi omogočila preglednost uporabe tovrstnih pogonov s ciljem preprečitve dodatnih nevšečnosti, kot posledice slabega projektiranja (napačna izbira) ali nepravilne vgradnje. Prav univerzalnost določenih poklicev predstavlja dodatno oviro, ki jo sam razvoj sodobnih naprav ni zajel in je tudi ne upošteva. Z diplomskim delom želim prikazati, da je za pravilno uporabo, pa tudi za lažjo diagnostiko potrebno pripraviti ustrezna navodila, ki zgolj pomagajo in ne posegajo v kompetence posameznih poklicev

14 1.2 Namen, cilji in teze Namen diplomskega dela je pripraviti navodila za pravilno izbiro in delovanje elektromotornega pogona nadgrajenega s frekvenčnim pretvornikom. Pri tem je seveda predpogoj obvezno poznavanje asinhronskega motorja in frekvenčnega pretvornika. V tej nalogi je v prvem delu na kratko opisan asinhronski motor, kateri se v praksi največkrat uporablja, v drugem delu sledi opis frekvenčnih pretvornikov ter preizkus trifaznega asinhronskega motorja s kratkostično kletko, vodenega z frekvenčnim pretvornikom Commander SK. Preizkuse sem izvedel v laboratoriju, v prostorih Fakultete za strojništvo v Mariboru, kjer je na voljo elektromotorni pogon z primernim frekvenčnim pretvornikom in že izdelana ustrezna instalacija za izvedbo praktičnega dela naloge. Pri izračunih in preverjanju zmožnosti delovanja posameznih segmentov in celotnega sklopa smo uporabili potrebna orodja in programsko opremo, ki je standardno dodana frekvenčnim pretvornikom. Cilj diplomskega dela je izdelati potrebno dokumentacijo za varen priklop asinhronskega motorja na frekvenčni pretvornik, pri tem izvesti sam priklop motorja po izdelani dokumentaciji in zaključek s priporočili za izvedbo nadgradnje podobnih pogonskih agregatov. V delu bi rad poudaril pomembno vlogo strojnika pri reševanju problema z zagonom asinhronskega motorja. V nalogi bom izpostavil probleme, ki se lahko pojavljajo in kako jih rešiti. Menim, da je poznavanje krmiljenja in prvega zagona asinhronskega motorja v strojni stroki šibko in ga je potrebno podkrepiti z več znanja. S tem delom bi želel pomagati tako strojnikom, kateri se s tem problemom srečujejo v praksi in prav tako tudi tistim, kateri se bodo s tem problemom šele srečali. Pomen varnega in pravilnega dela s pogonskimi agregati je ključno za razvoj pogonske tehnike in predvsem za varno delo

15 2 ASINHRONSKI MOTOR 2.1 Iznajdba in prvi pojav asinhronskega stroja V praksi poznamo več vrst motorjev. Med prvimi so se pojavili enosmerni motorji, nato je temu sledil razvoj elektromotorjev na izmenični tok. Začetki tega segajo v leto 1882, kjer je Nikola Tesla razvil indukcijski ali asinhronski motor po ideji rotacijskega magnetnega polja razvitega leta 1824 po zaslugi fizika Francoisa Araga. Na sliki 2.1 je prikazan model Teslinega indukcijskega motorja, ki se nahaja v muzeju v Beogradu. Ideja delovanja motorja se je obdržala vse do danes in se z leti izpopolnjevala, tako je npr. k temu leta 1889 prispeval tudi Mikhail Dolivo-Dobrovolsky z izumom kletke za asinhronski motor, s čimer se je uporabnost le tega zaradi enostavnosti izvedbe še bolj povečala in ohranila do današnjega časa. [1] Slika 2.1: Model prvega Teslinega indukcijskega motorja [2] - 4 -

16 2.2 Splošno o asinhronskem motorju Asinhronski motor (AM) - beseda asinhron izvira iz grščine in pomeni nesinhrono oziroma časovno neusklajeno, ta naziv je pridobil zaradi časovnega zamika pri vklopu na električno omrežje, saj se rotor vrti počasneje kot vrtilno magnetno polje. Za AM bi lahko rekli, da so v nekaterih lastnostih podobni transformatorjem. Na prvi pogled ima AM podobnost ostalim motorjem, ki so gnani na izmenični tokokrog. Po sami funkcionalnosti in delovanju pa se tu pojavijo bistvene razlike, ki omogočajo uporabnikom AM širok spekter izbire le tega. Posamezni segmenti, ki sestavljajo sklop motorja se bistveno ne razlikujejo od ostalih motorjev. Srečujemo jih lahko za pogon velikih in srednje velikih obremenitev, pogosto so pa tudi uporabljeni v gospodinjskih aparatih. 2.3 Razlogi za izbiro asinhronskega motorja V današnjem času se vse več uporabljajo AM. Na izbiro imamo širok spekter ponudb teh motorjev na tržišču. Uporabljajo se lahko prav tako v industrijskih panogah, kot tudi v malih gospodinjstvih. Groba ločnica med AM je lahko po moči: za uporabo do cca. 2 kw lahko uporabimo enofazne motorje (moč sicer lahko variira, bodisi od proizvajalca motorjev). Ti motorji se pojavljajo predvsem v gospodinjstvih. za večje moči pa uporabljamo trifazne motorje, na katere je priklopljen frekvenčni pretvornik (FP). V večini se uporabljajo trifazni motorji (tudi za manjše moči), saj je izvedba cenejša, bolj varna ter bolj kvalitetno obratovanje. Zato bodo v tem diplomskem delu kvečjemu le opisani trifazni AM, prav tako smo se v tudi laboratoriju posluževali s tem motorjem. Zaradi enostavnosti izvedbe je uveljavitev AM na tržišču v porastu, saj temu tudi sledi nizka cena. V vezavi s FP lahko prihranimo tudi pri strošku električne energije. Prav tako pa so se izkazali kot zanesljivi stroji med obratovanjem ter nizko stroškovni za vzdrževanje. Njihova prednost je tudi v tem, da lahko kratkotrajno prenesejo tudi večje mehanske preobremenitve. V večini primerov je to trikratnik nazivne obremenitve, v posebnih izvedbah lahko premorejo prav tako večje preobremenitve. V našem diplomskem delu smo se osredotočili na trifazni AM, katerega imamo na razpolago v laboratoriju Tehniške fakultete Maribor

17 2.4 Zgradba asinhronskega motorja AM je sestavljen iz mirujočega dela stator in rotirajočega dela rotor. Stator je izdelan v obliki votlega valja, kateri je sestavljen iz stisnjenih lamel. Lamele so izdelane iz dinamopločevine, ki so med seboj izolirane s tankim papirjem, lahko pa tudi lakirane z izolacijskim lakom, na sliki 2.2 označeno kot lameliran statorski sklop. Le te zmanjšujejo izgube, saj preprečujejo, da bi se razvili vrtinčni tokovi. Pritrjene so z vijaki na ohišje iz jeklene litine ali pa silumina (aluminijeva zlitina). V notranjem robu so izsekani utori med seboj zamaknjeni za kot 120º, na sliki 2.2 je razviden več utorni motor. V te utore so nameščena bakrena navitja, za vsako fazo pa eno navitje (primer za najenostavnejšo konstrukcijo). Stator ima v splošnem različno število faznih navitij od števila faznih navitij rotorja. [3] Slika 2.2: Shematski prikaz prereza statorja in rotorja v sklopu [4] Žičke oziroma konci od teh navitij so speljani do omarice na motorju, kjer se nato povežejo na trifazno električno omrežje. Ohišje motorja je ulitek z rebri, katera služijo boljšemu odvajanju toplote. Na robu ohišja je še po navadi prostor za vgradnjo ventilatorjev, kateri je pritrjen na os rotorja motorja. Na ohišju sta še prostora na sprednji in zadnji čelni strani za ležaje rotorske osi. Rotor se nahaja»v«statorju in je valjaste oblike ter se mu prilega. Med statorjem in rotorjem se nahaja zračna reža δ (slika 2.2), ta reža znaša nekaj desetink milimetra

