De geïntegreerde machinecascade ELAT

(1)

De geïntegreerde machinecascade ELAT

Citation for published version (APA):

Kreek, van der, J. (1985). De geïntegreerde machinecascade ELAT. Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1985

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

(2)

~

-

.

...

_-

Afdeling der Elektrotechniek biz,

Technische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica rapport nr,

I

De geintegreerde machinecascade BLAT

(3)

•••

Irechnische Hogeschool Eindhoven

Voorwoord

Afdeling der Elektrotechniek

Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica

biz. 1 rapport nr.

De integrated machinecascade, zoals omschreven in octrooi 108945, is een machine die zowel met betrekking tot het hoofdgedrag als wat betreft de stoorverschijnselen moeilijk is te doorgronden.

Auteur is veel dank verschuldigd aan de hoogleraren en andere medewerkers van de vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica, die in talrijke gesprekken hebben bijgedragen tot het ontrafelen van de problemen van ge-noemde machine.

(4)

...

echnische Hogeschool Eindhoven Symbolenlijst E=::: EFG E_::: EFH EAC == EAC } E BC == EBC E FA::: EFA ~B=EFB I =I =ILF a F IFF

=

ILFF Ib

=

IRG I

=

ILA A IB == ILB IC = ILC ILJ J=L =LJ J L=LA L:

=

LB) L =LC C L =L =LF a F L =L =LG b G L q L =L =LFF f FF

hoeksnelheid ingaande as hoeksnelheid uitgaande as

biz. 2

rapport nr.

het door de stroom in het gelijkstroomanker opgebouwde veld, dat omvat wordt door de draaistroomwikkeling rotatiespanning opgewekt in het gelijkstroomdeel van het gelijkstroomanker

rotatiespanning opgewekt in het synchrone deel van het gelijkstroomanker

gekoppelde spanning opgewekt in de draaistroomwikkeling reaktie van de stroom van de draaistroomwikkeling in het gelijkstroomanker

stroom in het gelijkstroomanker

stroom in de bekrachtigingswikkeling van het gelijk-stroomdeel

stroom in de belasting van de gelijkrichterbrug stroom in fase A van de draaistroomwikkeling stroom in fase B van de draaistroomwikkeling stroom in fase C van de draaistroomwikkeling hoeksnelheid van de uitgaande as

massatraagheidsmoment van het gelijkstroomanker

zelfinductiecoefficient per fase van de draaistroom-wikkeling

zelfinductiecoefficient van het gelijkstroomanker inklusief de hulppolen en de compensatiewikkeling zelfinductiecoefficient van de belasting van de gelijk-richterbrug

zelf~nductiecoefficient van de draaistroomwikkeling in

de bekrachtigingsas (borstelas van het gelijkstroomanker) zelfinductiecoefficient van de draaistroomwikkeling

in de dwarsas

zelfinductiecoefficient van de bekrachtigingswikkeling in het gelijkstroomdeel

(5)

•••

Technische Hogeschool Eindhoven

biz. 3 rapport nr. Vervolg symbolenlijst L :;: MAP :;: MBF ;: MCF s R ;: R

=

RFF f FF R =RA;:RB=RC s T :;: D T_ T u ;: U a F U = U b :: U gek

coefficient van wederzijdse inductie tussen be-krachtigingswikkeling en het gelijkstroomanker coefficient van wederzijdse inductie van het syn-chrone deel met het gelijkstroomanker

ohmse weerstand van het gelijkstroomanker inklusief de hulppolen en de compensatiewikkeling

I

ohmse weer stand van de belasting van de

gelijkrichter-i

brug

' I.

ohmse weerstand van de bekrachtigingswikkeling van het gelijkstroomdeel

ohmse weerstand per fase van de draaistroomwikkeling koppel van de dieselmotor

koppel ontwikkeld in het synchrone deel van de machine cascade

koppel ontwikkeld in het gelijkstroomdeel van de

I

machine cascade !

aan het gelijkstroomanker toegevoerde spanning uitgaande spanning van de gelijkrichterbrug gekoppelde spanning van de draaistroomwikkeling

Omdat in dit rapport vele malen verwezen wordt naar andere rapporten, komen voor eenzelfde grootheid meerdere symbolen v~~r.

