UPORABA SIMOVERT VC MASTERJA ZA POGON TRANSPORTNEGA TRAKU

Transcription

1 Alen Bračič UPORABA SIMOVERT VC MASTERJA ZA POGON TRANSPORTNEGA TRAKU Diplomsko delo Maribor, april 2010

2 II

3 III Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa Študent: Študijski program: Smer: Mentor: Somentor: Alen Bračič VS ŠP Elektrotehnika Močnostna elektrotehnika red. prof. dr. Mladen TRLEP doc. dr. Marko JESENIK Maribor, april 2010

4 IV ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Mladenu Trlepu za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem somentorju doc. dr. Marku Jeseniku. Hvala tudi babici Veri za ves njen trud. Posebna zahvala velja družini, ki mi je omogočila študij.

5 V UPORABA SIMOVERT VC MASTERJA ZA POGON TRANSPORTNEGA TRAKU Ključne besede: frekvenčni pretvornik, asinhronski motor, transportni trak, električni pogon UDK: : (043.2) Povzetek Diplomsko delo obravnava krmiljenje transportnega traku s pomočjo frekvenčnega pretvornika. V začetnem delu je predstavljen frekvenčni pretvornik SIMOVERT VC MASTER 6SE7021. Poudarek je na spoznavanju siemensovega programskega orodja za nastavljanje parametrov pretvornika. Nato se pridobljeno znanje uporabi pri parametriranju pogona transportnega traku. Cilj diplomske naloge je bil analizirati izmerjene časovne poteke napetosti, frekvence, toka in hitrosti ter ugotoviti, katera nastavitev parametrov frekvenčnega pretvornika je najugodnejša za pogon transportnega traku.

6 VI USE OF THE SIMOVERT VC MASTER FOR THE CONVEYORS BELT DRIVE Key words: frequency converter, induction motor, conveyors belt, electric drive UDK: : (043.2) Abstract Dissertation deals with the study of the frequency converter used for the conveyors belt drive. The first part of the dissertation contains the description of the SIMOVERT VC MASTER 6SE7021. Emphasis is on the study of the Siemens software for parameters setting. The acquired knowledge is used for the conveyors belt parametrization. The aim of the dissertation was to analyse the time line of the voltage, frequency, current and rotations. On the basis of the analyses we tried to find the best parameters settings for the conveyors belt drive.

7 VII KAZALO 1 UVOD TEORIJA ASINHRONSKEGA MOTORJA Uvod Zagon asinhronskih motorjev Zagon zvezda (Y)/ trikot (Δ) Spreminjanje vrtljajev asinhronskega motorja Spreminjanje vrtljajev s spreminjanjem slipa Spreminjanje vrtljajev s spreminjanjem U s Spreminjanje vrtljajev s spreminjanjem U s in f s Načini obratovanja ASM OPIS SIMOVERT VC MASTERJA Načini vnašanja parametrov Najpomembnejši parametri Koraki parametriranja SVCM s pomočjo Drive Monitorja Grafični vmesnik Script Datoteka DELOVANJE ELEKTRIČNEGA POGONA PARAMETRIRANJE POGONA ZA PRIMER TRANSPORTNEGA TRAKU Izračun podatkov pogona Analiza pogona pri različnih delovnih točkah Nastavitev parametrov za želen cikel obratovanja pogona SKLEP LITERATURA PRILOGE Seznam slik Seznam tabel Naslov študenta Kratek življenjepis... 53

8 VIII UPORABLJENI SIMBOLI ASM Asinhronski motor SVCM Simovert VC Master PMU» Parametrization unit«dm» Drive monitor«ep Električni pogon SF»Script File«

9 IX UPORABLJENE KRATICE M m navor motorja (Nm) M b navor bremena (Nm) U s statorska napetost (V) f s statorska frekvenca (Hz) f r rotorska frekvenca (Hz) E s inducirana napetost na statorju (V) P p moč pogona (W) P n nazivna moč motorja (W) n n nazivni vrtljaji motorja (min -1 ) n s sinhronski vrtljaji motorja (min -1 ) I tok motorja (A)

10 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 1 1 UVOD Električni pogoni (EP) so namenjeni pretvarjanju električne energije v mehansko in iz mehanske v električno. EP lahko najdemo v industriji kot tudi doma pri vsakdanjem uporabniku in obsegajo področje električnih strojev, delovnih strojev, mehanike, itd. Pri projektiranju pogona vedno izhajamo iz zahtev delovnega stroja in ne iz razpoložljivih karakteristik pogonskega stroja, zato je prilaganje ES delovnemu stroju najpomembnejši korak do kvalitetnega pogona. EP ima določene prednosti pred ostalimi pogoni, kot so enostavno krmiljenje in regulacija, male izgube v prostem teku, velik izkoristek v obratovanju, enostavna prilagoditev na delovni stroj, itd. V sodobnih aplikacijah se vedno pogosteje pojavljajo potrebe po pogonih s spremenljivo hitrostjo. V osnovi lahko električni motorji obratujejo s konstantno ali spremenljivo hitrostjo. Danes s konstantno hitrostjo obratuje veliko pogonov v industriji, vendar pa se strmo dviguje delež aplikacij, kjer potrebujemo vodenje po hitrosti in navoru. Tipičen pogon s spremenljivo hitrostjo vsebuje električni motor, mehansko povezavo, mehansko breme (proga), elektromehanski ali elektronski sistem za vklop/izklop ter zaščite in močnostni pretvornik. Za EP lahko uporabljamo različne elektromotorje. V okviru naše naloge imamo motor s kratkostično kletko, katerega vodimo s frekvenčnim pretvornikom Simovert VC master - 6SE7021-0E.6. ASM spreminjamo hitrost vrtenja s spreminjanjem napajalne frekvence in napetosti.