18 Konstrukcijske izvedbe rotorja so različne in tako tudi podajajo različne lastnosti ter pogoje delovanja motorja. Ne glede kakšno imamo konstrukcijsko izvedbo, rotorju nikoli ne dovajamo električnega toka. V osnovi poznamo tri najpogosteje uporabljene izvedbe, ki se razlikujejo po obliki zgradbe rotorja, te pa se lahko še nadaljnje delijo in s tem povečajo možnosti večje izbire AM z upoštevanjem obratovalnih pogojev in lastnosti gnanih strojev. Po zgradbi rotorja se delijo na rotor z drsnimi obroči, rotor s kratkostično kletko in na masiven rotor (brez navitja in utorov). V nadaljevanju bom opisal le rotor s kratkostično kletko, ki je najpogosteje v uporabi in smo ga uporabili pri praktičnem delu naloge. [5] 2.5 Rotor s kratkostično kletko Na osi motorja so nameščene lamelirane pločevine iz železa z enako funkcijsko vlogo kot pri statorju. V lamelah so izsekanimi utori in se nahajajo po zunanjem obodu. Skozi te utore so vstavljene rotorske palice iz bakra - za večje stroje ali ulitek iz aluminijeve litine - za manjše stroje. Na sliki 2.3 so prikazane oblike utorov, ki se v grobem delita na dva načina: Slika 2.3: Rotor z dvojno kratkostično kletko (levo), rotor s poglobljenimi utori (desno) [5] Pri rotorju z dvojno kratkostično kletko, kot je razvidno s slike 2.3 levo, je presek zunanje kletke manjši in izdelan iz materiala, kateri ima boljšo specifično upornost. Zaradi tega je zakonski tok manjši, vrtilni moment pa celo večji. Med obratovanjem na nazivni vrtilni hitrosti se rotorski tok porazdeli na obe kletki. Za manjše motorje uporabimo poglobljene utore različnih prerezov, kot prikazuje slika 2.3 desno zgoraj, le ta ima enake lastnosti kot zgoraj opisani rotor z dvojno kratkostično kletko

19 Med lamelami in palicami ni potrebna nobena izolacija. Na koncu palic oziroma na čelnih straneh tega lameliranega sklopa sta dva kratkostična obroča in vežeta ta sklop v kratkostično kletko valjaste oblike, glej sliko 2.4. Na kratkostičnih obročih so palice diametralno nasprotno med seboj povezane v tokovne zanke. Število teh zank je enako številu faz, zato je rotor s kratkostično kletko večfazen. Prav tako so pogostokrat na teh čelnih straneh ulita krilca za prezračevanje motorja. V tem primeru ni potrebe po dodatnem ventilatorju. Ker rotorji nimajo točno določenega števila polovih parov, imajo zmožnost delovanja pri delovnih strojih, kateri imajo stator z drugačnim številom polovih parov. V primerjavi rotorja s kratkostično kletko in rotorja z drsnimi obroči, se le ta razlikuje po enostavnosti zgradbe, s tem, da ne moremo na motor s kratkostično kletko priključiti zunanjih upornosti za zmanjševanje rotorskega toka oziroma nastavljati vrtilne hitrosti, kar pa, kot smo že povedali, lahko reguliramo s FP. [5] Slika 2.4: Shematski prikaz rotorja v delnem prerezu [6] - 8 -

20 Na sliki 2.5 je prikazano, kako je v splošnem AM zgrajen. Ta oblika sestave je najpogosteje uporabljena v industriji in ima lahko velik razpon moči ter s tem posledično tudi velikost samega motorja. Lahko se razlikujejo po zunanjem izgledu, vendar osnovni deli notranje zgradbe AM s kratkostično kletko ostajajo skorajda nespremenjeni. Za boljše razumevanje je sliki dodana tabela s pojasnili posameznih delov označenih na sliki 2.5. Slika 2.5: Razširjen prikaz sestavnih delov AM s kratkostično kletko proizvajalca SEW Eurodrive [7] - 9 -

21 1 Varovalni obroč 21 Tesnilni obroč 2 Krožničasta vzmet 22 Tesnilni obroč 3 Radialno oljno tesnilo za gred 23 Vijak uvodnice 4 Vijak uvodnice 24 Vijak uvodnice 5 Ščit prirobnice gredi 25 Priključna plošča 6 Varovalni obroč 26 Vijak z valjasto glavo 7 Kroglični ležaj z utori 27 Tesnilni obroč 8 Varovalni obroč 28 Pokrov priključne omare 9 Moznik 29 Vijak s šesterorobo glavo 10 Rotor, sestavljen 30 Vijak z valjasto glavo 11 Moznik 31 Vijak s šesterorobo glavo 12 Nilos obroč 32 Vzmetni obroč 13 Kroglični ležaj z utori 33 Vezna spojka 14 Izravnalni obroč 34 Ščitnik ležaja na nepogonskem delu 15 Šesteroroba matica 35 V obroč 16 Vzmetni obroč 36 Ventilator 17 Zatični vijak 37 Varovalni obroč 18 Stator, sestavljen 38 Kapa ventilatorja 19 Tesnilo 39 Vijak s šesterorobo glavo 20 Spodnji del priključne omare 40 Vijak s šesterorobo glavo (spojni vijak) Tabela 2.1: Tabela s pojasnili označenih delov na sliki 3.4 [7]

22 2.6 Delovanje 3-faznega asinhronskega motorja Za delovanje se bomo osredotočili na izvedbo motorja s kratkostično kletko, saj jih je največ v uporabi in prav tako uporabljen v tem diplomskem delu. Ko priklopimo 3 fazni AM na električno omrežje, se med statorjem na katerega je doveden tri-fazni el. tok in rotorjem na katerega ni doveden el. tok, ustvari vrtilno magnetno polje. Pri tem je vrtilna hitrost tega polja enaka omrežni frekvenci. Da se ustvari to vrtilno polje z magnetnimi silami, morajo biti na statorju fazna navitja med seboj zamaknjena za 120, kjer magnetne sile inducirajo napetosti v kratko-sklenjenih tuljavah rotorja in s tem poženejo kratkostične tokove. Ti kratkostični tokovi povzročijo v kombinaciji z gostoto vrtilnega magnetnega polja B sile, ki delujejo na vodnike rotorskega navitja in s tem nastane vrtilni moment, kateri zasuka rotor. Zaradi indukcije se ustvari elektromegnetna sila F, podana v enačbi 4.1: F = I (l B ) (4.1) F[N] I [A] l [m] B [T] elektro-magnetna sila električni tok dolžina vodnika navitja gostota magnetnega pretoka Nastanek sile in s tem posledično momenta je izveden z majhnim časovnim zamikom in ga imenujemo slip ali zdrs. Jakost sekundarnega navitja je odvisna od slipa, torej velikosti zaostajanja vrtilne hitrosti rotorja od sinhronske vrtilne hitrosti vrtilnega polja statorja. Ta podatek nam pove, da se z povečevanjem obremenitve povečuje tudi slip. [5] 2.7 Slip Kadar imamo sklenjeno vrtilno magnetno polje v statorskem navitju, se posledično inducira napetost v rotorskem navitju, zaradi česar deluje navor magnetnega polja na tokove, nastalih zaradi te napetosti. Ta navor ima enako smer kot je smer magnetnega polja. Da pride do nastanka te napetosti mora biti frekvenca vrtenja rotorja manjša od frekvence vrtenja magnetnega polja. Razlika teh frekvenc omogoči induciranje napetosti. Ta razlika se imenuje slip oz. zdrs in se po navadi izraža v procentih. Enačba 4.2 nam prikazuje kako lahko izračunamo slip

23 s = f S f R f S (100%) (4.2) s [%] f S [Hz] f R [Hz] slip frekvenca statorja frekvenca rotorja Slip nam torej pove relativno odstopanje od sinhronizma. Število vrtljajev motorja zaradi obremenitve pada, navor motorja pa je enak navoru obremenitve. Tudi pri praznem teku se zaradi trenja, ki predstavlja neko obremenitev motorja, pojavlja slip. Takšni motorji zmorejo kratkotrajno prenesti zelo velike preobremenitve; kar do 3 krat večje obremenitve od nazivne mehanske obremenitve, lahko pa še celo več pri motorjih posebnih izvedb. Z večanjem števila vrtljajev rotorja se relativna hitrost magnetnega polja manjša, tako kot inducirana napetost in tok v palicah. [5] 2.8 Vpliv frekvence Pri povečevanju frekvence magnetni pretok pada, seveda v primeru, da se pri tem ni spremenila napetost ali število ovojev. Prav tako velja obratno, da če se niža frekvenca se poveča magnetni pretok. To je razvidno iz naslednje enačbe 4.3: U = k N 1 Φ f (4.3) U [V] k N 1 [/] Φ [Wb] f [Hz] omrežna napetost konstanta število ovojev magnetni pretok omrežna frekvenca Takrat, ko je motor preobremenjen, sta obratovalna vrtilna hitrost in vrtilna hitrost praznega teka premo-sorazmerna večkratniku frekvence. Da bi želeli pri spremenjeni frekvenci spraviti magnetni pretok na pravilno vrednost, bi lahko to storili le s spreminjanjem števila ovojev. Lahko pa spreminjamo pritisno napetost v enakem sorazmerju kot se spreminja frekvenca in prav tako dobimo pravilni magnetni pretok.[8]

