Repetition Likströmsmaskin Permanentmagnetiserad synkronmaskin Asynkronmaskin. Elenergiteknik Industriell Elektroteknik och Automation

Transkript

1 Repetition Liktrömmakin Permanentmagnetierad ynkronmakin Aynkronmakin Elenergiteknik Indutriell Elektroteknik och Automation

2 Ledare i magnetfält Inducerad pänning Kraft på trömförande ledare i magnetfält e = N dφ dt F = BIl Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 2

3 Liktrömmakinen Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 3

4 Magnetiering i tator: Skapa kraft och vridmoment F=Bil Kraft på ledarna upptill Kraft på ledarna nedtill Vridmoment på rotorn motur Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 4

5 Maximera kraft och moment Magneterna ger ett tatorflöde riktat neråt Lindningarna ger ett rotorflöde riktat åt vänter Maximalt vridmoment vid 90 vinkelkillnad Jämför med två magneter Ström ut ur bilden Ström in i bilden 5 Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 5

6 Låt rotorn rotera Rotorflödet täller ig i tatorflödet riktning, vridmoment förvinner Om rotorflödet inte att fat i rotorn utan kunde fortätta vara riktat åt vänter medan rotorn rör ig... Byt trömriktning i ett ledarpar i taget Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 6

7 Kommutator En mekanik växelriktare monterad på rotorn kallad kommutator kopplar om trömmarna i rotorn å att riktningen på rotorflödet bibehåll Liktröm går bra: Det är en liktrömmotor! Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 7

8 Animering av liktrömmotor Här är vinkelkillnaden mellan flödena liten <<90 ( 90 mer normalt) Här är endat mitt- tanden röd rep grön (normalt utnyttja hela varvet)

9 Liktrömmakinen matematika modell I rotorn finn deutom lindningreitan R a och läckinduktan L a Rotorkreten u a = R a Vridmoment i a + L a di dt a +ω ψ e a m i a R a T =ψ m i a dω J = dt T T L Eleffekten e a i a =(ωψ m )(T/Ψ m )=ωt=mekanik effekt Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik u a L a e a 9

10 Liktrömmakinen funktion tationärt Tomgång (i a = 0) u = a e a = Ψmω ω = u a Ψ m Belatning (T L > 0) T L = T = Ψ m a tröm i a pänningfall R a i a i varvtalet änk från uu aa Ψ mm vid tomgång till uu aa RR aa ii aa Ψ mm Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 10

11 Liktrömgenerator Samma ak fat tvärt om Generatordrift: e a > u a, i a negativ P negativ + u a - I tomgång är u a = e a, alltå kan man mäta upp e a Vid belatning junker u a pga pänningfallet över R a Separat magnetiering e a kan variera vid kontant varvtal Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 11

12 Seriemagnetierad liktrömmotor + u a - Rotortrömmen även fälttröm i f = i a Momentet oberoende av trömmen tecken T =ψ m ia = Lm ia 2 Växeltröm går bra! Kalla alltrömmotor (dammugare, borrmakin) Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 12

13 Liktrömmakinen kraftelektronik Välj tomgångvarvtal genom val av medel-u a (= e a ) Välj vridmoment genom medel-i a hur mycket medel-u a avviker från e a 1-kvadrant/2-kvadrant/4-kvadrant likpänningomvandlare Ger önkat medelpänning (medel-u a ) Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 13

14 Permanentmagnetierad ynkronmakin Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 14

15 Maximera kraft och vridmoment Ψ m Magneterna ger ett rotorflöde riktat uppåt vektor Ψ m i Ström ut ur bilden Ström in i bilden i alla ledare i alla ledare Strömmen i lindningarna ger flöde riktat åt vänter vektor i Vridmoment tyck vara T = Ψ m i inγ och maximalt för γ=90 Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 15

16 Låt rotorn rotera i Ψ m Rotorflödet täller in ig i tatorflödet riktning och T=Ψ m i in0=0 Om man kunde vrida runt tatorflödet på något ätt Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 16