11 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 2 2 TEORIJA ASINHRONSKEGA MOTORJA Asinhronski motor se odlikuje po enostavni zgradbi, veliki obratovalni zanesljivosti, minimalnem vzdrževanju in nizki ceni. Slika 2.1 Asinhronski motor [4]. 2.1 Uvod Asinhronski motorji imajo dve navitji, primarno in sekundarno navitje, ki sta nameščeni v utorih statorja oziroma rotorja. Med statorjem in rotorjem je zračna reža δ, ki zagotovi varno gibanje rotorja. Imamo torej magnetni krog z zračno režo. Število faznih navitij statorja m s je lahko različno od števila faznih navitij rotorja m r. Tokovi, ki tečejo skozi statorska in rotorska navitja, ustvarjajo svoje m- fazne amper ovoje in ker so ti tokovi izmenični, dobimo vrtilne amper ovoje. Ti ustvarjajo vrtilni magnetni fluks, ki inducira napetost v sekundarnem (rotorskem) navitju. Pri asinhronskem stroju frekvenca rotorskih električnih veličin na splošno ni enaka frekvenci statorskih električnih veličin.

12 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 3 Slika 2.2 Slika tri faznega asinhronskega motorja s kratkostično kletko [2]. Asinhronski stroj ima pri svojem normalnem obratovanju sekundarno navitje kratko sklenjeno. Kakor hitro se začne rotor gibati, se joulske izgube v rotorskem navitju znižajo, raste pa mehanska moč na gredi stroja. Vrtilni magnetni fluks stroja se vrti s sinhronskim številom vrtljajev n s glede na mirujoč stator, rotor pa z vrtljaji n < n s, torej asinhrono. 2.1 Zagon asinhronskih motorjev Ob priklopu asinhronskega motorja na omrežje bo iz omrežja stekel velik zagonski tok, ki je bistveno večji od nazivnega. Velik zagonski tok lahko povzroči velike padce napetosti v omrežju, ti pa lahko povzročijo, da zaščita izklopi motor. Zato direktno zaganjamo samo motorje majhnih moči. Za zmanjševanje toka I z in moment M z (mehki zagon) uporabljamo : - zagon zvezda trikot, - zagon z znižano napetostjo, - zagon z rotorskimi upori (pri motorjih z navitim rotorjem), - frekvenčni zagon, - zagon s predupori. Od naštetih bom v nadaljevanju podrobneje opisal samo zagon zvezda trikot.

13 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran Zagon zvezda (Y)/ trikot (Δ) Zagon zvezda/trikot se uporablja pri motorjih manjših in srednjim moči. Za takšen zagon morata biti izpolnjena dva pogoja : - osnovna vezava motorja je trikot, - dostop do začetkov in koncev posameznih faz statorskega navitja. Slika 2.3 Zagon zvezda/trikot [1]. Ob zagonu zmanjšamo napetost tako, da vežemo statorsko navitje v zvezdo. Pri dovolj velikem številu vrtljajev pa preklopimo motor v trikot.

14 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 5 Slika 2.4 Preklop zvezde v trikot[1]. Pozorni moramo biti, da je preklop zvezde v trikot opravljeno dovolj pozno. Kajti ob prehitrem preklopu ne dosežemo želenega znižanja vrednosti momenta med zagonom. 2.2 Spreminjanje vrtljajev asinhronskega motorja Asinhronski motor nam nudi več možnosti spreminjanja vrtljajev. Spreminjano jih lahko s spreminjanjem slipa, števila polovih parov, statorske napetosti in frekvence Spreminjanje vrtljajev s spreminjanjem slipa Vrtljaje lahko spreminjamo v področju pod naravno karakteristiko, tako da vključimo v rotorski tokokrog dodatne upore. Z dodajanjem R d v rotorski tokokrog se spremeni omahni slip, medtem ko M om ostane nespremenjen, kar pomeni, da postajajo momentne karakteristike bolj mehke. Območje spreminjanja vrtljajev je razmeroma veliko, odvisno pa je od M b. Velika pomanjkljivost pa so dodatne izgube pri tem načinu nastavljanja n, ki

15 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 6 zelo poslabšajo izkoristek pogona. Znano je, da so izgube P cu2 sorazmerne slipu, zato večje spreminjanje slipa tudi povečuje delež izgub v sprejemani moči P 1. Zaradi tega uporabljamo ta način le v manjšem obsegu spreminjanja vrtljajev in še to pri kratkotrajnem obratovanju. Slika 2.5 Spreminjanje n z dodajanjem R d [1] Spreminjanje vrtljajev s spreminjanjem U s Iz teorije ASM vemo, da se M pri konstantnem slipu spreminja s kvadratom U s, pri čemer je slip odvisen seveda od M b. Zvezno spreminjanje n je omogočeno z brezstopenskim spreminjanjem statorske U. Pri zmanjševanju U s se zmanjšujejo n in tudi M om. Obseg spreminjanja n je omejen z velikostjo M b in samo obliko momentne karakteristike ASM. Običajno je možen obseg spreminjanja n zelo majhen, razen če omogočimo obratovanje tudi v nestabilnem delu karakteristike. Vendar pa to na drugi strani prinaša velike izgube, kar ni zaželeno. Večje področje spreminjanja n lahko dosežemo pri ASM z drsnimi obroči z veliko rotorsko upornostjo. Vendar se tudi tukaj ne moremo izogniti povečanju izgub. Je pa prednost ta, da se del izgub porabi zunaj motorja na uporih. Če vzamemo primer spreminjanja n pri M b = konst., vidimo, da je takšen pogon nekvaliteten, posebej pri nizkih