24 Na sliki 2.6 je razviden potek karakteristik momentov pri znižani napetosti, na sliki 2.7 pa karakteristika momentov pri različnih frekvencah. Slika 2.6: Momentna karakteristika pri različnih napetostih [9] Slika 2.7: Momentna karakteristika pri različnih frekvencah [10]

25 3 KRMILJENJE ASINHRONSKEGA MOTORJA 3.1 Zagon asinhronskega motorja AM lahko zaganjamo na štiri različne načine. Eden od načinov je zagon z direktnim zagonom, oziroma z direktnim priklopom na električno omrežje. Ko priklopimo AM na omrežje se prične vrtilno magnetno polje vrteti, število vrtljajev rotorja pa je enako nič. V tem primeru govorimo, da je motor v kratkem stiku, kar ustvari velik zagonski tok. Ta tok je veliko večji od nazivnega toka in povzroči padce napetosti v omrežju. Padci napetosti v omrežju pa so nezaželene motnje, ki vplivajo na ostale stroje. Direkten zagon lahko uporabljamo pri priklapljanju AM na električno omrežje manjših moči (do 5,5 kw). [3,5] Drugi način zagona, ki je najenostavnejši, je zagon s priklopnim stikalom zvezda-trikot. Te zagone uporabljamo pri motorjih za zagon manjših in srednjih moči. Pri tem zagonu motorja je šest koncev trifaznega statorskega navitja vezano v zvezdo in ima za 1 3 nižjo napetost. Posledično se zaradi tega zmanjšata tudi zagonski tok v navitju in vrtilni moment za tretjino vrednosti, kot pa v primeru, če bi vezali v trikot. Zaradi zmanjšanja vrtilnega momenta motor po navadi ne obremenimo in ga obremenimo šele po zagonu, ko preklopimo v trikot vezavo. Ta preklop moramo izvesti, ko se približamo nominalni vrtilni hitrosti, v primeru, da preklopimo prehitro, lahko pride do tokovnega udara, ki je podoben zagonskemu toku, kot pri prejšnjem poglavju opisanemu direktnemu zagonu. V tabeli 3.1 lahko vidimo razliko uporabljenih enačb za izračun fizikalnih količin med vezavo v trikot in vezavo v zvezdo. [3] Trikot Zvezda Napetost na faznem navitju U s = U U s = U 3 Tok v faznem navitju I Δ I Y = I Δ 3 Tok linije I LΔ = 3I Δ I LY = I Y = I Δ 3 = I LΔ 3 3 = 1 3 I LΔ Magnetni fluks Φ Δ Φ Y = Φ Δ 3 Magnetno polje v zračni reži B Δ B Y = B Y 3 Zagonski vrtilni moment M Δ = kb Δ I Δ M Y = kb Y I Y = k B Δ I Δ = 1 M Δ Tabela 3.1: Primerjava zagona v trikot in zagona v zvezdo [3]

26 Tretji način zagona je roestatni statorski zagon ali uporovni zagon. To je nastavljiv upor z dvema priključkoma. Ob vklopu ohmske ali induktivne upornosti v tokokrog statorjev, se potisni tok zniža. Induktivne upornosti so gospodarnejše pri večjih močeh, ohmske pa gospodarnejše pri manjših močeh. Ta način je namenjen le za motorje obremenjene z bremenskim momentom (sorazmeren z vrtilno hitrostjo), oziroma za tiste, ki stečejo prazni. V kolikor želimo potisni tok znižati, je treba v vsako fazo vključiti ohmski upor oz. induktivni upor. AM pa lahko zaganjamo tudi z znižano napetostjo, kar izvajamo z avtotransformatorji ali drugače rečeno statorski zaganjalniki, s katerimi zmanjšujemo potisni tok pri motorjih večjih moči. V primeru, da priklopimo direkt na javno električno omrežje, moramo po predpisih elektrarn omejiti zagonski tok na dvakratnik vrednosti nazivnega toka. Pri tem pa moč motorja ne sme presegati 15kW. Med samim zagonom se dovaja v motorju z ustreznim prestavnim razmerjem znižana omrežna napetost. S tem se zmanjša potisni moment in omrežni tok. Zato je zagon z znižano napetostjo izvedljiv le pri motorjih, kjer delovni pogoji zahtevajo nizek potisni moment. Na sliki 3.1 je prikaz vezave AM z avtotransformatorjem. Pri vklopu motorja sta kontakta 1 in 2 zaprta, s tem dovajamo motorju nižjo napetost. Tik preden motor doseže obratovalno hitrost se kontakti št. 3 izklopijo, v istem času pa se kontakti 1 in 2 vklopijo. [8]

27 Slika 3.1:Shematski prikaz vezave avtotransformatorja z AM [11] 3.2 Nastavljanje vrtilne hitrosti Vrtilno hitrost trifaznega asinhronskega motorja lahko nastavljamo na tri načine: - s spreminjanjem omrežne frekvence - spreminjanjem slipa (možnost uporabe le pri AM z drsnimi obroči) - spreminjanjem števila polovih parov 3.3 Spreminjanje omrežne frekvence f1 Napajanje motorja s spremenljivo omrežno frekvenco nam omogoči zvezno uravnavanje oziroma krmiljenje vrtilne hitrosti motorja. Pri tem nam pomaga uporaba FP, prikazanega na sliki 3.2, s katerim večinoma napajamo več AM in ne le enega samega. Vrtilna hitrost vseh priključenih motorjev se spreminja s spreminjanjem frekvence v statorskem navitju. V mirovanju frekvenčnega pretvornika je frekvenca v statorju motorja enaka omrežni frekvenci. Za povečevanje statorske frekvence od omrežne, moramo FP pognati v smer vrtilnega magnetnega polja. V primeru, da želimo doseči v statorskem navitju manjšo frekvenco od omrežne frekvence, pa moramo FP pognati v nasprotno smer vrtenja magnetnega polja. Z

28 načinom spreminjanja frekvence, nastavljamo vrtilno hitrost z zelo majhnimi izgubami. Tako stroj ohrani značilnosti derivacijskega stroja. [5,8] Slika 3.2: Frekvenčni pretvornik EMERSON, Commander SK

29 3.4 Spreminjanje števila polovih parov p V večini nastavljamo vrtilno hitrost s spreminjanjem števila polov v motorjih s kratkostično kletko. Kadar lahko v motorju primarno navitje preklapljamo na različno število polovih parov, dobimo več vrtilnih hitrosti praznega teka. Vrtilno hitrost motorja lahko nastavljamo le v stopnjah, kar je v primerjavi s FP slabše, je pa cenovno bolj ugodno. Navitje ene faze v motorju s spremenljivim številom polov je sestavljeno iz dveh delov, en motor pa lahko ima največ dve navitji, kar nam omogoči štiri hitrostne stopnje. Na sliki 3.3 je razvidno kako poteka delitev polovnih parov. Ob priključitvi obeh delov na omrežno električno napetost se v eni polovici spremeni smer tokov. [8] Slika 3.3: Prikaz polovnih delitev [3] Pridobimo štiri možnosti preklapljanja števila polov: - eno navitje (Dahlander-ovo vezje), razmerje polov 1:2 - dve normalni navitji, dve vrtilni hitrosti - eno navitje (Dahlander-ovo vezje) in eno normalno navitje, tri vrtilne hitrosti - dve navitji (Dahlander-ovo vezje), štiri vrtilne hitrosti

30 Dahlander-jeva vezava je najenostavnejša oblika preklapljanja polov. V vezavi trikot, kot kaže slika 3.4 dobimo dvojno število polov, medtem, ko v vezavi dvojna zvezda enojno število polov. Vrtilna hitrost je v vezavi trikot tako nižja, v vezavi dvojna zvezda pa dvakrat višja. Motorja ne moremo zagnati s stikalom zvezda-trikot, ker je v Dahlander-jevi vezavi motor uporaben le za stalno napetost. Takšna vezava dovoljuje le dve različni vrtilni hitrosti v fiksnem razmerju 1:2, kar pa se izkaže kot veliki deficit. Če želimo to pomanjkljivost odpraviti, bi morali izvesti dve ločeni navitji statorja, kar nam lahko da celo tri ali štiri različne vrtilne hitrost. [12] Navadno uporabljamo motorje s spreminjanjem polovih parov za pogon obdelovalnih strojev, dvigal, ventilatorjev in črpalk. Motorji imajo manjšo toplotno izgubo in s tem tudi boljši izkoristek, kar omogoča lažje obvladovanje motorjev s težavami pri steku, kot npr. pri pogonu centrifug. [8] Slika 3.4: Statorsko navitje vezano v trikot z dvojnim številom polov (levo), statorsko navitje vezano v dvojno zvezdo z enojnim številom polov (desno) [12]

