2. De a- synchrone machines in de Ward Leonard testopstelling
2.4. Praktijkvoorbeelden a- synchrone machines
2.4.1. Praktijkvoorbeeld SRA- motor
De theoretische begrippen worden in deze paragraaf verduidelijkt met een praktijkgericht voorbeeld. Bij dit voorbeeld worden de gegevens van de sleepringanker motor van de testopstelling gebruikt. De gegevens van de sleepring anker motor zijn volgens het typeplaatje:
Tabel 2.4.1.1: Motorgegevens sleepring ankermotor testopstelling
Uit voorgaande theoretisch beschrijvingen is duidelijk geworden dat door verandering van de weerstandswaarde van de rotor de stroom in de rotor gevarieerd kan worden en dus ook het koppel. Als er bij stilstand een weerstandswaarde gekozen wordt zodat er de nominale stroom vloeit, kan er bij stilstand het nominaal koppel verkregen worden. In de afbeelding hieronder is het totale koppelverloop van de sleepringanker motor weergegeven. Deze grafiek is van toepassing op de sleepring anker motor van de testopstelling. De rood gestippelde lijn is het koppel- toeren verloop bij geen enkele weerstand in de rotorketen, waarbij de rotor is kortgesloten. De andere kleurenlijnen houden de verschillende rotor trappen in.
Bij de sleepring anker motor kan er elk gewenst koppel bereikt worden bij gewenst toerental. Er moeten dan wel veel rotortrappen geschakeld worden. Dit wordt duidelijk gemaakt door volgende voorbeelden waarbij de weerstandswaarde berekend kan worden met de k- factor.
De weerstandswaarde die van toepassing moet zijn op de rotor kan worden bepaald met behulp van de k- factor. De k- factor is een factor die afhankelijk is van de motor eigenschappen zoals de rotorspanning en rotorstroom. De rotorspanning ( ) van de SRA- motor is volgens het type plaatje 75 VAC en de rotorstroom ( ) 19 A. De k- factor kan met de volgende formule worden uitgerekend:
[2.21]
Als de k- factor betrokken wordt voor de berekeningen van de waarde van de weerstanden gaat dit als volgt:
Trap 1. 80% koppel bij toerental n = 0 omwentelingen / minuut Trap 2. 120% koppel bij toerental n = 0 omwentelingen / minuut Trap 3. 100% koppel bij toerental n = 40 % van
Hoofdstuk: De a- synchrone machines in de Ward Leonard testopstelling - Praktijkvoorbeeld SRA- motor
58
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 1200,0 1400,0
M Trap 1 Trap 2 Trap 3 Trap 4 Trap 5 Trap 6 Max.
Om deze gewenste eigenschappen te realiseren zal de weerstandswaarde van de weerstandstrappen moeten zijn:
Trap 1. = = 2,85 Ω Trap 2. = = 1,9 Ω Trap 3. = = 1,37 Ω Trap 4. = = 0,91 Ω Trap 5. = = 0,46 Ω Trap 6. = = 0,23 Ω
Het getal waardoor de k- factor gedeeld dient te worden, is te bepalen volgens de volgende afbeelding:
Afbeelding 2.4.1.1: koppel- toerenkarakteristiek met weergave en
Hoofdstuk: De a- synchrone machines in de Ward Leonard testopstelling - Praktijkvoorbeeld SRA- motor
59
De waarde wordt bepaald door het verschil in koppel , te delen door het verschil in toerental . Dit is in volgens notatie . Het verschil in toerental moet vanuit het punt gezien worden waar de slip 0 is, dus bij het synchrone toerental van de motor.
De volgende uitwerkingen verduidelijken dit, met bijvoorbeeld rotortrap 3:
100% koppel bij 40% van het synchrone toerental, dit geeft een = 60%, geen 40%! Voor trap 3 geeft dit
100% koppel bij 60% van het synchrone toerental, dit geeft een = 40%, geen 60% Voor trap 4 geeft dit
100% koppel bij 80% van het synchrone toerental, dit geeft een = 20%, geen 80% Voor trap 5 geeft dit
100% koppel bij 90% van het synchrone toerental, dit geeft een = 10%, geen 90% Voor trap 6 geeft dit
De spanning op de rotor, dus de sleepringen van de SRA- motor, is aangeduid met U2 op het typeplaatje en dit is 75 VAC. Aangezien de weerstanden in ster geschakeld zijn, kan er met de formule omgerekend worden van lijn- naar fasespanning door . Dit resulteert in een spanning over elke weerstand van VAC.
In de karakteristiek wordt duidelijk dat het kippunt, het punt waar het maximale koppel optreedt, verplaatst wordt naar links naarmate de weerstandswaarde groter wordt. Het bereik waarin de sleepring ankermotor geregeld wordt is vanaf het kippunt tot het nominale toerental van de motor. Het aanloop gebied met het bijbehorende zadelpunt is bij een SRA- motor niet van toepassing omdat er bij stilstand al het maximale koppel verkregen kan worden.
Uit volgend koppel- toeren karakteristiek is op te maken dat als de rotor sneller draait dan , de machine zal functioneren als generator. Het toerental is hierbij positief en het koppel negatief, dit is dus kwadrant 4.
Hoofdstuk: De a- synchrone machines in de Ward Leonard testopstelling - Praktijkvoorbeeld SRA- motor
60
Afbeelding 2.4.1.2: koppel- toerenkarakteristiek van de SRA- motor van de testopstelling
Een vloeiend koppelverloop kan verkregen worden door de weerstandstrappen tijdens de aanloop op het juiste moment over te schakelen. Als de weerstandstrappen geschakeld worden tijdens de aanloop, zal de volgende koppel- toerenkarakteristiek ontstaan:
.
-260%
-160%
-60%
40%
140%
240%
-1500,0 -1000,0 -500,0 0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0
M Trap 1 Trap 2 Trap 3 Trap 4 Trap 5 Trap 6 Max.
Koppel (Nm)
Toerental (omw/
min)
Belasting
Hoofdstuk: De a- synchrone machines in de Ward Leonard testopstelling - Praktijkvoorbeeld SRA- motor
61
Afbeelding 2.4.1.3: koppel- toerenkarakteristiek bij aanloop SRA- motor uit testopstelling
Uit de koppel- toeren karakteristiek bij aanloop wordt duidelijk dat wanneer het koppel te laag wordt, er overgeschakeld kan worden naar de volgende rotor weerstandstrap waardoor het koppel weer hoger wordt.
Het koppel van de motor mag niet onder het belastingskoppel komen, anders stopt de motor met draaien.
De eerste rotortrap waarbij 80 % koppel bij 0 toeren / minuut wordt verkregen, zal de last dus niet verplaatsen omdat het lastkoppel groter is dan het motorkoppel.
In geval als de rotorweerstanden niet worden aangesloten zal er geen stroom geïnduceerd kunnen worden in de rotor doordat de weerstand oneindig groot is waardoor er dus er geen veldlijnen worden gesneden en de rotor niet zal draaien.
0%
50%
100%
150%
200%
250%
0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 1200,0 1400,0
M Trap 1 Trap 2 Trap 3 Trap 4 Trap 5 Trap 6 Trap 7 Max.
Toerental (omw/ min) Koppel
(Nm)
Belasting
Hoofdstuk: De a- synchrone machines in de Ward Leonard testopstelling - Praktijkvoorbeeld KA- motor