16 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 7 vrtljajih, saj je preobremenljivost (M om /M n ) minimalna. Karakteristike so zelo mehke, kar pomeni, da majhna sprememba M b povzroči veliko spremembo n. Praktično se ta način uporablja le za kratkotrajno obratovanje, razen pri ventilatorskih bremenih, kjer ni problemov s segrevanjem, zaradi istočasnega padanja karakteristike motorja in M b pri znižanju n. Slika 2.6 Spreminjanje n s spreminjanjem U s [1] Spreminjanje vrtljajev s spreminjanjem U s in f s Ta način spreminjanja n je pogosto uporabljan in je najbolj primeren za motorje s kratkostično kletko. Vrtljaji so določeni z enabčo 2.1. fs 60 n ns 1 s 1 s (2.1) p S tem, da spreminjamo frekvenco fs, spreminjamo n s v relativno širokem obsegu. S spremembo f s se spreminja tudi fluks in s tem momentne karakteristike ASM (v področju od 0 50 Hz fluks narašča, kar ni ugodno). Zaradi tega moramo spreminjati tudi napetost U s. Iz enačbe za inducirano napetost v statorskem navitju izhaja, da lahko obdržimo fluks približno konstanten ob ustrezni spremembi U s in f s.

17 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran Načini obratovanja ASM a) Obratovanje pri U s /f s = konst. Razmerje U s / f s = konst. je omejeno samo na področje od 0Hz do 50Hz. Fluks se v tem področju pri zmanjševanu f s zmanjšuje, zmanjšuje se tudi E s. Razlog tiči v dejstvu, da je statorski ohmski padec napetosti pri M b =konst. praktično konstanten v celotnem področju spreminjanja frekvence. Zaradi tega ima relativno večji vpliv pri nižjih frekvencah, kar pomeni večje zmanjšanje E s (kot U s ) in s tem tudi zmanjševanje fluksa. To se kaže z zmanjševanjem omahnega momenta, kar lahko v nekaterih pogonih pripelje do problemov zaradi zmanjšanja faktorja preobremenitve. Slika 2.7 Karakteristika n pri spremembi f s [1]. Če želimo obdržati približno konstantno vrednost fluksa, moramo kompenzirati statorski (ohmski) padec, kar naredimo z dodatnim povečevanjem napetosti U S (krmiljenje / regulacija). V področju nad 50Hz ne spreminjamo U S, tako da se v tem področju fluks zmanjšuje (slabljenje polja). Obremenitev motorja je potrebno v tem delu zmanjšati (običajno je meja maksimalne obremenitve P b = konst.)

18 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 9 b) Obratovanje pri E S /f S = konst. Razmerje E S /f S = konst. je omejeno samo na področje od 0Hz do 50Hz. Fluks je v tem področju konstanten. Moment je odvisen samo od rotorske frekvence. To pomeni, da enakemu momentu ustreza enaka f r. Ta ugotovitev omogoča zelo precizno regulacijo števila vrtljajev asinhronskemu motorju v odvisnosti od bremena, saj moramo meriti le f r. Omahni moment je konstanten. Slika 2.8 Karakteristika n pri spremembi f s [1].

19 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 10 3 OPIS SIMOVERT VC MASTERJA Slika 3.1 Simovert VC master. Simovert VC master spada v družino siemensovih frekvenčnih pretvornikov. Namenjen je krmiljenju izmeničnih motorjev. Motorju lahko spreminjamo vrtljaje s spreminjanjem napetosti U in frekvence f. Spreminjanje vrtljajev poteka po funkciji U/f=konstanta. Pretvornik lahko obratuje v odprti zanki, kjer je možna nastavitev frekvence f, ali zaprti zanki, kjer je možna regulacija navora in regulacija vrtljajev.

20 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran Načini vnašanja parametrov a) Z uporabo PMU - (Parametrization unit) Slika 3.2 PMU. PMU enota je nameščena neposredno na SVCM in omogoča ročni vnos parametrov. PMU je sestavljen iz naslednjih delov: - prikazovalnik prikazuje obratovalna stanja, parametre, alarme, itd., - p tipka, ki omogoča vnos patametrov, izbiro vrste parametrov in brisanje napak, - tipki gor in dol, ki omogočata izbiro vrednosti parametrov, - tipka za vklop, - tipka za izklop, - tipka, ki omogoča spremembo smeri vrtenja motorja, - serijski priključek (X300), ki omogoča povezavo napajalnika s PC-jem.

21 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 12 b) Z uporabo programskega orodja <Drive monitor> DM Slika 3.3 DM. Parametre smo nastavljali preko serijskega vmesnika na računalniku, torej s pomočjo DM. Nastavljanje s pomočjo DM ima številne prednosti pred nastavljanju s PMU. Nekatere prednosti so: - boljša preglednost parametrov, - možnost nastavljanja po korakih, - lažja dostopnost, - možnost parametriranja na daljavo.

22 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 13 SVCM ima dve vrsti parametrov: a) Vizualne Vizualni parametri se ne morejo spreminjati in se uporabljajo za spremljanje trenutnih veličin. Njihova struktura je naslednja : rxxx in nxxx b) Nastavljive Nastavljivi parametri se lahko spreminjajo. Njihova struktura je naslednja: PXXX ali UXXX. V listi parametrov v DM se parametri ločijo tudi po barvah. Obarvani so z naslednjimi barvami : - zeleno obarvani parametri, ki ji lahko spreminjano med obratovanjem, - rumeno obarvani, ki jih nikdar ne moremo spreminjati, - modro obarvani, ki jih ne moremo spreminjati med obratovanjem. 3.2 Najpomembnejši parametri - za definiranje asinhronskega motorja P101 nazivna napetost motorja U n P102 nazivni tok motorja I n P104 faktor delavnosti motorja cosρ P105 nazivna moč motorja P n P106 izkoristek motorja η P107 nazivna frekvenca motorja f n P108 nazivni vrtljaji motorja n n P109 število polovih parov P113 nazivni moment motorja M n