31 3.5 Zaviranje asinhronskega motorja Možnost zaviranja asinhronskega stroja je izvedljivo na tri načine: - zaviranje z nasprotnim tokom oziroma protitokom - generatorsko oziroma koristno zaviranje in - uporovno zaviranje 3.6 Zaviranje z nasprotnim tokom Zaviranje s proti tekom najpogosteje uporabimo, kadar želimo vrtenje motorja na hitro zaustavit. To omogočimo tako, da zamenjamo dve sponki motorja, kateri spremenita fazno zaporedje napetosti v statorskih navitjih. S tem spremenimo smer vrtenja magnetnega vrtilnega polja v nasprotno smer od smeri vrtenja rotorja in tako se motor zaustavi. Če motor ne izklopimo pravočasno iz električnega omrežja, lahko magnetno vrtilno polje požene rotor v nasprotno smer. V tem primeru nam pomaga stažni rele, ki sam izklopi motor, kadar se približa zaustavitvi. Pri spuščanju bremena z uporabo protitočnega zaviranja je hitrost spuščanja bremena odvisna od rotorske upornosti, kot tudi od teže samega bremena. Večja kot je teža bremena, hitreje se bo motor vrtel. V primeru prelahkega bremena, se lahko zgodi, da motor prične breme dvigovat. [5,8] 3.7 Generatorsko zaviranje Generatorsko zaviranje je izvedljivo le pri nadsinhronski hitrosti vrtenja. Motor, vezan vzporedno na omrežje prejema jalovo energijo in preide v generatorski način delovanja ter oddaja električno energijo. Pri tem vrtilni moment sovpada z hitrostjo vrtenja motorja. Zaradi vpliva zunanjega vrtilnega momenta pri višji hitrosti začne stroj obratovati kot generator. V generatorskem delovanju istega stroja je prevesni moment večji, kot pa če bi obratoval kot motor. Generatorsko zaviranje je v praksi najpogosteje uporabljeno pri zaviranju dvigal med spuščanjem bremena, pri pretvornikih ter motorjih s preklopom polov. Na sliki 3.5 je razvidno generatorsko zaviranje, ki je priklopljeno na električno omrežje in pri tem tudi oddaja električno energijo nazaj v električno omrežje. [8]

32 3.8 Uporovno zaviranje Slika 3.5: Shema generatorskega zaviranja na omrežju [13] Za uporovno zaviranje oziroma zaviranje z enosmernim tokom moramo iz omrežja odklopiti statorska navitja in na motor priključiti enosmerno napetost ter hkrati rotor kratko vezati preko uporov, kot kaže slika 3.6. Tako začne stroj delovati kot sinhronski generator. Tok v rotorskem tokokrogu se z upornostjo omeji in z njo lahko tudi nastavimo karakteristike zaviranja motorja. Pri hitrosti vrtenja nič je zavorni moment prav tako enak nič. Potisna napetost statorja in prevesna vrednost momenta sta sorazmerni, prevesni slip pa sorazmeren upornosti. Dobri lastnosti takšnega zaviranja sta, da so izredno nizke joulske izgube ter, da rotacija motorja pri uporovnem zaviranju v nasprotno smer ni možna.[8] Slika 3.6: Shema uporovnega zaviranja [13]

33 4 MATEMATIČNE OSNOVE IN IZRAČUN PARAMETROV 4.1 Heylandov diagram Heylandov diagram je grafični pripomoček s pomočjo katerega lahko enostavno določimo vrednosti tokov, napetosti, momentov in moči za določene obratovalne točke. Lahko ga uporabimo tako za motorsko kot generatorsko delovanje. Odnosi med posameznimi veličinami tvorijo krožnico, zato ga poimenujejo tudi krožni diagram, kjer konica kazalca toka v statorskem navitju drsi po obodu kroga. Motor, priključen na omrežje s konstantno amplitudo in frekvenco napajalne napetosti, odvzema tok različnih velikosti in faz. Z vrtilno hitrostjo pri posamezni obremenitvi dobimo različne velikosti faznih kotov posameznega kazalca, katere lahko grafično povežemo z linijo, ki nam predstavlja tako imenovani Heylandov krog. Na sliki 4.1 imamo primer izrisa Heylandov-ega kroga v Gaussov-em koordinatnem sistemu. [5] Slika 4.1: Primer izrisa Heylandov-ega kroga [44] U 1 [V] I 0 [A] s [/] T 0 [/] T k [/] φ [ ] napajalna napetost tok praznega teka slip točka praznega teka točka kratkega stika fazni kot

34 4.2 Močnostna bilanca asinhronskega motorja Močnostna bilanca nam grafično ( slika 4.2) in računsko ( tabela 4.1) predstavi vse sile oziroma energije ter izgube, ki se pojavijo v toku zagnanega asinhronskega motorja. Ob priklopu steče skozi omrežje v motor energija v obliki delovne moči, ki se imenuje dovedena moč. Odvisna je od napetosti in faznega toka. Dovedena moč slabi zaradi dveh izgub v statorju; izgube v bakru statorja (te nastanejo zaradi joulskih oz. toplotnih izgub) in izgube v železu statorja. Izgube v železu statorja predstavljajo skupek histereznih izgub in izgub zaradi vrtinčnih tokov, katere so odvisne od frekvence omrežne napetosti. Določene so z posebnimi meritvami na motorju. Ko od dovedene moči odštejemo izgube v železu in bakru statorja, dobimo notranjo moč motorja, bolj poznano kot moč vrtilnega magnetnega polja. Ta moč se prenaša iz statorja v rotor skozi zračno režo. Del notranje moči se pretvarja v mehansko moč, del pa se porabi za pokrivanje toplotnih izgub v rotorju motorja. Izgube v železu statorja so zanemarljivo nizke. Razlika med notranjo močjo in izgubami na bakru rotorja nam da mehansko moč stroja. Mehanska moč pa nam pove skupek moči, oddane na osi motorja, mehanskih izgub (trenje) in izgub ventilacije (upor zraka, zaradi vrtenja ventilatorja).[5] Slika 4.2: Grafični prikaz poteka močnostne bilance AM [5]

35 Enačbe za izračun vseh fizikalnih količin, ki so potrebne za pravilno delovanje asinhronskega motorja: Dovedena moč P 1 = 3 U 1 I 1 cos φ 1 = 3 U 1 I 1 cos φ Izgube v bakru statorja P cu1 = 3 I 1 2 R 1 Izgube v železu statorja Notranja moč stator Notranja moč rotor P fe = P h + P vrt P = P 1 P cu1 P fe P = P cu2 + P meh P = 3 (I 2) 2 R 2 s Izgube v bakru rotorja motor s kratkostično kletko Izgube v bakru rotorja motor z drsnimi obroči Mehanska moč P cu2 = 3 (I 2) 2 R 2 s P cu2 = 3 (I 2) 2 ( R 2 s P meh = P P cu2 + R z) P meh = P 3 (I 2) 2 R 2 P meh = (1 s) P P meh = P 2 P meh.izg Tabela 4.1: Enačbe za izračun fizikalnih količin [5] P 1 [W] U 1 [V] I 1 [A] cos φ 1 [/] cos φ [/] P cu1 [W] P fe [W] P h [W] P vrt [W] P meh [W] dovedena moč fazna napetost fazni tok fazni kot moč izgub v bakru statorja moč izgub v železu statorja moč histereznih izgub moč izgub zaradi vrtinčnih tokov mehanska moč

36 P [W] P cu2 [W] P 2 [W] P meh.izg [W] I 2 [A] R 1 [Ω] R z [Ω] R 2 [Ω] s [/] X S1 [Ω] X S2 [Ω] X m [Ω] moč vrtilnega magnetnega polja moč izgub v bakru rotorja oddana moč na osi motorja moč mehanskih izgub reducirana vrednost rotorskega toka upornost statorskega navitja vrednost ohmske upornosti v eni fazi rotorskega zaganjalnika reducirana vrednost rotorske upornosti slip razsipana reaktanca statorja reducirana vrednost razsipane reaktance rotorja magnetilna reaktanca

