Elektriska drivsystem Föreläsning 10 - Styrning av asynkornmotorn

Relevanta dokument
Elektriska drivsystem Föreläsning 10 - Styrning av induktions/asynkorn-motorn

Elektriska drivsystem Föreläsning 9 - Induktions/Asynkron-maskinen

Fö 7 - TMEI01 Elkraftteknik Asynkronmaskinen

Lösningsförslag/facit till Tentamen. TSFS04 Elektriska drivsystem 11 mars, 2013, kl

TSFS04, Elektriska drivsystem, 6 hp Föreläsning 9 - Induktions/Asynkron-maskinen

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

TSFS04, Elektriska drivsystem, 6 hp Föreläsning 7 - Synkronmaskinen

TSFS04, Elektriska drivsystem, 6 hp Föreläsning 4 - Grundläggande principer för elmaskiner

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Lösningsförslag/facit till Tentamen. TSFS04 Elektriska drivsystem 5 mars, 2012, kl

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Fö 6 - TMEI01 Elkraftteknik Asynkronmaskinen

Fö 8 - TSFS11 Energitekniska System Asynkronmaskinen

Lösningsförslag/facit Tentamen. TSFS04 Elektriska drivsystem 19 aug, 2011, kl

Fö 7 - TMEI01 Elkraftteknik Asynkronmaskinen & Synkronmaskinen

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Asynkronmotorn. Industriell Elektroteknik och Automation

Asynkronmotorn. Den vanligaste motorn i industrin Alla effektklasser, från watt till megawatt Typiska användningsområden

Elektriska drivsystem Föreläsning 2 - Transformatorer

LNB727. Asynkronmaskinen

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Asynkronmotorn. Asynkronmotorn. Den vanligaste motorn i industrin Alla effektklasser, från watt till megawatt Typiska användningsområden

Elektromekaniska energiomvandlare (Kap 7) Likströmsmaskinen (Kap 8)

Elektromekaniska energiomvandlare (Kap 7) Likströmsmaskinen (Kap 8)

TSFS04, Elektriska drivsystem, 6 hp Föreläsning 5 - Likströmsmaskinen

Permanentmagnetiserad synkronmotor. Industriell Elektroteknik och Automation

TSFS04, Elektriska drivsystem, 6 hp Föreläsning 8 - Analys och styrning av synkronmaskinen

Fö 10 - TSFS11 Energitekniska System Synkronmaskinen

Fö 10 - TSFS11 Energitekniska System Synkronmaskinen

Elektriska drivsystem Föreläsning 7 - Synkronmaskinen

Laboration 3 Växelströmsmotorn

= v! p + r! p = r! p, ty v och p är dt parallella. Definiera som en ny storhet: Rörelsemängdsmoment: H O

5. Kretsmodell för likströmsmaskinen som även inkluderar lindningen resistans RA.

Laboration 3 Växelströmsmotorn

Fö 5 - TMEI01 Elkraftteknik Likströmsmaskinen

Synkrongeneratorn och trefas

GÖTEBORGS UNIVERSITET Institutionen för fysik LÖSNINGAR TILL TENTAMEN I MEKANIK B För FYP100, Fysikprogrammet termin 2

Linköpings tekniska högskola, ISY, Fordonssystem. Formelsamling Elektriska drivsystem TSFS04

Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar

Linköpings tekniska högskola, ISY, Fordonssystem. Formelsamling Elektriska drivsystem TSFS04

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

Elektromekaniska energiomvandlare, speciellt likströmsmaskinen (relevanta delar av kap 7)

Några övningar som kan vara bra att börja med

AC-kretsar. Växelströmsteori. Lund University / Faculty / Department / Unit / Document / Date

Elektriska drivsystem Föreläsning 4 - Introduktion av roterande maskiner

TENTAMEN Elmaskiner 2, 7,5 p

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

dx x2 y 2 x 2 y Q = 2 x 2 y dy, P dx + Qdy. Innan vi kan använda t.ex. Greens formel så måste vi beräkna de vanliga partiella derivatorna.