(6)

.=1=

Afdeling der Elektrotechniek bIz. 4

echnische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica rapport nr.

INHOUDSOPGAVE

1. De integrated machinecascade 1.1 Doel van het onderzoek

1.2 De integrated machinecascade

1.3 Principiele werking van de integrated machinecascade 1.4 Naamgeving van de machinecascade

1.5 Koppelvorming in de EIAT 1.6 Vermogenbalans van de EIAT 1.7 Bouw van de EIAT

1.8 Commutatieproblemen van de machinecascade

2. Meting en beproeving van de machinecascade 2.1 Metingen van de machinegrootheden

2.2 Beproeving van de machinecascade in open schakeling 2.3 Beproeving van de machinecascade in closed circuit

3. Principe van het simulatieprogramma op de computer

4. Het computerprogramma van de EIAT in open schake ling 4.1 Het computerprogramma in open schakeling

4.2 Computerresultaten bij open schakeling

5. Het computerprogramma van de EIAT met terugkoppeling

6.

5.1 Het computernetwerk van de EIAT in closed circuit 5.2 Het computerprogramma van de EIAT met terugkoppeling

5.3 Computerresultaten van de EIAT met terugkoppeling bij

W

1

=

314 rad/s

5.4 Methoden om de EIAT op gang te krijgen

De EIAT met terugkoppeling bij W

1

=

628 rad/s 6.1 Computerprogramma met terugkoppeling en w

1 = 628 rad/s 6.2 Computerresultaten van de EIAT met terugkoppeling bij

w

(7)

T-IE

T'echnische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica

7. De BLAT met een chopper in de terugkoppelleiding 7 . 1 De chopper

7.2 Het computerprogramma met de chopper

7.3 Computerresultaten van de ELAT met de chopper

8. Gedrag ELAT bij het synchrone punt

9. Verdiscontering verzadiging van het ijzer

10. De BLAT met blijvende stroominjectie

11. Koppeltoerenkrommen van de ELAT

12. De ELAT met stroombegrenzer 12.1 De stroombegrenzer 12.2 Regelstrategie

13. De belastingsproef

14. Het oorspronkelijke octrooi

15. Conclusie 15.1 Samenvatting 15.2 Aanbeveling 16. Litteratuurlijst biz. 5 rapport nr.

(8)

...

echnische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica

biZ. 6 rapport nr.

1. DE INTEGRATED MACHINECASCADE

1.1 Doel van het onderzoek

Doel van het onderzoek is na te gaan of een integrated machine-cascade van het type zoals omschreven in octrooi 108945 d.d. 1984.06.18 (Rodenhuis) de hydraulische automatische versnellings-bak van een (al of niet railgebonden) voertuig met een verbran-dingsmotor kan vervangen.

1.2 De integrated machine cascade

De integrated machinecascade bestaat uit een synchrone machine en een gelijkstroommachine. De 'stator van' de synchrone machine

(de buitenring) heeft een draaistroomwikkeling, de stator van de gelijkstroommachine een normale afzonderlijk gevoede bekrachti-ginswikkeling. De ijzerpakketten van de ankers(de rotoren) van beide machines zitten op een gemeenschappelijke as (de uitgaande

,

'"

tfraaistroom ViiikkeUng synchroon deel

,-

gelljkstroom wlkkeling gelijkstroom deel

(9)

...

"echnische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica

biz. 7 rapport nr.

as, met een hoeksnelheid

w

2). Seide ankers hebben gezamenlijk

een wikkeling: een gelijkstroomwikkeling die over beide ankers loopt. De stator van de synchrone machine is draaibaar opge-steld en wordt aangedreven door de dieselmotor met een hoek-snelheid

w

₁• Bet gelijkstroomanker krijgt zijn voeding via een gelijkrichterbrug van de draaistroomwikkeling van de synchrone machine. Fig. 1.1 geeft de principiele samenbouw van de integrated machinecascade.