23 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 14 - za definiranje pogona P330 način spremembe U in f P350 referenčna vrednost toka I ref P351 referenčna vrednost napetosti U ref P352 referenčna vrednost frekvence I ref P353 - referenčna vrednost vrtljajev n ref P354 referenčna vrednost momenta M ref - za definiranje karakteristike hitrosti P462 čas pospeševanja t p P464 čas zaviranja t z P469 čas začetne zaokrožitve t zz P470 čas končne zaokrožitve t kz - za definiranje omejitve navora, toka in frekvence ASM P128 maksimalna vrednost toka P492 maksimalna vrednost navora za eno smer vrtenja P498 maksimalna vrednost navora za drugo smer vrtenja 3.3 Koraki parametriranja SVCM s pomočjo Drive Monitorja Drive monitor omogoča vnos parametrov na dva načina. a) Direkten vnos podatkov v celotno tabelo parametrov Parametre lahko vnesemo direktno preko tabele parametrov. Ta način vnašanja parametrov je zahtevnejši. Lahko se zgodi, da pozabimo vnesti katerega izmed pomembnih parametrov.

24 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 15 Slika 3.4 Del tabele parametrov. Tabela parametrov ima naslednje stolpce : - številka parametra Vsak parameter ima svojo številko, po katerem ga prepoznamo. - ime parametra Nekatera imena so takšna, da takoj ugotovimo fizikalni pomen parametra. Pri drugih pa si lahko pomagamo s programsko pomočjo, ki je integrirana v program.

25 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 16 - indeks parametra Lahko vnesemo več vrednosti parametra, ki se nato uporabljajo za pogon do štirih motorjev oziroma režimov obratovanja motorja. Indeks parametra Slika 3.5 Indeks parametra. - vrednost parametra Vrednost parametra je odvisna od tega, ali imamo fizikalne veličine (tok, napetost frekvenca itd.). Takšne vrednosti so prikazane s številkami. Lahko pa se zgodi, da je vrednost parametrov napisana z besedami (omogočen, veljaven itd.). Z dvojnim klikom na izbrani parameter nastavljamo njegovo vrednost, kar je prikazano na sliki 3.6, ali pa imamo možnost izbire ene izmed opcij, ki nam je ponujena, prikazano na sliki 3.7. Slika 3.6 Vnos vrednosti parametra.

26 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 17 Slika 3.7 Vnos vrednosti parametra. - enota Parametri lahko imajo naslednje enote: - fizikalne enote, kot so amper A, frekvenca Hz itd., - enote v %, ki pomenijo odstotek referenčne vrednosti, - nekateri parametri so brez enot. enota Slika 3.8 Prikaz enot.

27 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 18 b) Parametriranje z uporabo prednastavljenih korakov Ta način vnašanja parametrov je enostavnejši, saj nas vodi po korakih in pomaga izbrati najpomembnejše parametre. Po končanem vnašanju lahko gremo pogledat celotno listo parametrov in po želji popravimo katerega od parametrov. Slika 3.9 Nastavljanje tipa frekvenčnega pretvornika. Z grafičnim oknom na sliki 3.9 nastavimo tip frekvenčnega pretvornika. V našem primeru je to 6SE7021-0E.6. Vnesemo še vrednost napajalne napetosti.

28 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 19 Slika 3.10 Nastavljanje parametrov motorja Z grafičnim oknom na sliki 3.10 nastavimo tip motorja. Če v siemensovi bazi podatkov najdemo naš motor, program avtomatsko nastavi nazivne podatke motorja. Kadar tip motorja ni v bazi podatkov, moramo izpolnit naslednje podatke: - nazivna napetost motorja, - nazivni tok motorja, - magnetilni tok, - faktor delavnosti, - frekvenca motorja, - nazivno število vrtljajev, - število polovih parov, - nazivni navor motorja.

29 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 20 Slika 3.11 Nastavljanje tipa merilnika vrtljajev. Z grafičnim oknom na sliki 3.11 nastavimo tip merilnika vrtljajev. V našem primeru smo izbrali opcijo brez merilnika vrtljajev. Slika 3.12 Nastavljanje načina hlajenja motorja.

30 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 21 Z grafičnim oknoma na sliki 3.12 nastavimo vrsto temperaturnega senzorja in način hlajenja motorja. V našem primeru nismo imeli temperaturnega senzorja, motor ima lastno hlajenje. Slika 3.13 Nastavljanje način krmiljenja motorja. Z grafičnim oknom na sliki 3.13 nastavimo način krmiljenja motorja. V našem primeru smo imeli U/f odprto zančno krmiljenje. Možni načini krmiljenja, če nimamo merilnika vrtljajev, so : 1. U/f odprto zančno krmiljenje, 2. U/f odprto zančno krmiljenje za tekstilno aplikacijo, 3. Zaprto zančno krmiljenje brez merilnika vrtljajev.

31 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 22 Slika 3.14 Nastavljanje časovnega poteka pogona. Z grafičnim oknom na sliki 3.14 nastavimo čas pospeševanja, čas pojemanja in hitrostno omejitev. 1. Nastavitev časa pospeševanja od 0 do referenčne vrednosti v sekundah. V našem primeru smo vnesli 0,5 s. 2. Nastavitev časa pojemanja od referenčne vrednosti do 0 v sekundah. V našem primeru smo vnesli 0,5 s. 3. Nastavitev časa začetne zaokrožitve v sekundah. V našem primeru smo vnesli 0,1 s. 4. Nastavitev časa končne zaokrožitve v sekundah. V našem primeru smo vnesli 0,1 s. 5. Omejitev hitrosti vrtenja v pozitivni smeri v %. V našem primeru smo vnesli 200%. 6. Omejitev hitrosti vrtenja v negativni smeri v %. V našem primeru smo vnesli -200%. 7. Izpis referenčne vrednosti frekvence v Hz. V našem primeru je 50 Hz.