Automation Laboration: Reglering av DC-servo

TSFS04, Elektriska drivsystem, 6 hp Föreläsning 2 - Trefassystem och transformatorn

Växelström i frekvensdomän [5.2]

Elektriska drivsystem Föreläsning 3 - Elektromekaniska omvandlingsprinciper

Systemkonstruktion Z2

Elektriska drivsystem, 6-8 hp Föreläsning 1 - Introduktion, magnetiska kretsar och material

Svar och Lösningar. 1 Grundläggande Ellära. 1.1 Elektriska begrepp. 1.2 Kretslagar Svar: e) Slinga. f) Maska

Sammanfattning av kursen ETIA01 Elektronik för D, Del 1 (föreläsning 1-6)

Laboration 3 Växelströmsmotorn

ELMASKINLÄRA ÖVNINGSUPPGIFTER

Växelström i frekvensdomän [5.2]

EFFEKTIVARE DRIFT med växellösa motorer

Tentamen i El- och vågrörelselära,

9. Magnetisk energi Magnetisk energi för en isolerad krets

9. Magnetisk energi [RMC 12] Elektrodynamik, vt 2013, Kai Nordlund 9.1

WORKSHOP: EFFEKTIVITET OCH ENERGIOMVANDLING

Impedans och impedansmätning

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Industriell Elektroteknik och Automation

Tentamen i Elkraftteknik för Y

Roterande elmaskiner Likströmsmaskinen, trefas asynkronmaskinen och förevisning synkronmaskinen

GÖTEBORGS UNIVERSITET Institutionen för fysik LÖSNINGAR TILL TENTAMEN I MEKANIK B För FYP100, Fysikprogrammet termin 2

Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar

Föreläsning 8. Ohms lag (Kap. 7.1) 7.1 i Griffiths

9. Magnetisk energi Magnetisk energi för en isolerad krets

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Att använda el. Ellära och Elektronik Moment DC-nät Föreläsning 3. Effekt och Anpassning Superposition Nodanalys och Slinganalys.

Motorprincipen. William Sandqvist

Synkrongeneratorn och trefas

Elektriska komponenter och kretsar. Emma Björk

Sedan tidigare För att varvtalsreglera likströmsmotor måste spänningen ändras För att varvtalsreglera synkron- och

3.4 RLC kretsen Impedans, Z

AC & DC KUGGVÄXELMOTORER

Induktans Induktans Induktans Induktans

Fysik TFYA68 (9FY321) Föreläsning 6/15

Härled utgående från hastighetssambandet för en stel kropp, d.v.s. v B = v A + ω AB

Om den lagen (N2) är sann så är det också sant att: r " p = r " F (1)

Tentamen i Elektronik för E, ESS010, 12 april 2010

Föreläsning 10: Stela kroppens plana dynamik (kap 3.13, 4.1-8) Komihåg 9: e y e z. e z )

Lektion 3: Verkningsgrad

Lösningar till BI

EJ1200 ELEFFEKTSYSTEM. SYNK: Synkronmaskinen

Introduktion till Elektriska Drivsystem

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter. Föreläsning 4 & 5

Svängmassan för framtidens elsystem ett uppdrag för IVA Vägval el

Fö 1 - TMEI01 Elkraftteknik Trefassystemet

X-tenta ET Figur 1. Blockschema för modell av det nordiska kraftsystemets frekvensdynamik utan reglering.

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

Tentamen i ELEKTROMAGNETISM I, för W2 och ES2 (1FA514)

Lektion 2: Automation. 5MT042: Automation - Lektion 2 p. 1

4 Elektriska maskiner och kraftelektronik

Roterande elmaskiner

Transkript:

Elektriska drivsystem Föreläsning 10 - Styrning av asynkornmotorn Andreas Thomasson Institutionen för systemteknik Linköpings universitet andreas.thomasson@liu.se 2018-02-26 1 / 25

Dagens föreläsning Vridmoment Varvtalsstyrning 2 / 25

Vridmoment 3 / 25

Moment som funktion av statorspänning Enligt kretsen så kan effekten och momentet uttryckas som P mech = n ph I 2 2 R 2 1 s s T mech = P mech ω m = 1 ω s n ph R 2 s I 2 2 Vi ska härleda ett momentuttryck som funktion av terminalspänning istället för strömmen genom rotorn. Egentligen bara att räkna på, men för att få ett snyggt uttryck som är enkelt att analysera kommer vi att försumma R c. 4 / 25

Förenkling av statorsidan Thevinins sats: applicerad på statorsidan: jx m ˆV 1,eq = ˆV 1 R 1 + j(x 1 + X m ), Z 1,eq = (jx m //Z 1 ) = jx m(r 1 + jx 1 ) R 1 + j(x 1 + X m ) 5 / 25

Moment Ohms lag ger Î 2 = ˆV 1,eq Z 1,eq + R 2 /s + jx 2 Insättning av strömmen i momentformeln ger [ T mech = n ph I2 2 R 2 = 1 n ph V1,eq 2 (R ] 2/s) sω s ω s (R 1,eq + (R 2 /s)) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 6 / 25

Momentkurvan T mech = 1 ω s [ n ph V1,eq 2 (R ] 2/s) (R 1,eq + (R 2 /s)) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 7 / 25

