Introduktion till elektroteknik och styrteknik Elkraft

Transkript

1 Laborationsrapport Kurs Introduktion till elektroteknik och styrteknik Lab nr 2 ver 1.0 Laborationens namn Elkraft Namn Kommentarer Utförd den Godkänd den Sign 1

2 Uppgift 1: Effekt i enfasbelastningar Du skall mäta på tre belastningar nämligen en glödlampa, en lysrörsarmatur utan faskompensering samt en lysrörsarmatur med faskompensering. Faskompenseringen får du genom att parallellkoppla lysrörsarmaturen med en kondensator på 4,7 µf. Koppla belastningarna till mätinstrumenten enligt figuren. Wattmeterns beteckning är DW Kom ihåg att nollställa wattmetern innan spänning slås på. Matningsspänningen 230 V tas från huvudspänningen på det fasta trefasuttaget. Wattmeter A Power source Load 230 V V Belastning Mät ström, spänning och aktiv effekt för de tre belastningarna. Beräkna sedan skenbar effekt, reaktiv effekt och effektfaktor. Belastning Glödlampa U [V] uppmätt I [A] uppmätt P [W] uppmätt S [VA] beräknad Q [VAr] beräknad cos ϕ beräknad Lysrörsarmatur utan faskompensering Lysrörsarmatur med faskompensering Gör dina beräkningar här: Fortsätt på nästa blad! 2

3 Vilken ideal komponent kan en glödlampa liknas vid? Svar: Hur stor reaktiv effekt utvecklas i kondensatorn vid faskompenseringen? Svar: Om man läser på lysröret ser man hur stor aktiv effekt själva lysröret drar. Hur stor aktiv effekt drar induktorn i lysrörsarmaturen? Svar: Hur många procent minskar strömmen i ledningarna till lysrörsarmaturen när den faskompenseras? Svar: 3

4 Uppgift 2: Mätning av trefasspänningen med oscilloskop Den trefasspänning som används i laboratoriet har av säkerhetsskäl en lägra spänning än den som är vanlig i fastigheter. Huvudspänningen i fastigheter är 400 V. Nu skall du studera trefasspänningen som vi har i laboratoriet med oscilloskop. Oscilloskopet är speciellt. Det har fyra helt separata ingångar där jordpunkterna för de olika ingångarna är åtskilda. Detta gör att man utan att riskera kortslutning kan mäta fyra spänningar samtidigt. P a) Mätning av fasspänningarna Koppla oscilloskopet så att du samtidigt mäter de tre olika fasspänningarna. Använd den fasta trefasspänningen. Läs av topp till toppvärde, periodtid samt fasskillnaden mellan fasspänningarna. Fasspänningen är spänningen mellan respektive fas och neutralledare (R till 0, S till 0 och T till 0). Topp till toppvärde [V] Avläst på oscilloskopet Periodtid [ms] Fasskillnad [grader] Beräknat Effektivvärde [V] Frekvens [Hz] b) Mätning av huvudspänningarna Koppla oscilloskopet så att du samtidigt mäter de tre olika huvudspänningarna. Läs av topp till toppvärde, periodtid samt fasskillnaden mellan huvudspänningarna. Använd den fasta trefasspänningen. Huvudspänningarna är spänningarna mellan faserna (R till S, S till T och T till S). Topp till toppvärde [V] Avläst på oscilloskopet Periodtid [ms] Fasskillnad [grader] Beräknat Effektivvärde [V] Frekvens [Hz] 4

5 Uppgift 3: Mätning på trefas asynkronmotor a) Asynkronmotorns märkplåt Hur stort är motorns asynkrona varvtal vid märkdrift? Hur stort är motorns synkrona varvtal vid märkdrift? Vilket är motorns poltal? Hur stor är uteffekten vid märkdrift? Hur stor är huvudspänningen vid märkdrift och D-kopplad motor? Hur stor är huvudspänningen vid märkdrift och Y-kopplad motor? Hur stor är linjeströmmen vid märkdrift och D-kopplad motor? Hur stor är linjeströmmen vid märkdrift och Y-kopplad motor? a) Visa med figurer och beräkningar att spänning och ström för statorlindningarna blir lika vid D och Y-koppling. b) Beräkna motorns moment vid märkdrift, d.v.s. märkmomentet. 5