17 Trefa inu Roterande tatorflöde Magnetierad rotor kommer att följa tatorflödet Synkront varvtal (n eller ω ) Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 17

18 Animering Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 18

19 Poltal Flytta 60 fram i tiden 2-polig 60 elektrika grader 60 mekanika grader 4-polig 60 elektrika grader 30 mekanika grader p ω 2 p poltal ω el = mek Tel = T Lund univeritet/lth/bme/iea - mek Elenergiteknik 19 2

20 Vridmoment Tomgång Statorflöde och rotorflöde linjerar Inducerad pänning = klämpänning Ingen tröm Ingen kraft på ledarna Maximalt vridmoment Statorflöde och rotorflöde vinkelräta Kraft på ledarna / kraft på rotorn Magneterna ger ett rotorflöde riktat nedåt vektor Ψ m Strömmen i lindningarna ger flöde riktat åt höger vektor i Vridmomentet är T=Ψ m i inγ och maximalt för γ = 90

21 PMSM - modell Spänningekvation med vektorer u αβ Tomgång (ii = 0) u αβ αβ d = R i + dt d dt dt = αβ T = ψ i Vridmoment (TT LL > 0) T L ( αβ ψ + L i ) Sinumatning αααα uu roterar med pänningen vinkelhatighet ω rotorn följer med ynkront ω r = ω m ψ m d = + m r m r m ( jω ) r jωr j( ω π / 2) ψ e = jω ψ e = ω ψ e = r m Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 21

22 Synkrongenerator Motor och generator är amma makin Vi vill nu kunna tyra både frekven och pänning ut från generatorn Ändra varvtal för att ändra frekven, då ändra pänningen ockå Alltå måte flödet kunna tyra för att tyra pänningen oberoende av varvtalet Elektrik magnetiering itället för permanentmagneter E =ψω coωt Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 22

23 Elektrikt magnetierad ynkronmakin (EMSM) Elektromagnet i rotorn Ström in i rotorn via läpringar Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 23

24 PMSM kraftelektronik Välj varvtal genom val av tatorpänningen frekven Välj vridmoment genom vilken vinkel tatorpänningen vektor ligger före den inducerade pänningen (emk) jω r Ψ m Trefaig växelriktare Triangelvågmodulation med trefainuar om börvärden ger inuformade medelpänningar 6 aktiva pänningvektorer och 2 nollvektorer Medelvärdebilda för önkad pänningvektor Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 24

25 Aynkronmakinen Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 25

26 Aynkronmakinen Trefaig tator Inga magneter Kortluten rotor, om bur Trefaig tröm i tatorn Rotortröm inducera Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 26

27 Rotorn är flödetrög Utgångläge Flytta tatortrömmen nabbt ett teg - vad händer i rotorn? r Den är flödetrög och pjärnar emot! Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 27

28 Momentbildning F=qv B B r Rotorn vill följa tatorflödet (å den lipper förändring) Momentet bygger på induktion Kräver ω-killnad, efterläpningen (eng. lip): = ω ωr ω Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 28

29 Aynkronmotorn varvtal Tomgång: = 0 och n = n Märkbelatning (e märkplåt): få % och n få % under n ωmek el n = 60 p = ω 2π p f amma om för SM Antal poler 50 Hz 50 Hz rpm 1-7 % under 3000 rpm rpm 1-7 % under 1500 rpm rpm 1-7 % under 1000 rpm Motor 3~ 50 Hz IEC 34-1 No. 2.2 kw 2820 r/min 380 V 4.7 A 19.0 kg co ϕ 0, V 8.15 A IP 54 Cl. F Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 29

30 Aynkronmotorn praktika egenkaper Självtartande vid nätanlutning Robut och pålitlig Endat kullager lit Enkel och billig att underhålla Starkt tandardierad (e titelbild) billig i inköp Rotorn får itt magnetfält via tatorn drar reaktiv effekt behov av reaktiv effektkompenering Kan även använda om generator Överynkront varvtal Levererar aktiv effekt Drar reaktiv effekt Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 30