1.3 Principiele werking van de integrated machinecascade

Wafineer er in het gelijkstroomanker een stroom loopt, zal er een in de ruimte stilstaand veld ontstaan, zie fig. 1.2. In de draaiende stator van de synchrone machine wordt dan een spanning geinduceerd. Bij een gesloten circuit wordt de driefasen-stroom omgezet in een gelijkdriefasen-stroom. Deze gelijkdriefasen-stroom wordt toege-voerd aan het gelijkstroomanker en zorgt daar v~~r het eerder genoemde veld ~ .

a

Aangezien er in de machine geen zelfbekrachtiging plaats heeft, zoals bij een gelijkstroommachine, moet bij de in werking stel-ling van de machinecascade tijdelijk een stroom aan het anker

dt8a4ende stator met

(10)

••

Ii

rechnische Hogeschool Eindhoven Vakgroep ElektrOrflechanica en Vermogenselektronica

biz. 8 rapport nr.

opgedrukt worden. Een uitvoerige verklaring van de werking van de machinecascade is beschreven in de rapporten EM 78-14, EMV 84-39 en EMV 85-02.

1.4 Naamgeving van de machinecascade

Elektrische machines waarbij de opgewekte stroom geheel of ten dele wordt teruggevoerd aan de veldopwekkende wikkeling bestaan er in vele vormen. Het bijzondere van de te onderzoeken machine-cascade bestaat hieruit, dat de gelijkstroommachine een extra vrij-heidsgraad introduceert door het opwekken van een vrij in te stellen rotatiespanning in het gezamenlijke ankercircuit.

Om de machine te onderscheiden van andere cascademachines krijgt hij een naam, die tevens het doel van de machine cascade aangeeft, t.w. de Elektrische Automatische Transmissie (afgekort ELAT). De ELAT is een elektrische variant van de Transmattic. Het ingaand toerental, bepaald door de dieselmotor, wordt nagenoeg constant gehoudeni het uitgaand toerental is continu regelbaar.

1.5 KOppelvorming van de ELAT Symbolenlijst:

TO

=

koppel van de dieselmotor

T_

=

koppel van het synchrone deel van de cascade-machine

T=

=

koppel van het gelijkstroomdeel van de cascade-machine

WI

=

hoeksnelheid van de dies elmo tor en van de sta-tor met draaistroomwikkeling van het synchrone deel van de cascademachine

w

2

=

hoeksnelheid van de uitgaande as en van het ge-lijkstroomanker

In het synchrone deel van de cascademachine wordt het "totale" door de dieselmotor geleverde mechanische vermogen TOWl omgezet in elektrisch draaistroomvermogen.

(11)

gelijk-... =

Technische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica

biz. 9 rapport nr.

stroomanker.

In het synchrone deel van de cascademachine wordt een gedeelte van het toegevoerde elektrische vermogen omgezet in mechanisch vermogen T_w2. Onder het gelijkstroomdeel van de cascademachine wordt de rest van het toegevoerde elektrische vermogen omgezet in mechanisch ver-mogen T~w2. Zien we even af van de omzettingsverliezen, dan geldt volgens de wet van behoud van energie:

Tow1

=

(T_ + _{T=)W 2 •}

Opgemerkt wordt dat in het synchrone deel van de cascademachine volgens het principe actie

=

reactie geldt:

T_

=

TO •

Ooor de stroom in de bekrachtigingswikkeling van het

gelijkstroom-.

deel van de cascademachine te regelen kan men de hoeksnelheid van de uitgaande as variereni w

2 kan daarbij zowel kleiner als groter dan w

1 worden.

1.6 Vermogenbalans van de ELAT Symbolenlijst:

E_ = rotatiespanning opgewekt in het synchrone deel van de cascademachine

E=

=

rotatiespanning opgewekt in het gelijkstroom-deel van de cascademachine

IF = stroom in het gelijkstroomanker

Onder verwaarlozing van de verliezen geldt de volgende vermogensbalans: elektrisch

vermogen synchrone deel E I

- F gelijkstroom deel _E=IF

(E_ + E ) I = F Uit bovenstaande voigt:

= =

=

mechanisch vermogen T_w2 = Tow2 T=W2 (To + _{T) w2 = Tow1} T =T - D

(12)

••

!!