6 b) Mätning av asynkronmotorns verkningsgrad och eftersläpning vid märkdrift I denna uppgift skall motorns verkningsgrad vid märkdrift studeras. Innan du börjar koppla skall du prova att du har spänning på alla tre faserna i det variabla trefasuttaget. Mät med spänningsprovaren mellan neutralledare och de tre faserna ( tre mätningar). Resultat: Koppla enligt schemat. Här mäts ineffekten med enwattmetermetoden. Det är möjligt därför att belastningen är symmetrisk och vi har tillgång till neutralledaren. De tre motorlindningarna är U1 U2, V1 V2 och W1 W2. Lastbrytare To30 Belastningsresistorer TB40 Shuntreostat Broms Asynkronmotor V liksp - F1 F2 A1 A2 U1 W2 V1 U2 W1 V2 Wattmeter Power source Load Y/D kopplare TO 33 W2 U1 R U2 V1 S V2 W1 T A V N R S T Variabel trefasspänning V Fortsättning på nästa två blad! 6

7 En asynkronmotor är normalt en symmetrisk belastning. Är det något fel på motorn kan den bli en osymmetrisk belastning. Ett sätt att se om belastningen är symmetrisk är att mäta de tre linjeströmmarna med strömtång. En elanläggning t.ex. en villa är en osymmetrisk belastning. Även här är det viktigt att man fördelat belastningarna på de tre faserna så att belastningen blir så symmetrisk som möjligt för att inte överbelasta någon säkring. Eftersom denna motor är gjord för att spänningen skall vara 220 V över lindningarna vid märkdrift skall vi köra den D-kopplad. Huvudspänningarna på trefasuttaget är 220 V. Vid D- koppling ligger huvudspänningen över lindningen. Vid start av en synkronmotor är strömmen hög. För att inte överbelasta säkringarna vid start kan man starta motorn i Y-läge och sedan när motorn kommit upp i varv slå över till D-läge. Ställ Y/D-kopplaren i läge Y. Vrid upp huvudspänningen till 220 V med lasten till bromsen bortkopplad. När motorn kommit upp i varv slå då över Y/D-kopplaren till läge D. För att momentmätaren skall fungera måste rotationsriktningen vara enligt pilarna på bromsen. Är rotationsriktningen fel växla då anslutningarna R och S till spänningskällan. Ställ in märkmomentet med hjälp av belastningsresistorerna och shuntreostaten. Mät de tre linjeströmmarna till motorn med strömtång när motorn är belastad med märkmomentet. Fas L1 L2 L3 Linjeström [A] Är motorn en symmetrisk belastning? Resultat: 7

8 Mät enligt tabellen då motorn är belastad med märkmomentet. Kom ihåg att avläst värde på wattmetern skall multipliceras med tre. Märkmoment [ Nm ] Avlästa värden Beräknade värden U [ V ] I [ A ] P in [W] n [rpm] P ut [ W ] η [ % ] s [ % ] Gör beräkningarna här: Beräkna effektfaktorn för motorn vid märkmoment utifrån uppmätta värden. 8

9 Uppgift 4: Mätning med asynkronmotorn ansluten till frekvensomriktare FR-S520SE-0,75K Figuren visar principen för frekvensomriktaren. Först likriktas inspänningen. Växelriktaren till höger ger pulser till motorn vars medelvärden ger en trefasspänning. Brytarna i växelriktaren är transistorer av typen IGBT ( Insulated Gater Bipolar Transistor ). a) Frekvensomriktarens manual Besvara frågorna med ledning av manualen för FR-S520SE-0,75K. Se bifogade utdraget ur manualen. Hur tål denna frekvensomriktare vatten? Hur är frekvensomriktaren kyld? Hur stor ström kan tas ut från frekvensomriktaren? Hur stor aktiv effekt får motorn som skall anslutas till frekvensomriktaren högst dra? (Applicable motor capacity) 9