32 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran Izpis referenčne vrednosti vrtljajev v min -1. V našem primeru je 1500 min -1. Slika 3.15 Nastavitev tokovnih omejitev in začetne napetosti. Z grafičnim oknom na slike 3.15 nastavimo maksimalni in referenčni tok, referenčno in nazivno napetost motorja. 1. Nastavitev začetne napetosti v voltih. V našem primeru smo vnesli 40 V. 2. Nastavitev frekvence, pri kateri preidemo na karakteristiko U/f = konst. V našem primeru smo vnesli 30 Hz. 3. Izpis nazivne napetosti v voltih. V našem primeru je 400 V. 4. Izpis nazivne frekvence v Hz V našem primeru je 50 Hz. 5. Določitev frekvence, do katere se povečuje napetost. V našem primeru smo vnesli 50 Hz

33 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran Nastavitev maksimalne vrednosti toka v amperih. V našem primeru smo vnesli 9,4 A. 7. Izpis referenčnega toka v amperih V našem primeru je 4,7A. 8. Izpis referenčne vrednosti napetosti v voltih. V našem primeruje je 400 V. Slika 3.16 Okno za potrditev konfiguracije. Grafično okno 3.16 prikazuje osnovne podatke celotnega pogona. V njem lahko preverimo podatke, preden potrdimo nastavitev. 3.4 Grafični vmesnik Funkcija Trace v DM nam lahko posname časovne poteke različnih veličin. Trace je grafični vmesnik za risanje časovnih potekov tokov, vrtljajev, napetosti, navora

34 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 25 Slika 3.17 Grafični vmesnik V našem primeru smo posneli časovne poteke toka, napetosti in frekvence. Slika 3.18 Časovni poteki v grafičnem vmesniku.

35 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran Script Datoteka Realizacijo zahtevnejših pogonov lahko izvedemo s pomočjo»script datoteke«. Pogon opravimo tako, da ustrezen program napišemo v urejevalniku»script datoteke«in ga izvedemo v DM. S pomočjo»script datoteke«spreminjamo parametre z uporabo ustrezni ukazov. Najpomembnejši ukazi so : - Write Ukaz»Write«uporabljamo za vpis vrednosti želenega parametra. Ukazu sledi številka parametra, indeks parametra in nova vrednost parametra. - Time Ukaz»time«uporabljamo za nastavitev zakasnitve. Ukazu»time«sledi številka, ki določa čas zakasnitve. - Read Ukaz»Read«uporabljamo za branje vrednosti parametra. Ukazu sledi številka želenega parametra. - Call Ukaz»call«uporabljamo za klicanje predhodno izbranega programa. Ukazu»call«sledi ime datoteke v narekovajih. Razen omenjenih ukazov še lahko uporabljamo»if«,»if-else«stavke,»for«,»do- while«zanke, funkcije, itd Slika 3.19 nam prikazuje»script datoteko«za izvedbo enega cikla obratovanja pogona.

36 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 27 Slika 3.19 Cikel pogona v urejevalniku»script datotek«.

37 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 28 4 DELOVANJE ELEKTRIČNEGA POGONA Pogon, na katerem smo izvajali meritve, je sestavljen iz frekvenčnega pretvornika za krmiljenje ASM, ASM, merilnika navora, bremena ter merilnika hitrosti. Za pogonski stroj smo uporabili ASM s kratkostično kletko. Gredi motorjev sta povezani s sklopkami in momentno merilno gredjo. Za simuliranje tekočega traku smo uporabili aktivno breme. Pogonski stroj (ASM) merilnik navora aktivno breme merilnik hitrosti Slika 4.1 Slika električnega pogona.

38 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 29 Ker nismo imeli tekočega traku, smo bremensko karakteristiko simulirali z aktivnim bremenom. Aktivna bremena omogočajo testiranje pogonskih strojev, ne da bi imeli na razpolago dejansko breme. Uporabljeno aktivno breme je sestavljeno iz ASM, ki je krmiljen s frekvenčnim pretvornikom z ustrezno programsko opremo. V program vnesemo želeno bremensko karakteristiko v obliki polinomoma. V našem primeru smo vnesli samo konstanten člen, kar pomeni konstanten navor. ASM, ki smo ga uporabili za aktivno breme, ima nazivne podatke podane v tabeli 4.1. Tabela 4.1 Nazivni podatki ASM aktivnega bremena. U N (V) I N (A) f N (Hz) P N (kw) n N (min -1 ) 230/400 /Y 20,6/11,9 /Y 50 5, Nazivni podatki uporabljenega ASM so podani v tabeli 4.2. Tabela 4.2 Nazivni podatki ASM. U N (V) I N (A) f N (Hz) P N (kw) n N (min -1 ) cos φ η 400/690 /Y 8,2/4,7 /Y ,83 0,85 Ker imamo motor napajan z znižano napetostjo (400 V) v vezavi Y, moramo preračunati moč motorja in navora po enačbah 4.1. P 3 U I cos ,7 0,83 0, ,29W n M P , ,23 Nm n m 2 nn (4.1)