Technische Hogescnool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica

biz. 10 rapport nr.

Bij het wegrijden bij een halte of bij stoplichten geldt W

2«W1• Het vermogen omgezet in mechanisch vermogen in het synchrone deel bedraagt T

DW2" Het vermogen omgezet in het gelijkstroomdeel van de cascademachine bedraagt dan:

w

1 - W2

T=W2

=

W _TDW2

=

_{(W1 - ( 2) TD .}

2

Op het eerste moment van wegrijden van een halte wordt praktisch het totale elektrische vermogen in het gelijkstroomdeel van de cas-cademachine in mechanisch vermogen omgezet. Bij deze beschouwing is afgezien van verliezen en is aangenomen dat het gelijkstroomdeel van tevoren bekrachtigd is.

V~~r W

=

W werkt de machine als "prise directe". Volgens laatstgenoemde

2 1

formule neemt het gelijkstroomdeel van de cascademachine dan niet deel aan de nuttige energie-omzetting. Het totale elektrische vermogen wordt nu in het synchrone aeel van de cascademachine in mechanisch vermogen omgezet.

Aan het gelijkstroomanker behoeft in principe thans alleen het bekrachtigingsvermogen van de synchrone motor te worden toegevoerd. Dat bekrachtigingsvermogen is in gedachten te splitsen in een deel voor de nullastbekrachtiging en een deel voor de belastingsafhanke-lijke bekrachtiging.

Opgemerkt wordt dat ook in het deel van het gelijkstroomanker dat tot het gelijkstroomdeel van de cascademachine behoort stromen lopen en daar verliezen produceren. Oak deze verliezen werden in bovenstaande beschouwing verwaarloosd. Later zal blijken dat deze verliezen en de eerder verwaarloosde verliezen niet onaanzienl'ijk zijn.

1.7 Bouw van de ELAT

Onderdelen van de ELAT werden ten dele door het ingenieursbureau Rodenhuis geleverd, ten dele door de THE gefabriceerd. De cascade-machine werd op de THE van de wikkelingen voorzien. De assemblage van de machine geschiedde in de werkplaatsen van de THE. Door het ontbreken van samenstellingstekeningen (waarom herhaaldelijk ge-vraagd is) hebben zich tijdens de assemblage van de machine vele

(13)

•••

I Technische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica

biz. 11

rapport nr.

onverwachte problemen voorgedaan.

1.8 Commutatieproblemen van de machine cascade

Bij de eerste beproeving van de machine traden er ernstige commutatie-problemen op. Deze commutatie-problemen waren van tweeerlei aard. Enerzijds vonk-ten de borstels hevig, anderzijds veroorzaakvonk-ten de stromen in de commu-tatiezone een ontoelaatbare compoundering van het hoofdveld van de gelijkstroommachine.

Om deze problemen te verminderen werd de compensatiewikkeling van de gelijkstroommachine versterkt. De compensatiewikkeling bestond aan-vankelijk uit twee parallelle takken; deze takken werden in serie geschakeld*>. Aangezien het effekt van de versterking van de compen-satiewikkeling onvoldoende was, werd de luchtspleet van het synchrone deel van de cascademachine op de drievoudige waarde gebracht. Voorts werden smallere borstels aangebracht van andere samenstelling •

.. ) . d _H~er_{oor werd de}₀hm _{se weerstand van het ankercircuit}_prakt~sc. h

(14)

...

Afdeling der Elektrotechnlek

I.

biz . rapport nr.

12 rechnische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica

I

!

2. METING EN BEPROEVING VAN DE MACHINECASCAOE

2.1 Metingen van de machinegrootheden

V~~r de wijze waarop de verschillende machineparameters werden ge-meten wordt verwezen naar verslag EMV 85-02. AIleen de relevante ge-gegevens worden onderstaand vernoemd. De coefficienten van zelfin-ductie en wederzijdse inzelfin-ductie hebben betrekking op de niet-verzadigde toestand.