10 b) Frekvensomriktarens frekvens och parametrar Koppla frekvensomriktaren till motorn enligt schemat. Huvudspänningen ut från frekvensomriktaren är 400 V. Enligt märkplåten på motorn måste då motorn Y-kopplas. Lastbrytare To30 Belastningsresistorer TB40 Shuntreostat Broms Asynkronmotor V liksp - F1 F2 A1 A2 U1 V1 W1 W2 U2 V2 230 V växelsp. Frekvensomriktare FR-S520SE-0,75K Det är möjligt att ställa in utspänningens frekvens direkt från frekvensomriktarens panel. Dessutom kan över hundra parametrar ställas in. De viktigaste parametrarna finns i basic function parameter list som innehåller tolv parametrar. Hur frekvensen och parametrarna ställs in framgår av det bifogade utdraget ur manualen. Av manualen framgår även vilka värden parametrarna har från fabriken. Från fabriken är maximala frekvensen inställd till 50 Hz och minsta frekvensen inställt till 0 Hz. Ställ om maximala frekvensen till 100 Hz och minsta frekvensen till 1 Hz. 10

11 Beräkna och mät enligt tabellen med motorn obelastad det vill säga med lastbrytaren i läge från. Eftersläpningen i detta fall kommer att bli låg eftersom belastningen är låg. Frekvens [ Hz ] Minsta 50 Högsta Beräknat synkront varvtal [ rpm ] Uppmätt asynkront varvtal [ rpm ] Beräknad eftersläpning [%] Gör beräkningarna här: 11

12 c) Mätning av tillförd effekt vid olika varvtal För att spara energi kan man varvtalsstyra t.ex. pumpar som inte behöver gå med fullt varvtal hela tiden. Vi tänker oss att momentet för en pump är direkt proportionellt mot varvtalet. Om varvtalet sjunker till hälften kommer även momentet att sjunka till hälften. Mät ineffekten till frekvensomriktaren med elnätsanalysatorn FLUKE 345. För att kunna mäta strömmen med tången använder vi en skarvdosa där kabelns mantel skalats av så att det går att mäta på en part i kabeln. (Hade effektfaktorn varit ett hade vi kunnat mäta strömmen med en vanlig strömtång och beräknat effekten genom att multiplicera ström och spänning.) Ställ in varvtal och belastning enligt tabellen. Varvtal [ rpm ] Belastning [ Nm ] Ineffekt till frekvensomriktaren [ W ] Hur många kronor kan man på detta sätt spara på ett år om vi tänker oss att pumpen kan gå med halvt varvtal två tredjedelar av året? Vi sätter priset på energi till 1 kr per kwh. Gör beräkningarna här: 12

13 d) Kontroll av överhettningsskyddet Frekvensomriktaren har ett överhettningsskydd för att skydda motorn mot överhettning. Med parameter 9 kan man ställa in det värde på linjeströmmen som motorn skall tåla under lång tid. Överskrids detta värde löser skyddet ut efter en viss tid. Denna tid beror av hur mycket den aktuella linjeströmmen överskrider inställt värde. Från fabriken är parametern inställd på 85 % av frekvensomriktarens maximala utström som är 4,1 A ( se manualen under Ratings ). Det betyder att parametern är inställd på 3,4 A vid leverans. Nedan ses ett utdrag ur manualen. Där framgår att om man sätter överhettningsskyddet till 50% av maximal utström från frekvensomriktaren ( här 4,1 A ) och belastar med 100% löser skyddet ut efter ca 25 s. Man ser i diagrammet att belastar man med större ström löser överhettningsskyddet ut tidigare. Av kurvorna framgår även att vid högre varvtal tar det längre tid innan skyddet träder i kraft. Kylningen är bättre vid högre varvtal. Ställ om överbelastningsskyddet till 2,0 A (ca 50 % av 4,1 A ) och frekvensen till 30 Hz. Starta motorn och reglera in belastningen till så att linjeströmmen mätt med frekvensomriktaren blir 3 A respektive 4 A. Hur man mäter linjeströmmen med frekvensomriktaren framgår av manualen. Stäng av motorn och starta om den och mät den tid det tar innan överhettningsskyddet löser ut. Skyddsström (A) Verklig ström (A) 2,0 3,0 2,0 4,0 Uppmätt tid [ s ] Tid för skydd enligt diagram (s) Fungerar det som tänkt? e) Fabriks inställning av parametrarna Återställ parametrarna till fabriksinställning: P1 = 50 P2 = 0 P9 = 3,4 13

14 Bilaga: Utdrag ur manualen 14

15 15

16 16

17 17

18 18

19 19

20 20

21 21