Momentegenskaper Då s är liten, dominerar R 2 /s nämnaren och momentet kan approximativt beräknas som [ T mech = 1 n ph V1,eq 2 (R ] 2/s) ω s (R 1,eq + (R 2 /s)) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 [ 1 nph V1,eq 2 (R ] 2/s) ω s (R 2 /s) 2 = n phv1,eq 2 s R 2 ω s där momentet blir proportionellt mot slippet. Då slippet s = 0 så är momentet T mech = 0. Då s ± så T mech 0. Det finns ett maximalt moment och det ska vi studera härnäst. 8 / 25

Slipp som genererar maximalt moment T mech = 1 ω s [ n ph V 2 1,eq (R 2/s) (R 1,eq + (R 2 /s)) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 Låt ξ = R 2 /s, K = 1 ω s n ph V 2 1,eq. Då kan T mech samt dess derivata skrivas T mech (ξ) = K dt mech dξ ξ (R 1,eq + ξ) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 = K R2 1,eq + (X 1,eq + X 2 ) 2 ξ 2 ((R 1,eq + ξ) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 ) 2 Slippet som ger maximalt moment ges av dt mech (ξ max )/dξ = 0 och är ξ max = R 2 = R1,eq 2 s + (X 1,eq + X 2 ) 2 maxt ] 9 / 25

Maximalt moment Sätter vi in det beräknade slippet i momentekvationen erhålls maxmomentet T mech (ξ max ) = = 1 n ph V1,eq 2 2ω s R 1,eq + R1,eq 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 Notera att maxmomentet inte beror av rotorns resistans R 2. 10 / 25

Rotorresistansens inverkan på momentet Som vi har sätt tidigare kan momentet ses som en funktion av ξ = R 2 /s. En ändring av R 2 kommer därför bara att skala momentkurvan längs slippaxeln Speciellt gäller att maxmomentet är oberoende av R 2 men infaller för ett slipp proportionellt mot rotorlindningens resistans, s = R 2 ξ max. 11 / 25

Varvtalsstyrning 12 / 25

Metoder för varvtalsstyrning Minns: ω m = (1 s)ω s Varvtalsstyrning genom att förändra det synkrona varvtalet genom att ändra a) poltalet eller b) den elektriska frekvensen Varvtalsstyrning genom att förändra slippet genom att ändra c) fasspänningen eller d) rotorresistansen Nu ska vi gå igenom principerna översiktligt. 13 / 25

Varvtalsstyrning med poltalsändring Det synkrona varvtalet ändras enligt ω s = 2 p ω e Genom att byta strömriktningen i a -lindningen nedan ändras poltalet från 4 till 2, dvs synkronvarvtalet dubbleras. Rotorn oftast av burlindningstyp för automatisk poltalsanpassning. 14 / 25

Frekvensstyrning Analogt med frekvensstyrning för synkronmaskinen, fast för induktionsmotorer fungerar det bättre eftersom rotorn inte behöver rotera synkront med fältet för att överföra moment. Kraftelektronik: För att behålla flödet konstant så varieras spänningen enligt: ( ) ωe V a = V a,rated ω e,rated 15 / 25

Hur påverkas momentet av en frekvensändring? Vi försummar R 1 i analysen. Momentet ges av sedan tidigare av [ T mech = 1 n ph V1,eq 2 (R ] 2/s) ω s (R 1,eq + (R 2 /s)) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 där X m jx m ˆV 1,eq = ˆV 1 R 1 + j(x 1 + X m ) ˆV 1 X 1 + X m Z 1,eq = jx m(r 1 + jx 1 ) R 1 + j(x 1 + X m ) jx mx 1 = jx 1,eq X 1 + X m Nu ska vi ersätta alla frekvensberoende i följande ekvation rödmarkerade storheter med konstanter och explicit beroende av ω e. T mech = 1 [ n ph V 2 ] 1,eq (R 2 /s) ω s (R 2 /s) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 16 / 25

Hur påverkas momentet av en frekvensändring? Den synkrona vinkelhastigheten ω s kan uttryckas som ω s = 2 p ω e vilket ger T mech = 1 [ n ph V 2 ] 1,eq (R 2 /s) ω s (R 2 /s) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 = p [ n ph V 2 ] 1,eq (R 2 /s) 2ω e (R 2 /s) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 17 / 25