37 4.3 Vrtilni moment asinhronskega motorja V asinhronskem motorju nastaja zaradi vrtenja rotorja vrtilni moment. Izračunamo ga lahko z razliko med notranjim vrtilnim momentom in izgubnim vrtilnim momentom, kateri predstavlja izgube zaradi premagovanja trenja v ležajih in izgub ob uporu zraka na ventilator. Notranji vrtilni moment pa lahko izračunamo z kombinacijo naslednje enačbe s = n 1 n 2 n 1 (4.1) in enačbe mehanske moči motorja P meh = (1 s) P (4.2) dobimo M = P meh 2πn 2 = (1 s) P 2π(1 s) n 1 = P 2πn 1 = P ω 1 (4.3) Iz tega sledi, da je notranji vrtilni moment sorazmeren notranji moči, katero jo magnetno vrtilno polje pošilja skozi zračno režo na rotor motorja. Enačbo pogosteje uporabljamo v naslednji obliki: kjer so: P = ω 1 M (4.4) P meh [W] P [W] s [/] π [/] n 1 [min 1 ] n 2 [min 1 ] ω 1 [s 1 ] M [Nm] mehanska moč moč vrtilnega magnetnega polja slip Ludolfovo število število vrtljajev statorja število vrtljajev rotorja obodna hitrost notranji vrtilni moment

38 4.4 Momentna karakteristika Momentno karakteristiko asinhronskega stroja si lahko grafično prikažemo kot funkcijo slipa oz. funkcijo vrtilne hitrosti, izražene iz vrtilnega momenta, v koordinatnem sistemu. Vrtilni moment pa lahko določimo iz Heylandovega diagrama pri vseh možnih obremenitvah. Kot vidimo na sliki 4.3, se vrtilna hitrost po vklopu stroja povečuje in s tem proizvaja vedno večji vrtilni moment, vse do točke, kjer doseže maksimalno vrednost tako imenovanega omahnega momenta pri omahnem slipu. Nazivna vrednost vrtilnega momenta je dva do trikrat manjša od vrednosti omahnega vrtljivega momenta. Ob dosegu maksimalnega vrtilnega momenta se vrtilni moment motorja začne z dodatnim povečevanjem vrtilne hitrosti linearno zmanjševat. Tako začne stroj delovat v predelu nazivne obremenitve v linearno padajočem delu momentne karakteristike, kjer je nazivna vrtilna hitrost nižja od vrtilne hitrosti v praznem teku za le par procentov. Motor bi se teoretično v praznem teku vrtel s sinhronsko vrtilno hitrostjo, tam kjer bi bila obremenitev dosti višja od nazivnega vrtilnega momenta, pa bi se vrtilna hitrost zelo malo zmanjšala. Asinhronski motor bi v širšem predelu nazivne obremenitve kazal tipično paralelno karakteristiko, enako kot pri enosmernem stroju s paralelnim vzbujanjem. [5] Slika 4.3: Momentna karakteristika asinhronskega motorja [5]

39 4.5 Preizkus prostega teka Za določanje vrednosti posameznih karakteristik in parametrov AM moramo izvesti preizkus prostega teka. Ta meri rotacijske izgube motorja in nam daje informacije o magnetnem toku. Preizkus je sestavljen - slika 4.4 iz vira napetosti, dveh vatmetrov [W], voltmetra [V] in treh ampermetrov [A], ki so vezani na prosto vrteč indukcijski motor oziroma asinhronski motor [AM]. Edino obremenitev predstavljata trenje in upor zraka, zaradi katerih pride do manjših izgub. Ker so vse izgube mehanske, je tudi vrednost slipa ali manj. Slika 4.4: Merilna vezava instrumentov pri preizkusu prostega teka [14] Pri praznem teku AM je motor normalno priključen na napajalno napetost in normalno magnetno obremenjen, vendar brez zunanjega bremena. V tem pogonskem stanju je izmerjena vložena moč enaka mehanskim izgubam motorja. [14]

40 4.6 Preizkus kratkega stika Preizkus kratkega stika izvajamo za določanje parametrov v vezju. Daje nam informacije o končni napetosti, toku in moči. Test je sestavljen (slika 4.5) iz vira napetosti, dveh vatmetrov [W], voltmetra [V] in treh ampermetrov [A], ki so vezani na zavrt oziroma blokiran rotor asinhronskega motorja [AM]. V tem primeru stoječega rotorja je število vrtljajev enako 0, slip pa je enak 1. Običajno poskus izvajamo pri znižani napajalni napetosti. Tako dosežemo, da bo kratkostični tok približno enak nazivnemu. Slika 4.5: Merilna vezava instrumentov pri preizkusu kratkega stika [14] Pri izvajanju kratkega stika v AM statorju dovajamo napetost, ki jo prilagajamo do maksimalne vrednosti motorja. Šele, ko je ta vrednost dosežena, lahko izmerimo napetost, tok in moč. Karakteristika kratkega stika trifaznega asinhronskega motorja je funkcijska odvisnost kratkostičnega toka od napetosti. [14]

41 5 ZAŠČITA IN VZDRŽEVANJE AM 5.1 Zaščita S ščitenjem asinhronskih motorjev ciljamo na čim daljšo življenjsko dobo in čim manj vzdrževalnih posegov med obratovanjem, zato jih treba ščititi pred kratkimi stiki, preobremenitvijo in pregrevanjem. Kot zaščito uporabljamo varovalke, zaščitna stikala in termična tipala termistorje. Varovalke ščitijo motor le pred kratkimi stiki oziroma zaustavljenim rotorjem, ne pa tudi pred preobremenitvijo. Te varovalke, da zdržijo zagonski tok motorja, moramo izbrati previdno. S pomočjo zaščitnih stikal z bimetalnimi releji vklapljamo in izklapljamo motor, hkrati pa ščitimo motor pred preobremenitvijo in zmanjšanjem omrežne napetosti ali dvofaznim obratovanjem. Zanesljivo zaščito pa zagotavljajo termistorji, prikazani na sliki 5.1, v primeru slabega hlajenja - pri težkih zaletih, kjer ne doseže nazivnega števila vrtljajev, kateri izklopijo motor. K tem termičnim tipalom pa je vedno potrebno dograditi izklopne naprave, saj je za zaščito motorjev potrebno paziti, da ne pride do ponovnega vklopa. Mogoče je doseči avtomatski ponovni vklop motorja, če to dovoljujejo varnostni predpisi. Nasprotno je pri pogonih, kjer pa bi lahko nenaden vklop povzročil poškodbe uporabniku motorja npr. krožne žage, brusni stroji [12] Slika 5.1:Termistorski rele znamke ABB, za zaščito AM pred pregretjem [15]

42 5.2 Vzdrževanje Asinhronski motorji imajo veliko sestavnih delov, kateri skozi čas zaradi različnih dejavnikov oslabijo in jih je potrebno za nadaljnjo uporabo ustrezno vzdrževat oziroma zamenjat. V tabeli 5.1 lahko vidimo približen čas, kdaj bi se moral ustrezen sestavni del motorja pregledati, popraviti ali zamenjati. Sestavni del AM Časovni interval Popravilo Delovna zavora Vsakih 3000 obratovalnih ur Pregled zavor: - meritev debeline zavornega koluta - zavorni disk, obraba - preveritev in nastavitev zračne reže - potisna plošča - pogonski zobnik - pritisni obroči Držalna zavora 2-4 let odvisno od pogojev delovanja Pregled zavor: - izsesavanje obrabnih delcev - preveritev stikalnih elementov in zamenjava - izmeriti zračne reže Motor Vsakih obratovalnih ur Pregled motorja: - preveritev krogličnih ležajev in zamenjava - zamenjava radialnega oljnega tesnila na gredi - očistiti zračne poti Motor z zaporo povratnega hoda Vsakih obratovalnih ur - zamenjava mazivne zapore povratnega hoda Tahogenerator Vsakih obratovalnih ur - servis in vzdrževanje v skladu s priloženimi navodili za uporabo Pogon Različen odvisen od zunanjih vplivov - popravilo in obnovitev površinskih protikorozijskih zaščit Tabela 5.1: Vzdrževanje asinhronskih motorjev [7]