39 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 30 5 PARAMETRIRANJE POGONA ZA PRIMER TRANSPORTNEGA TRAKU Pridobljeno znanje o celotnem pogonu in SVCM uporabimo za parametriranje transportnega traku. Naša naloga je bila: - izbira motorja, da se bo motor vrtel z želenimi vrtljaji, - parametriranje SVCM za delovanje tekočega traku pri različnih delovnih točkah, - parametriranje SVCM za delovanje tekočega traku pri ciklu na sliki Izračun podatkov pogona Slika 5.1 Pogon tekočega traku [7]. Izračun moči pogona: Podatki : v= 0.8 km/h =0.222 m/s Izračun sile traku [7]: mb mb F traku µ T g( m ) µ R g mr Ftraku 0,33 9,81(2023,5 ) 0, 033 9,81 9, , 4Nm 2 (5.1)

40 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 31 kjer je : µ R konstanta trenja rotirajočih delov µ T konstanta trenja drsečih delov m masa bremena m B masa traku m R masa valjev Izračun moči pogona: Ptraku Ftraku v 6636, 4 0, , 28W (5.2) Izračun moči in vrtilnega momenta motorja: P P 1473, ,6W traku m (5.3) prenosov 0,80 M P , ,52Nm 2 n m p Mb (5.4) Izračun moči za vrtljaje motorja 780 min -1 P m , ,96W 1300 (5.5) Izračun frekvence za delovne točke in cikel pogona Za parametriranje je bilo potrebno izračunat frekvenco, da dobimo želene vrtljaje in s tem povezano hitrost tekočega traku. Frekvenco smo izračunali za vsako delovno točko posebej in jo nastavljali med obratovanjem s pomočjo SVCM in programom DM. Izračun frekvence temelji na upoštevanju podobnih trikotnikov prikazanih na sliki 5.2. Merilo za vrtljaje na sliki 5.2 se zaradi preglednosti začne pri 1000 min -1.

41 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 32 Slika 5.2 Prikaz podobnih trikotnikov. n n M M n n n n n n M M f s n n b 1 ž s n ž 1 b n 1 ž 1 ž (5.6) n p ; n f p (5.7) sž ž ž ž 1 f f f ( n) f f f (5.8) Kjer so: n s - sinhronski vrtljaji, n n - nazivni vrtljaji, n ž -želeni vrtljaji, M n nazivni moment, M b - moment bremena, n 1 vrtljaji pri M b označeni na sliki 5.2,

42 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 33 f 1 frekvenca za vrtljaje n 1, f ž frekvenca za vrtljaje n ž, f sž frekvenca, ki jo nastavimo, da ob obremenitvi M b dobimo vrtljaje n ž. Izmerili smo momentno karakteristiko motorja v odvisnosti od vrtljajev. S pomočjo karakteristike smo določili M n in n n. Te podatke uporabimo v enačbi 5.6. Izmerjeni podatki : Tabela 5.1 Izmerjeni podatki ASM M (Nm) n (min -1 ) (M n ) 1368 (n n ) 17, Slika 5.3 Del izmerjene momentne karakteristike motorja.

43 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 34 Primer izračuna frekvence za prvo delovno točko : S pomočjo enačb 5.6, 5.7 in 5.8 bomo izračunali frekvenco za prvo delovno točko. Parametri: M n = 15 Nm M b =14 Nm n ž = 1300 min -1 n n = 1368 min -1 M b 14 1 n1 nž ns nn ,8min (5. 9) M 15 f n p1176, n ,22Hz (5.10) f n p ž ž 43,33Hz (5.11) fsž fž f ( n) 43,33 43,33 39, 22 47, 43Hz (5.12) S pomočjo enačbe 5.9 lahko izračunamo n 1, kot je prikazano na sliki 5.2. Pri čemer je razlika med n ž in n 1. n Določitev začetne napetosti motorja Tabela 5.2 Izmerjeni moment stoječega motorja za različne začetne napetosti. Začetna napetost (V) M b (Nm) 12, , ,5

44 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 35 Tabela 5.2 prikazuje izmerjene začetne momente motorja za različne vrednosti začetne napetosti U 0. Napetost U 0 je prikazana na sliki 5.4. Slika 5.4 Potek napetosti. Na sliki 5.5 se vidi, da se v primeru U 01 motor zavrti šele pri frekvenci f 1, medtem ko se pri nastavljeni napetosti U 02 zavrti že pri najnižjih frekvencah. Slika 5.5 Različne začetne napetosti U 0.

45 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 36 V praksi nastavljamo začetno napetost zato, da je že pri vrtljajih 0 moment motorja večji od momenta traku Mm Mtraku. 5.2 Analiza pogona pri različnih delovnih točkah Preizkusili bomo različne delovne točke. Delovnim točkam bomo spreminjali vrtljaje in moment bremena ter opazovali potek napetosti, toka in frekvence. Prav tako je bilo potrebno za vsako delovno točko izračunat frekvenco s pomočjo enačb 5.6, 5.7 in 5.8. Prva delovna točka Podatki delovne točke : M b = 14 Nm n = 1300 min -1 Delavni točki samo nastavljali sledeče parametre. a) Postavljeni parametri preizkusa - Čas pospeševanja 1 sekunda. - Čas zaviranja 1 sekunda. - Nastavljena frekvenca 47,43 Hz. - Tokovna in momenta omejitev 140%. Na sliki 5.6 vidimo potek napetosti. Na poteku se vidi začetna napetost, ki v našem primeru znaša 40 V. Začetno napetost smo nastavili, da motor razvija dovolj velik moment že pri najnižji frekvenci. Iz tokovnega poteka na grafu 5.8 vidimo, da pride do delovanja tokovnega limita, zaradi prevelikega tokovnega sunka. Iz poteka hitrosti je vidno, da se je pogon zaustavil praktično hipoma. Zaradi velikih mehanskih obremenitev je taka nastavitev parametrov neugodna za naš pogon.