Synchrone deel

draaistroomwikkeling

per fase werd gemeten:

zelfinductiecoefficient in bekrachtigingsas Ld:: 0.0179 H

zelfinductiecoefficient in dwarsas L

=

0.0115 H q

coefficient van wederzijdse inductie met gelijkstroomankerwikkeling

ohmse weerstand Gelijkstroomdeel

bekrachtigingswikkeling

zelfinductiecoefficient

coefficient van wederzijdse inductie met gelijkstroomankerwikkeling

ohmse weerstand Gelijkstroomankerwikkeling

zelfinductiecoefficient inclusief de compensatiewikkeling en de veldwikkeling van de hulppolen ohmse weerstand

2.2 Beproeving van de machine cascade in open schakelini

L

=

0.0206 H sa R

=

0.27

n

s L fa=0.318 H R f =28.6n L = 0.162 H a R = 3

n

a

Ten einde het gedrag van de cascademachine beter te kunnen bepalen werd de terugkoppeling tussen het synchrone deel en het gelijkstroom-deel open gemaakt. De gelijkrichterbrug werd vervolgens belast met een ohmse weer stand en een spoel met een zelfinductiecoefficient overeenkomstig de waarden van het gelijkstroomanker. Fig. 2.1 toont het schema van de ontstane schakeling.

(15)

W1

j

,

/ draaistl'OOn'l wikkeling

syncl'tfoon deel gelijkstroon'l deel

;

o

...,..

Fig. 2.1 Cascademachine in open schakeling

biz. 13

rapport or.

18

Bet synchrone deel met de draaistroomwikkeling werd aangedreven met een toerental van 1.000 omw/min en op het gelijkstroomanker werd een spanning gezet van U

=

100 V. De ui tgaande as werd afgeremd tot

a

500 omw/min. De bekrachtigingsstroom van de gelijkstroommachine werd gebracht op 1,3 A.

De volgende waarden werden gemeten:

stroom in de wikkeling van het gelijkstroomanker ~I =14,4. A a

stroom door de belasting van de gelijkrichterbrug Ib = 13 A

topwaarde van de gelijkspanning van de

gelijk-richterbrug _U

₌

₇₆

b V

Opgemerkt wordt dat de toegevoerde spanning aan het gelijkstroom-anker groter is dan de topwaarde van de spanning aan de gelijkrichter-brug. Bierop wordt later teruggekomen.

(16)

....

Afdeling der Elektrolechniek

biz. 14 rapport nr. .-- t - . I _ , r .+ l'" ~ ! t. .... -1--• • --10 _ : ,

o

10

₂₀

₃₀

_t

_{in rns}

Fig. 2.2 Gekoppelde spanning van het synchrone deel en de uitgaande spanning van de gelijkrichterbrug

RS

Fig. 2.2 geeft het verloop van de gekoppelde spanning van de draai-stroomwikkeling alsmede de uitgaande spanning van de gelijkrichter-brug als functie van de tijd.

Uit het plaatje valt te konkluderen dat er steeds drie dioden in geleiding zijn.

Fig. 2.3 geeft een soortgelijk plaatje met een kleinere ohmse weerstand in de belasting.

De krommen vertonen rimpels veroorzaakt door gleufeffekten (ten ge-volge van de gleuven vermindert plaatselijk de magnetische inductie in de luchtspleet, zow€l in de machinecascade zelf als in de belas-tingsmachine). Verwijderen we de gleufeffekten, dan ontstaan de af-beeldingen van fig. 2.4 en fig. 2.5. Op deze figuren komen we later terug.

(17)

V' 100

,

, f . I

o

20

, . ,

30

t

in

i ,

I

biz. 15 rapport nr.

..

~

ms

Fig. 2.3 Als fig. 2.2 maar met een kleinere ohmse belasting

100 V

ul!gaande spanning van de gelijkricnlarbrug

0 +

1

-gakoppalde ,.panning

100V

Fig. 2.4 Gekoppelde spanning en uitgaande spanning gelijk-richterbrug z~nder rimpels t.g.v. gleufeffekten

(18)

.4!i

biz. 16 rapport nr.