43 6 FREKVENČNI PRETVORNIK 6.1 Kaj je in čemu služi Sodobni razvoj elektronike je pripomogel k uveljavitvi AM, saj lahko težave teh, katere sem opisal v prejšnjem poglavju, razrešimo s frekvenčnim pretvornikom (v nadaljevanju FP, glej sliko 3.2). Zraven možnosti vodenja po hitrosti nam omogočajo tudi vodenje navora in z nastavljanjem magnetnega pretoka (fluks) optimiranje izkoristka. Zaradi uporabe sodobnih mikrokontrolerskih komponent je običajno možno uporabiti zaprto-zančne regulatorje (PID struktura) lahko tudi za izvedbo posredne regulacije, kot so zaprto-zančne regulacije temperature, tlaka, nivoja ali pretoka. V večini se uporablja za uravnavanje oziroma krmiljenje vrtljajev v trifaznih elektromotorjih. [16] 6.2 Zgradba in delovanje Zgrajen je iz štirih večjih glavnih delov, ki služijo za pretvarjanje izmenične napetosti iz omrežja v enosmerno napetost v kondenzatorjih v vmesnem tokokrogu, katero nato tranzistorji pretvorijo nazaj v izmenično. S tem dvojnim pretvarjanjem lahko dobimo poljubno frekvenco na izhodu s pulzno širinsko modulacijo in tako krmilimo AM. Vrtilno hitrost lahko upravljamo preko krmilnega panela imenovanega LCP, s katerim je možen prenos nastavitev med pretvorniki iste serije preko računalnika, kjer lahko vse parametre poleg programiranja tudi dokumentiramo ter preko serijske komunikacije prikazane na sliki 6.1, ki se v zadnjem času vedno pogosteje pojavlja. [16] 6.3 Zmogljivost Z nekaterimi frekvenčnimi pretvorniki lahko napajamo motorje s frekvencami tudi do 1000Hz, vendar je to odvisno od konstrukcijskih značilnostih in sposobnostih samega motorja (problem predstavljajo predvsem mehanski deli-ležaji). Sam frekvenčni pretvornik ni zmožen povečati izhodne napetosti, torej za doseganje hitrosti višjih od 50 Hz je potreben preskok iz območja konstantnega navora v območje konstantne moči. Zato lahko hitrost povečamo le do točke, kjer je navor bremena manjši od navora motorja. V primeru, če so v trenutnih preobremenitvah bolj zahtevni pogoni s konstantnimi bremeni, so pri povečevanju hitrosti zahtevni pogoni s kvadratičnimi bremeni

44 Najmanjša hitrost vrtenja motorja je odvisna od obremenitve motorja oziroma od tipa bremena. Pri standardnem motorju je hladilni ventilator pritrjen na osi, kar pomeni, da s hitrostjo vrtenja motorja pada njegova učinkovitost. Pri kvadratičnih bremenih pa ventilatorsko hlajenje za delovanje ne potrebuje tolikšne moči, zato je tudi manj problematično. Okvirna minimalna hitrost pri kvadratičnih bremenih je približno med 25 do 40Hz, kjer še črpalka ali ventilator opravlja svoje koristno delo. Po navadi imamo pri delovanju motorja z konstantnimi bremeni nižjo vrtilno hitrosti, vendar so lahko pri dolgotrajnem delovanju motorja tudi pri nižjih hitrostih velike obremenitve, zato po potrebi vgradimo dodatno hlajenje. [16] Slika 6.1: FP Commander SK z odstranjenim pokrovom [17]

45 6.4 Regulacija smeri vrtenja motorja Za spremembo smeri vrtenja motorja so možne tri rešitve; lahko menjamo dve fazi na izhodu FP, kar je razvidno s slike 6.1 pod priklopi za napajanje, vendar je problematično opravilo pri kablih velikega premera. Druga rešitev je, da spremenimo parametre pretvornika, kar lahko izvedemo na FP pri preklopih za regulacijo in to tako, da povežemo z dodatnim regulatorjem. Pod tretjo rešitev pa spreminjamo smer preko digitalnega vhoda, ki je sprogramiran za to funkcijo. [16] 6.5 Regulacija hitrosti pri paralelno vezanih AM Z frekvenčnim pretvornikom lahko tudi reguliramo hitrost pri več paralelno vezanih motorjih. Pri tem so vsi motorji napajani z napetostjo iste frekvence. Paziti moramo, da je nazivni tok frekvenčnega pretvornika večji od nazivnih tokov vseh vezanih motorjev. Vsak motor mora tudi imeti posebej vgrajeno motorsko zaščito in priporočljivo je, da njihova medsebojna moč ni preveč različna. [16] 6.6 EMC filter Frekvenčni pretvornik lahko priklopimo na motor z pomočjo uporabe EMC filtra, vstavljen v FP glej sliko 6.1. Ta vsebuje opleten kabel, ter pravilno ozemljitev kabla (na motorju in frekvenčnem pretvorniku). Takšen kabel na vso ostalo opremo zmanjšuje elektromagnetne motnje, kar je priporočljivo. Lahko pa ga nadomestimo z sinusnim filtrom. V primeru, da je pretvornik vgrajen v elektro omaro, je zadostna uporabljena zaščita IP 00 ali IP 20. Direktno je priklopljen na montažno ploščo, katera prevzeme nek del toplotnih izgub. Za več skupnih moči FP je potrebno vgraditi v omaro tudi potrebno ventilacijo, pri prostostoječi montaži pa zadošča zaščita IP 55. Pri vgradnji frekvenčnega pretvornika moramo paziti, da je z zadnje strani zaprt; zapremo zadnjo stran s ploščo ali ga pritrdimo direktno na zid. V primeru, da tega ne naredimo, ne bo zmožen ventilator učinkovito hladiti površine hladilnih reber. Frekvenčni pretvornik mora vsebovat tudi vgrajene polprevodniške varovalke in pri motorju je potreben termistor. Priporočena je dogradnja kontaktorja na izhodni strani, ki služi za odklop motorja in sinusnega filtra, kateri zmanjšuje vršne napetosti. [16]

46 6.7 Dušenje neprijetnega piska V primeru, ko motorji niso napajani z gladko sinusno napetostjo in so napajani z žagasto napetostjo iz tranzistorjev se iz frekvenčnega pretvornika sliši neprijeten karakterističen zvok. Tovarniška nastavitev preklopne frekvence je 3 khz, kar človeško uho še sliši. Za odpravo neprijetnega zvoka je potrebna vgradnja sinusnega filtra ali pa preprosto povečamo preklopno frekvenco pulzno širinske modulacije tranzistorjev. S tem napetost na sinusnem filtru pada in pri večanju preklopnih frekvenc se povečujejo izgube na tranzistorjih. [16] 6.8 Izbira frekvenčnega pretvornika Izbira FP po nazivni moči elektromotorja ni priporočljiva, saj lahko pride do težav z motorji, kateri imajo nazivni tok večji od standardnega. Zato za pravilno izbiro frekvenčnega pretvornika upoštevamo nazivni tok motorja. Nazivni tok pretvornika mora za pravilno delovanje biti večji ali enak nazivnemu toku AM. Le v izjemnih primerih je možna uporaba FP z nazivnim tokom manjšim od toka motorja, vendar pri takem pogonu bi motor za normalno trajno delovanje moral biti predimenzioniran za dejansko mehansko breme. Tudi pri kvadratičnih bremenih, kjer lahko hitrost omejimo pod nazivnih 50 Hz je možno normalno trajno delovanje. Obstajajo tudi pretvorniki z enofaznim napajanjem, ki so običajno uporabni na manjših motorjih oziroma do 2,2 kw moči. Ti so napojeni na vhodu z 230 V enofazno energijo katera nam na izhodu da 3x230 V. [16] Na sliki 6.2, so prikazane različne izvedbe FP znamke Emerson Commander SK. Kot je razvidno, imamo širok spekter izbire po razredu moči

47 Slika 6.2: FP Commander SK različnih velikosti [18]

48 6.9 Načini delovanja Za spremembo izmenične napetosti oziroma za spreminjanje hitrosti vrtenja imamo dva režima delovanja: s pomočjo moduliranih krmilnih signalov PAM (blokovni režim) in PWM (pulzno širinski režim in sinusno modulirani režim). S PAM režimom, shematski prikaz je razviden s slike 6.3, lahko krmilimo elektromotorje relativno enostavno, vendar le pri bremenih malih moči, kjer zaradi segrevanja ne pride do večjih zapletov in pri visokih vrtljajev npr.: pri zobotehniški tehnologiji. Kadar gledamo v smislu krmiljenja na U/f karakteristiko mora usmernik biti krmiljen. To povzroči frekvenčno odvisnost cosφ na vhodu. Slika 6.3: Blokovni režim delovanja [19] Pri pulzno širinskem režimu uporaba krmilnega usmernika ni potrebna, kar je prikazano na sliki 6.4, saj lahko na povprečno vrednost napetosti pri motorju direktno vplivamo z razmerjem impulz/pavza. Perioda izhodne napetosti se tako ohrani. Vrednost cosφ je neodvisna od izhodne frekvence in v tem primeru znaša 1. S tem načinom prilagajanja napetosti povečamo stikalne izgube, katere se s frekvenco povečujejo. Slika 6.4: Režim s PWM modulacijo [19]