46 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 37 b) Postavljeni parametri preizkusa - Čas pospeševanja 4 sekunde. - Čas zaviranja 4 sekunde. - Nastavljena frekvenca 47,43 Hz. - Tokovna in momenta omejitev 140%. Potek napetosti na grafu 5.6 je v skladu s pričakovanjem. Zaradi začetne napetosti imamo velik začetni tok, ki drži navor bremena. Prav tako vidimo na grafu 5.8, da je sedaj tokovni potek ugodnejši, kajti ne pride do velikih tokovnih sunkov in posledično do delovanja tokovnega limita. Na grafu 5.9 se vidi, da referenčno vrednost hitrosti doseže v skladu z nastavitvami. c) Postavljeni parametri preizkusa - Čas pospeševanja 4 s. - Čas zaviranja 4 s. - Čas začetne zaokrožitve 2 s. - Čas končne zaokrožitve 2s. - Nastavljena frekvenca 47,43 Hz. - Tokovna in momenta omejitev 140%. Iz poteka toka na grafu 5.8 se vidi, da je prišlo do najmanjših tokovnih sunkov. Poteka napetosti in frekvence na grafu 5.6 in 5.7 sta v skladu s pričakovanjem. Iz poteka hitrosti na grafu 5.9 lahko vidimo, da se želeni vrtljaji razlikuje le za 5 min -1 od izmerjenih. Prav tako se vidi, da je bila sprememba vrtljajev najpočasnejša.

47 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 38 Slika 5.6 Časovni poteki napetosti. Slika 5.7 Časovni poteki frekvence.

48 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 39 Slika 5.8 Časovni poteki toka. Slika 5.9 Časovni poteki vrtljajev.

49 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 40 Druga delovna točka Podatki delovne točke : M b = 7 Nm n = 1300 min -1 d) Postavljeni parametri preizkusa - Čas pospeševanja 4 sekunde. - Čas zaviranja 4 sekunde. - Nastavljena frekvenca 45,42 Hz. - Tokovna in momenta omejitev 140%. Napetost in frekvenca na slikah 5.10 in 5.11 potekata v skladu s pričakovanjem, kar pomeni, da linearno naraščata do nazivne vrednosti. Na sliki 5.12 vidimo, da tok naraste do vrednosti 4,3 A, nato ob vklopu motorja pade na polovično vrednost. Iz poteka hitrosti na grafu 5.13 lahko vidimo, da se želeni vrtljaji razlikuje le za 5 min -1 od izmerjenih.

50 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 41 Slika 5.10 Časovni potek napetosti. Slika 5.11 Časovni potek frekvence.

51 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 42 Slika 5.12 Časovni potek toka. Slika 5.13 Časovni potek vrtljajev.

52 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 43 Tretja delovna točka Podatki delovne točke : M b = 7 Nm n = 780 min -1 e) Postavljeni parametri preizkusa - Čas pospeševanja 4 sekunde. - Čas zaviranja 4 sekunde. - Nastavljena frekvenca 27,92 Hz. - Tokovna in momenta omejitev 140%. Napetost in frekvenca na slikah 5.14 in 5.15 potekata v skladu s pričakovanjem, kar pomeni, da linearno naraščata do nazivne vrednosti. Prav tako ob vklopu motorja pade tok na polovično vrednost in ponovna naraste ob izklopu. Iz poteka hitrosti na grafu 5.17 lahko vidimo, da se želeni vrtljaji razlikuje le za 6 min -1 od izmerjenih.

53 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 44 Slika 5.14 Časovni potek napetosti. Slika 5.15 Časovni potek frekvence.

54 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 45 Slika 5.16 Časovni potek toka. Slika 5.17 Časovni potek vrtljajev.

55 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran Nastavitev parametrov za želen cikel obratovanja pogona Pogon se vklopi po 5 sekundah in se ob vklopu zavrti na 1300 min -1. S tem doseže pogon tekočega traku hitrost premikanja 0,8 km/h. Vrtljaje drži konstantne 30 sekund, nato motor zavira na 780 min -1 in doseže hitrost premikanja 0,5 km/h. Po 15 sekundah vrtljaji ponovno narastejo na 1300 min -1. Vrtljaje drži konstantne 20 sekund in jih nato ponovno zniža na 780 min -1, na kar se pogon po 10 sekundah počasi ustavi. Potrebna moč za premikanje traku s hitrostjo 0,8 km/h je 1841,6W in s hitrostjo 0,5km/h je 1104,96W. Celoten cikel traja 75 sekund in je prikazan na sliki Slika 5.18 Cikel pogona.

56 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 47 Preden smo izvedli cikel zapisan s SF, smo morali v parametriranju z uporabo pred nastavljenih korakov nastavit PMU način krmiljenja. Nato smo parameter P443 nastavili na vrednost KK45. Sedaj smo lahko z uporabo SF spreminjali frekvenco s parametrom P405. Posledično zaradi spreminjanje frekvence so se spreminjali vrtljaji. Prav tako smo nastavljali parametre za pospeševanje in pojemanje hitrosti. SF za izvedbo cikla s slike 5.18 se vidi na sliki Slika 5.19 SF za izvedbo cikla s slike 5.18.

57 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 48 Slika 5.20 Časovni potek napetosti. Slika 5.21 Časovni potek frekvence. Poteka napetosti in frekvence na slikah 5.20 in 5.21 sta v skladu z nastavljenimi parametri.

58 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 49 Slika 5.22 Časovni potek toka. Slika 5.23 Časovni potek vrtljajev. Iz slike 5.22 se vidi, da ni prišlo do velikih tokovnih sunkov. Iz poteka hitrosti na sliki 5.23 se vidi, da je odziv dokaj počasen. Ta cikel je primeren za delovanje tekočega traku, ker ima male tokovne sunke in počasne odzive.