Hur påverkas momentet av en frekvensändring? T mech = p [ n ph V 2 ] 1,eq (R 2 /s) 2ω e (R 2 /s) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 Frekvensändring skalar reaktanser och reglerad spänning enligt Från ˆV 1,eq ˆV 1 X = ω e L = /X 0 = ω e0 L/ = (ω e /ω e0 )X 0 V 1 = (ω e /ω e0 )(V 1 ) 0 X m X 1 + X m }{{} ober. av ω e och V 1 = (ω e /ω e0 )(V 1 ) 0 ser vi att den ekvivalent spänningen beror av frekvensen enligt vilket ger T mech = V 1,eq = (ω e /ω e0 )(V 1,eq ) 0 p [ nph (ω e /ω e0 ) 2 (V 1,eq ) 2 0 (R ] 2/s) 2ω e (R 2 /s) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 18 / 25

Hur påverkas momentet av en frekvensändring? T mech = p [ nph (ω e /ω e0 ) 2 (V 1,eq ) 2 0 (R ] 2/s) 2ω e (R 2 /s) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 Slippet kan uttryckas i elektrisk vinkelhastighet som s = ω s ω m = p ( ) ωm ω s 2 där ω m = ω s ω m. Detta leder till T mech = p n ph(ω e /ω e0 ) 2 (V 1,eq ) 2 0 (R 2/( p 2ω e ω m )) ( ) = 2ω e (R 2 /( p ωm 2 ω e )) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 ω e = n ph(ω e /ω e0 ) 2 (V 1,eq ) 2 0 (R 2/ ω m ) ( 2ωe p )2 (R 2 / ω m ) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 19 / 25

Hur påverkas momentet av en frekvensändring? Slutligen ersätter vi de frekvensberoende reaktanserna i med T mech = n ph(ω e /ω e0 ) 2 (V 1,eq ) 2 0 (R 2/ ω m ) ( 2ωe p )2 (R 2 / ω m ) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 (X 1,eq + X 2 ) = (ω e /ω e0 )(X 1,eq + X 2 ) 0 så att momentet kan tecknas T mech = = n ph (ω e /ω e0 ) 2 (V 1,eq ) 2 0 (R 2/ ω m ) ( 2ωe p )2 (ω e0 /ω e0 ) 2 (R 2 / ω m ) 2 + (ω e /ω e0 ) 2 (X 1,eq + X 2 ) 2 0 n ph (V 1,eq ) 2 0 (R 2/ ω m ) ( 2ω e0 p )2 (R 2 / ω m ) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 0 = 20 / 25

Moment-varvtalskaratäristik T mech = n ph (V 1,eq ) 2 0 (R 2/ ω m ) ( 2ω e0 p )2 (R 2 / ω m ) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2, där ω m = ω s ω m 0 För fixt moment T mech ( ω m0 ) så är den mekaniska vinkelhastigheten affin i den elektriska ω m = ω s ω m0 = 2 p ω e ω m0 a) Moment-varvtalskurva enligt formel. Translaterade kurvor. b) Karaktäristik då R 1 inte har försummats. 21 / 25

Moment-varvtalskaratäristik för små absoluta slipp För små ω m gäller att R 2 / ω m dominerar nämnaren och momentet kan approximeras T mech = n ph (V 1,eq ) 2 0 (R 2/ ω m ) ( 2ω e0 p )2 (R 2 / ω m ) 2 + (X 1,eq + X 2 ) 2 0 n ph (V 1,eq ) 2 0 ( 2ω e0 p )2 (R 2 / ω m ) Detta ger att T mech (V 1) 2 0 ω m R 2 eller eftersom R 2 och (V 1 ) 0 som regel är konstant under frekvensstyrning att T mech ω m 22 / 25

Spänningsstyrning För momentet gäller T mech V 2 1 Varvtalsstyrning mha spänning för ett varvtalsberoende moment: Används i små burlindade motorer som t ex fläktar där låg tillverkningskostnad är viktigare än hög effektivitet (litet slip). 23 / 25

Rotorresistansstyrning Kan implementeras på släpringade motorer. Varvtalsstyrning mha resistans för ett varvtalsberoende moment: Liknar varvtalsstyrning av likströmsmotorer mha variabel resistans i rotorlindningen. Är liksom spänningsstyrning ineffektiv vid reducerad hastighet. Släpringade motorer är dessutom både dyra att tillverka och underhålla. 24 / 25

Sammanfattning Härlett momentformel. För fix ω s och små slipp s så gäller att T mech V 2 1 s R 2 För konstant V/Hz-styrning och små ω m gäller att T mech (V 1) 2 0 ω m R 2 Varvtalsstyrning genom förändring av det synkrona varvtalet med a) poltalet eller b) den elektriska frekvensen Varvtalsstyrning genom förändring av slippet med c) fasspänningen eller d) rotorresistansen 25 / 25