31 Varvtaltyrning - variera pänningen Speciella motorer med hög rotorreitan Laten momentkarakteritik betämmer varvtalet Enkel Dålig verkninggrad Använd bara i mindre motorer Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 31

32 Varvtaltyrning - variera frekvenen Tranformatorformeln igen U = 4,44 Bmax Minkning av frekvenen Ökat flöde Ökad tröm Löning Minka även pänningen för att hålla kontant flöde U Ψ ~ f kan åtadkomma med frekvenomriktare, mer om detta enare f A N T u = 110 V f 1 = 25 Hz T n u = 176 V f 1 = 40 Hz u = 220 V f 1 = 50 Hz u = 220 V f 1 = 60 Hz u = 220 V f 1 = 70 Hz <n n kontant moment n n u = 220 V f 1 = 80 Hz n (r/min) >n n avtagande moment Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 32

33 Aynkronmotorn vektorer uu = ddᴪ dddd + RR ii tatorpänningen tatorflödet (låt R vara 0) Rotorflödet tatorflödet. Vrid av växeltröm (0 = uu rr = ddᴪ rr dddd + RR rrii rr ). I rotorkoordinater x,y (rotation relativt rotorn dra bort ω r ): ) 2 ( ˆ ˆ ˆ π ω ω αβ ω αβ ψ ω ψ = = = = t j t j t j e j ue dt u ue u ( ) = 2 ) ( ˆ π ω ω ψ ω ω t j r r xy r r e R j i Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 33 Kontant flöde om u/ω kontant = 2 ˆ π ω αβ ψ ω t j r r e R j i

34 Enfadrift Enfamatning 1D-flöde Steinmetz koppling» C ger faförkjutet flöde i annan riktning» Startar alltid åt amma håll» Kan gå utan C när den tartat» Fungerar även för trefamotor Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 34

35 Enfadrift Enfamatning 1D-flöde Skärmpolmotor» Flödet fafördröj av kärmarna (Lenz lag)» Startar åt amma håll» Vanlig i fläktar, avlopppumpar i tvättmakin, mm» Använd bara för må effekter Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 35

36 Sammanfattning liktrömmakin Elmotor har ofta permanentmagneter och lindning F=Bil ger kraft på en trömförande ledare i magnetfält Stator och rotor kapar varitt magnetflöde Moment bilda när flödena trävar efter att ha amma riktning Maximalt moment vid 90 vinkelkillnad I liktrömmakinen håller kommutatorn vinkeln kontant 90 Permanentmagnetierad liktrömmotor Vridmoment TT = ᴪ mm ii aa Inducerad likpänning ee aa = ᴪ mm ωω Spänningekvation uu aa = RR aa ii aa + LL aa dddd aa dddd + ee aa Separatmagnetierad LM har egen likpänningkälla Motor i dammugare/borrmakin har kommutator Seriemagnetierad LM mata med växelpänning Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 36

37 Sammanfattning växeltrömmakiner 1 Trefa inupänning ger jämnt roterande pänningvektor Inducerad pänning (emk) proportionell mot varvtal ee = ᴪ mm dddd = ωᴪ mm co ωtt (i tomgång: uu = ee) Vridmoment TT = ᴪ mm ii Variabelt varvtal för växeltrömmotor Frekvenen betämmer varvtalet Välj kontant U/f för att hålla kontant flöde Antal poler mekanikt / elektrikt varvtal ω el = 2 p ω mek Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 37

38 PMSM AM Sammanfattning växeltrömmakiner 2 Permanentmagnet ger rotorflöde Synkron gång där ω r följer ω Belatning ger killnadvinkel mellan tatorflöde Ψ och rotorflöde Ψ m Synkronmotor» Permanentmagnet ger högt rotorflöde och kompakt motor Synkrongenerator» Samma makin om ynkronmotor» Elektrik magnetiering gör att pänningen kan variera Rotortröm inducera i kortluten lindning genom efterläpning Aynkron gång: ω r ω vid belatning Belatning ger ω-killnad: ω r några % mindre än ω Lund univeritet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 38

39