49 Pri sinusno moduliranem režimu, pa se tok skozi navitje, tako kot že pove samo ime, spreminja po sinusni obliki. Na sliki 6.5 na desni strani je graf z značilno sinusno obliko. S prilagajanjem toka po sinusni obliki pridobimo na boljšem deležu željene osnovne frekvence in tako je delež neželenih višjih harmonskih komponent, katere vplivajo na segrevanje motorja in na povzročene motnje, manjši. Za sinusni modulirani režim je priprava krmilnih impulzov težavna in je v večini izvedena z mikroprocesorjem, to je vzorec ki se shrani v spominsko vezje. Z večanjem impulzov v periodi dobimo manj višjih harmonskih frekvenc. Te visoke frekvence so.prikazane na sliki 6.6, kjer je razvidno nihanje napetosti v odnosnosti s frekvenco. [19] Slika 6.5: Režim s sinusno modulacijo [19] Slika 6.6: Primer frekvenčnega spektra pri sinusni PWM modulaciji izhodne napetosti [19]

50 6.10 Tiristorska izvedba FP Tiristorsko krmiljeni usmerniki so dejansko direktni pretvorniki, kjer se frekvenca ohrani. Lahko pa vplivamo na fazno zaporedje in na velikost izhodne napetosti. Možna je tudi izvedba, kjer so tiristorji v mostiščnem vezju krmiljeni z izhodno napetostjo v obliki trapeza, ki omogoči tudi zniževanje frekvence. Pri uporabi pretvornikov z vmesnim regulatorjem se najprej omrežna napetost usmeri ter se ustrezno izhodni frekvenci tokovno omeji. Tokovni regulator je vmesni omejilnik energije, katera se preoblikuje s pomočjo razmernika v drugo spremenljivo izmenično frekvenco. Krmiljenje je v večini impulzno-širinsko po sinusni modulaciji, ki omogoča spremembo frekvence ter vpliv na efektivno vrednost izhodne napetosti. [19] 6.11 Sodobna izvedba FP Pri sodobni izvedbi nadzira FP mikroprocesor, kateri nam ne omogoča le krmiljenja usmernika in inverterja, temveč nam nudi tudi zaščitno funkcijo na primer za temperaturno zaščito, tokovno, zagonsko in zmožnost daljinskega upravljanja. Preko priključka za serijsko komunikacijo so signali preko senzorjev poslani v mikroprocesor z upoštevanjem instrukcij za omejitev oz. nastavitev parametrov iz interne tipkovnice. S tem nam je omogočeno nastavljanje različnih parametrov za način delovanja; za zagonsko karakteristiko, časovni potek spreminjanja vrtljajev, nadzorovanje vrtljajev, zaviranje Zaradi neprestanega preverjanja delovanja sklopov in preprečevanja delovanja pri nenormalnih pogojih je FP v takšni izvedbi inteligentna naprava. [19]

51 Slika 6.7: Shema sodobnega FP [19]

52 6.12 Način vodenja AM s FP FP nam omogoča skalarno in vektorsko vodenje asinhronskega motorja. S skalarnim načinom določamo temensko vrednost statorske napetosti, z vektorskim pa smer, velikost in položaj napetostnega vektorja. Izbira načina vodenja je v večini pogojena z: - aplikacijo, z vgrajenim pogonom (za vodenje vrtljajev, pozicioniranje in vodenje navora) - vrsto razpoložljivega FP - pogonsko topologijo (pri večmotornem ali posamičnem pogonu) Breme nam določi način vodenja. Skalarno vodenje vrtljajev se uporabi pri aplikacijah, kjer ima hitrost bremena pomembno vlogo, vektorsko vodenje pa pri navijalnih napravah, kjer je zahtevan visok in stabilen navor. Asinhronski motor je lahko uporabljen v odprto-zančnih pogojih, te imenujemo tudi krmiljeni pogoni in so bolj občutljivi na spremembe obremenitve ter imajo slabše dinamične lastnosti, in v zaprto-zančnih pogonih, ki jih imenujemo tudi regulirani pogoni, kjer pa imamo možnost določanja dinamičnih lastnosti in odpravljanja vplivov motenj. Regulirano vodenje se lahko realizira brez merilnika ali pa s pomočjo inkrementalnih dajalnikov, kateri posredujejo informacijo o hitrosti bremena in trenutni poziciji. [20] 6.13 Skalarno frekvenčno vodenje Frekvenca napetosti na sponkah in obremenitev določujeta hitrost vrtenja asinhronskega motorja. S spreminjanjem amplitude napajalne napetosti in frekvence je tako možna sprememba hitrosti vrtenja. Priporočena in koristna je uporaba kompenzatorja slipa, ni pa pogojena. Hitrost na osi motorja lahko do določene mere nastavljamo s spreminjanjem frekvence in amplitude napajalne napetosti. Za dosego tega potrebujemo generator, ki ima funkcijo nastavljanja razmerja napetosti frekvence in napetosti katera krmili pulzno-širinski modulator. S to metodo imamo tudi določene prednosti in slabosti, ki vplivajo na izkoristek in pospeševanje motorja. Prednosti: - tudi pri nenadnih spremembah bremena je možen robusten način vodenja

53 - enostavnost - zmožnost uporabljanja te metode brez merilnika hitrosti - hitre reakcije na spremembah reference hitrosti - prilagoditev frekvenčnega pretvornika motorjem je enostavna Slabosti: - odziv je počasen - rotorski fluks in navor nista regulirana, ampak določena le z napajalno napetostjo in frekvenco - območje regulacije hitrosti je omejeno [20] 6.14 Vektorsko vodenje Kjer je zahteven konstanten električni navor na gredi motorja, se je za AM razvil matematični del v rotirajočem koordinatnem sistemu, ki prikazuje, da v času, kadar sta vektorja rotorskega fluksa in statorskega toka med seboj pravokotna, je proizvedeni električni navor največji. Za maksimalen navor pa poskrbi algoritem vodenja. Rotorske veličine so pri motorjih s kratkostično kletko nedostopne, zato za njihovo določitev poskrbi procesor v frekvenčnem pretvorniku, kjer so implementirani matematični modeli. Vektorsko vodenje se v večini uporablja pri pogonih s težkim zagonom ali pogonih z visoko dinamiko spreminjanja bremena. Uporablja se za pogone z dvema motorjema, pri več motorjev pa nam proizvajalci frekvenčnih pretvornikov dajo na razpolago le skalarno vodenje, ker pri vektorskem vodenju matematični del za več motorjev še ni realiziran. Po osnovi orientacije polja poznamo dva principa takšnega vodenja. - Odprto-zančna vektorska regulacija brez povratne zanke; z meritvijo toka na fazah motorja ter s pomočjo programa je omogočeno spremljanje stanja na motorju in s tem tudi omogočen visok nazivni navor. Za posamezne pogone z referenčnim navorom pa se uporablja brez senzorska regulacija

54 - Zaprto-zančna vektorska regulacija, kjer položaj rotorskega toka in fluksa pri asinhronskem motorju temelji na bremenu. Iz velikosti statorja ne moremo določiti faze in toka Navor se lahko določi iz relacije med statorskim tokom in fluksom pri uporabi matematičnega modela motorja. Vektorska metoda vodenja je neodvisna od navora in vzbujanja in lahko z njo izvedemo, s predpostavko povratnega signala, vodenje asinhronskega motorja. Namen uporabe zaprto-zančnega vektorskega vodenja je pri aplikacijah, katere imajo zahteve po navoru pri majhnem številu obratov in visoki natančnosti vodenja hitrosti. Z uporabo vektorskega vodenja v primerjavi z skalarnim frekvenčnim vodenjem dosežemo tudi določene prednosti in slabosti: Prednost: - Pri hitrosti 0 dobimo polni navor - Pridobimo višji navor - Regulacija hitrosti je natančnejša - Skozi celotno delovno območje hitrosti je omogočen samo en način vodenja - Boljše reakcije na spremembe bremena in obširno območje regulacije hitrosti - Pridobimo boljše dinamične reakcije na spremembe smeri - Faktor moči je višji Slabosti: - Za povratni signal potrebujemo dodatne komponente - Frekvenčni pretvornik mora biti natančno prilagojen motorju [20] Cene frekvenčnih pretvornikov se gibljejo vse do okoli Nekateri vodilni proizvajalci frekvenčnih pretvornikov so: Schindler, Delta, Siemens, Lenze, Nordac, Emerson, Mitsubishi, SEW,

55 7 PRAKTIČNI DEL DIPLOMSKEGA DELA 7.1 Tehnične specifikacije in opis strojnih delov uporabljenih v diplomskem delu Za izvedbo preizkusa smo se, kot je že bilo omenjeno, posluževali laboratorija Tehniških Fakultet v Mariboru. Za izvedbo preizkusa nam je bila na razpolago skoraj vsa oprema, le en sestavni del, ki služi za serijsko komunikacijo med softwareom naloženim na osebni računalnik in med FP, smo morali še dokupiti. Kot sem že omenil v predhodnih poglavjih smo opravili preizkus na trifaznem AM s kratkostično kletko (slika 7.1) in FP znamke EMERSON Commander SK (slika 7.2). Slika 7.1: Uporabljen AM Slika 7.2: Uporabljen FP, EMERSON Commander SK