59 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 50 6 SKLEP Frekvenčni pretvornik SVCM se nastavlja s pomočjo parametrov. Ker je tabela parametrov zelo obsežna in je potrebno vložit veliko časa, da bi spoznali parametre, je priporočljivo, da predhodno ugotovimo in izpišemo najpomembnejše parametre. Vnos parametrov lahko izvedemo preko PMU, vendar je postopek zahteven in nepregleden. Zato je boljša opcija vnos parametrov s pomočjo programa DM, ki ima dva načina za vnos parametrov: - direkten vnos parametrov v tabelo parametrov, ki je še vedno zahteven zaradi velike količine parametrov, - vnos s prednastavljanjemi koraki, ki nam olajša delo, saj ima uporabniku prijazen grafični vmesnik. Iz mojih izkušenj je najustreznejši način vnos s prednastavljenimi koraki in nato po potrebi spreminjanje posameznih parametrov z direktnim vnosom v tabelo parametrov. Za ustrezno parametriranje pogona sem moral poznati delovanje le tega. Posebej važne so bile karakteristike delovanja pogonskega stroja in bremena. Delovanje pogona smo preizkušali z različno nastavljenimi parametri in glede na časovne odzive sem skušal ugotovit najprimernejše parametre za primerno delovanje tekočega traku. Iz časovnih potekov sem ugotovil, da je najugodnejši pogon, če se vrtljaji počasi spuščajo in dvigajo. Če smo vrtljaje spreminjali prehitro in skoraj stopničasto, je prišlo do prevelikega tokovnega sunka, kot je prikazano na sliki 5.8. Ob koncu lahko zaključim, da je pomembno ustrezno parametriranje pogona. Ker nam to lahko prinese dolgo življenjsko dobo in manj okvar pogona.

60 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 51 7 LITERATURA [1] M. Trlep, Električni pogoni, skripta - zapiski predavanj. [2] I. Zagradišnik, B. Slemnik, Električni rotacijski stroji, 4. izd., Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, Maribor, [3] Siemens AG, [4] [5] [6] Marko Jesenik, Mladen Trlep, Električni pogoni -laboratorijske vaje. [7]

61 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 52 8 PRILOGE 8.1 Seznam slik Slika 2.1 Asinhronski motor [4] Slika 2.2 Slika tri faznega asinhronskega motorja s kratkostično kletko [2] Slika 2.3 Zagon zvezda/trikot [1] Slika 2.4 Preklop zvezde v trikot[1] Slika 2.5 Spreminjanje n z dodajanjem R d [1] Slika 2.6 Spreminjanje n s spreminjanjem U s [1] Slika 2.7 Karakteristika n pri spremembi f s [1] Slika 2.8 Karakteristika n pri spremembi f s [1] Slika 3.1 Simovert VC master Slika 3.2 PMU Slika 3.3 DM Slika 3.4 Del tabele parametrov Slika 3.5 Indeks parametra Slika 3.6 Vnos vrednosti parametra Slika 3.7 Vnos vrednosti parametra Slika 3.8 Prikaz enot Slika 3.9 Nastavljanje tipa frekvenčnega pretvornika Slika 3.10 Nastavljanje parametrov motorja Slika 3.11 Nastavljanje tipa merilnika vrtljajev Slika 3.12 Nastavljanje načina hlajenja motorja Slika 3.13 Nastavljanje način krmiljenja motorja Slika 3.14 Nastavljanje časovnega poteka pogona Slika 3.15 Nastavitev tokovnih omejitev in začetne napetosti Slika 3.16 Okno za potrditev konfiguracije Slika 3.17 Grafični vmesnik Slika 3.18 Časovni poteki v grafičnem vmesniku Slika 3.19 Cikel pogona v urejevalniku»script datotek« Slika 4.1 Slika električnega pogona Slika 5.1 Pogon tekočega traku [7] Slika 5.2 Prikaz podobnih trikotnikov Slika 5.3 Del izmerjene momentne karakteristike motorja Slika 5.4 Potek napetosti Slika 5.5 Različne začetne napetosti U Slika 5.6 Časovni poteki napetosti Slika 5.7 Časovni poteki frekvence Slika 5.8 Časovni poteki toka Slika 5.9 Časovni poteki vrtljajev Slika 5.10 Časovni potek napetosti Slika 5.11 Časovni potek frekvence Slika 5.12 Časovni potek toka Slika 5.13 Časovni potek vrtljajev Slika 5.14 Časovni potek napetosti Slika 5.15 Časovni potek frekvence

62 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 53 Slika 5.16 Časovni potek toka Slika 5.17 Časovni potek vrtljajev Slika 5.18 Cikel pogona Slika 5.19 SF za izvedbo cikla s slike Slika 5.20 Časovni potek napetosti Slika 5.21 Časovni potek frekvence Slika 5.22 Časovni potek toka Slika 5.23 Časovni potek vrtljajev Seznam tabel Tabela 4.1 Nazivni podatki ASM aktivnega bremena Tabela 4.2 Nazivni podatki ASM Tabela 5.1 Izmerjeni podatki ASM Tabela 5.2 Izmerjeni moment stoječega motorja za različne začetne napetosti Naslov študenta Alen Bračič Greenwiška Maribor 8.4 Kratek življenjepis Rojen: v Mariboru Šolanje: Končal sem Srednjo elektro-računalniško šolo v Mariboru (SERŠ) in nadaljeval izobraževanje na Fakulteti za elektrotehniko, računalništvo in informatiko (FERI) v Mariboru, smer močnostna elektrotehnika visokošolskega strokovnega programa. Sedaj sem v zaključni fazi izobraževanja, in sicer pri izvedbi diplomskega dela.

63 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 54

64 Uporaba SIMOVERT VC masterja za pogon transportnega traku Stran 55