56 7.2 Specifikacije AM Specifikacije električnega motorja smo razbrali iz tako imenovane imenske tablice. Ta je prilepljena na blok oz. na ohišje motorja, vidno na očem, da lahko vsakič dostopimo do le te, npr.: v primeru servisa motorja ali pa nadgradnje. Na imenski tablici, ta je prikazana na sliki 7.3 in pripada našemu uporabljenemu AM, so prikazani podatki, ki so zadostni za vgradnjo v sistem AM-FP. Slika 7.3: Imenska tablica AM Razbrani podatki iz slike 7.3 so: - znamka Silnik - tip BZIr 24b - moč 0.4 kw - vhodna napetost 220/380V - število obratov 1300 obr/min - električni tok 2.12/1.22A - faktor moči motorja (cosφ) temperatura delovanja 35 C - trofazno napajanje - nazivna frekvenca 50Hz - leto izdelave

57 7.3 Tehnične specifikacije FP za Commander SK (izbira FP glede na AM) Za upravljanje in zagon AM smo uporabili FP znamke Emerson oziroma Commander SK (stara oznaka ima ime Commander SE). Prav tako kot AM ima tudi FP imensko tablico nalepljeno na bočni strani pretvornika, na kateri so podani osnovni podatki slednjega ter serijsko številko modela - v našem primeru SKB S pomočjo te številke modela in osnovnih podatkov (P=0.55kW in U= 400 V) lahko poiščemo dodatne informacije o željenem modelu FP v literaturi, ki je priložena FP. Slika 7.4 prikazuje primer imenske tablice našega modela FP. Iz le-te smo razbrali, da je lahko priklopljen na trifazno električno omrežje z napetostjo med V, vstopno frekvenco od 50-60Hz ter maksimalnim električnim tokom 2.5A. Kot vidimo, lahko s FP nato pretvorimo električno energijo v poljubno električno napetost v obsegu med 0-480V ter poljubno frekvenco vrtenja med Hz in pri tem odda električni tok 1.7A. Commander SK nam omogoča delovanje po odprto-zančnem vektorskem režimu, ter nam omogoča upravljanje hitrostnega ali momentnega režima. Slika 7.4: Tehnični podatki uporabljenega FP Slika 7.5: Razlaga pomena označb uporabljenega FP

58 7.4 Izbira kablov Da smo vzpostavili vso potrebno komunikacijo med osebnim računalnikom, AM in FP, smo potrebovali kable različnih velikosti. Ti so izbrani po ustrezam FP, zvezno z asinhronskim motorjem in so v nadaljevanju na kratko opisani. Za povezavo od električne omarice AM do FP in prav tako za povezavo FP in 3 fazno električno omrežje, smo uporabili pet žilni kabel dolžine 1m in preseka 1mm 2. Na eni strani na kabel zmontiramo trifazni vtikač, v našem primeru je to stari model vtikača kot je prikazano na sliki 7.6. Slika 7.6: Levo je kabel za povezavo FP z trifaznim električnim omrežjem, desno pa kabel za povezavo FP z AM UTP kabel, katerega smo na eni strani prerezali z namenom, da smo odstranili RJ45 konektor in s tem pridobili konce žičk v kablu je prikazan na sliki 7.7. Slika 7.7: UTP kabel

59 USB v RS485 konverterski kabel se lahko nabavi v vsaki bolj specializirani trgovini z elektroniko. V našem primeru smo vzeli znamko Y-1081 s pripadajočimi specifikacijami, opisanimi spodaj. Izgled tega kabla je prikazan na sliki 7.8. Lastnosti: - Enostaven Plug & Play - Računalniški vmesnik združljiv z USB 1.1 in Gonilnik navidezna serijska vrata - Podpira Windows 98/ME/XP/2000/CE/Vista/7, Mac in Linux ali kasnejše verzije - Komunikacijski vmesnik RS-485 Half Duplex - Hitrost prenosa od 300bps do 1Mbps - Največja dolžina kabla RS485 do 1200 m - Največje število povezanih naprav v omrežju RS485 je v Half Duplex do 32 - Napajanje preko vhoda USB - Poraba energije znaša <100 ma - RS485 bus zaščita je 600W - Povezava preko USB mogoča z USB A ali USB mini-b priključkom, 80 cm dolg kabel z modulom - vtičnik RS485 je DB9 moški - PVC etui velikosti mm - Delovni pogoji okolice so; temperatura od 0 C do +70 C, vlažnost zraka od 10 do 90% Slika 7.8: USB v RS485 konverter

60 Adapter RS485 je cenejša oblika povezave serijske komunikacije med FP in osebnim računalnikom. Razlika v ceni od dražjega originalnega dela je za okrog 200. Ker tega dela nismo imeli na razpolago, smo se odločili za cenejšo izvedbo s tem da smo imeli malo več dela pri vzpostavitvi z povezavo. Na sliki 7.9 je ta konektor prikazan s pripadajočimi podatki. Slika 7.9: Konektor s podatki Potenciometer in stikalo vklop/izklop sta povezana z žičkami preseka 0.5mm, kot kaže slika Z potenciometrom lahko nastavljamo želeno hitrost vrtenja motorja, stikalo vklop/izklop pa služi za vklop in izklop dovoda električne energije v motor

61 Slika 7.10: Potenciometer (levo), stikalo vklop/izklop (desno) Ostala dodatna oprema, kot so nadgradnje in podobno je priložena v literaturi, ki jo dobimo skupaj s FP. Vsa ta literatura je dostopna na spletnem viru na strani EMERSON, prav tako tudi vsa pripadajoča programska oprema. Za preizkus vzpostavitve povezave z osebnim računalnikom smo uporabili program CT Soft verzije

62 7.5 Fizična vzpostavitev povezave sklopa AM-FM Za vzpostavo FP s trifaznim električnim omrežjem smo uporabili že v prejšnjem poglavju opisani kabel, kjer smo povezali konce žičk na izhode L1 (črni vodnik), L2 (rjav vodnik), L3 (siv vodnik) in seveda vodnik za ozemljitev (rumeno-zelene barve) na izhod PE. Z vodnikov smo pred tem odstranili izolacijo za cca mm. Izhodi L1, L2, L3 so označeni na sliki 7.11., primer vezave pa na sliki Pri vezavi za vzpostavitev povezave AM FP smo uporabili že opisan kabel, kjer smo konce vodnikov povezali v enakem barvnem zaporedju, kot smo povezali FP z električnim omrežjem, le da te priključimo na izhode U, V, W in ozemljitev na izhod za ozemljitev AM, kot prikazujeta sliki 7.11 in Potenciometer smo priklopili, kot je prikazano na sliki 7.11 in 7.12 na izhode T1 (modra), T3 (črna) in T4 (rumena). Na koncu pa smo priklopili še stikalo za vklop/izklop, med B2 ( napajanje +24V), in B4 ter določili smer vrtenja z povezavo med B2in B5. Sliki 7.11 in 7.12 prikazujeta omenjeno vezavo. Slika 7.11: Prikaz vseh priključkov za priklop FP z AM in omrežjem [21]

63 Slika 7.12: Vezava kablov na FP Slika 7.13: Prikaz vezave AM-FP

64 7.6 Povezava z osebnim računalnik Za vzpostavitev povezave z osebnim računalnikom smo najprej UTP kabel (z uporabo koncev vodnikov) povezali z adapterjem RS485 in sicer na priključke 2, 3 in 7. Priključek 2 smo povezali vodnik oranžne barve z 485+ priključkom, priključek 3 (belo-modre barve) z GND priključkom vmesnika in priključek 7 (belo-rjave barve) z priključkom 485- (slika 7.14). Nato smo UTP kabel z opisanim adapterjem priklopili na RS485 - USB konverter ter le tega priključili na ustrezen USB vhod PC računalnika. Za pravilno delovanje je potrebno preveriti še, če so za te gonilnike nameščeni ustrezni programski vmesniki. Na računalnik smo inštalirali programsko opremo CT Soft. Nato smo povezali sklop UTP kabel adapter RS485 USB v RS485 konverter (kot je prikazano na sliki 7.14) na vhod za serijsko komunikacijo v RS485. Slika 7.14: Levo vezava USB v RS485 konverter z adapter RS485, desno razporeditev pinov za moški in ženski RJ - 45 priključek na UTP kabel