L

'00

Fig. 2.5 Als fig. 2.4 maar met een kleinere ohmse belasting

2.3 Beproeving van de machinecascade in closed circuit

Het synchrone deel van de machine cascade is nu via de gelijkrichter doorverbonden met het gelijkstroomanker (zie fig. 2.6).

De machinecascade wordt aangedreven met ca. 1.000 omw/min en aan het gelijkstroomanker wordt een spanning van ca. 100 V toegevoerd. De stator van het gelijkstroomdeel wordt niet bekrachtigd.

,

draaistroom wikkeling

,

aynchroon deel geliikstrocm wikkeling Fig. 2.6 gelijketroom deel

(19)

....

biz. 17 rapport nr.

Het gelijkstroomanker gaat draaien met een klein toerental; in het gelijkstroomanker vloeit een stroom van ca. 14 A.

Wanneer echter devoedingsspanning van 100 V wordt onderbroken, zakt de stroom naar nul en ook het uitgaande toerental wordt nul.

We starten de zaak opnieuw door 100 V op het gelijkstroomanker te zetten. Vervolgens wordt het primaire toe rental langzaam opgevoerd. We letten daarbij op de stroom in de terugkoppelleiding.

Bij een aangedreven toe rental van 1.450 omw/min (Wi

=

456 rad/s)

zien we de stroom in de terugkoppelleiding snel aangroeien. Onder-breken we thans de extra spanning van 100 V op het gelijkstroomanker, dan blijft de stroom in de terugkoppelleiding vloeien en het gelijk-stroomanker blijft draaien.

Bij verdere verhoging van het ~rimaire toerental stijgt de stroom in de terugkoppelleiding excessief naar een ontoelaatbare waarde. Bij ve:claging van het primaire toerental tot onder 1.450 omw/min valt de machine stil.

De machinecascade werkt alleen bij een aangedreven toerental van 1.450 omw/min. De uitgaande spanning van de gelijkrichter bedraagt dan 120 V topwaarde en er loopt een stroom van 22 A in de

terugkoppel-leiding. Het geproduceerde koppel is zeer klein, waardoor het

toeren-n

tal van de uitgaande as niet hogerkomt dan 260 orow/min.

Aangezien de werking van de machinecascade weinig stabiel is, brengen we een weerstand aan in de terugkoppelleiding (fig. 2.7). Inderdaad blijkt nu het systeem stabiel te werken. Echter de stabilisatieweer-stand veroorzaakt ernstige verliezeni de stabilisatieweerstabilisatieweer-stand is dus geen ekonomische oplossing. Met behulp van de in de volgende hoofd-stukken beschreven computerprogramma's zullen we andere methoden zoeken om de machine cascade te temmen.

(20)

biz. 18 rapport nr.

"

,

"

dreatstroom wikkeling

synchroon dee' IFF gelijkStroom deel

atablliaatieweerstand

(21)

I

"'''i!

Afdeling der Elektrotechniek Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica

biz. 19 rapport nr.

3. PRINCIPE VAN HET SIMULATIEPROGRAMMA OP DE COMPUTER

Voor het simuleren op de computer wordt gebruik gemaakt van het soft-ware programma Nonlineair Analysis Program for electronic circuits, version 2, afgekort NAP2. Voor de principiele werking van dit programma wordt verwezen naar het rapport van de heer R.L.H. Franken en/of de manual van het Rekencentrum THE.

Bij het werken met NAP2 wordt uitgegaan van netwerkmodellen. De verschil-lende onderdelen van de machinecascade worden onderstaand voorgesteld als netwerkmodellen. Het gelijkstroomdeel

]

-0-De gelijkrichterbrug door Fig. 3.1 Fig. 3.2

(22)

.... Ii

biz. 20 rapport nr.

Het synchrone deel

door

bekrachllginga-wlkkellng

Het massatraagheidsmoment van de machine cascade

Fig. 3.3

Fig. 3.4

In stator

opgawekte spanning

Om dynamische verschijnselen te kunnen nabootsen wordt de vergelijking dw T_{elek -} T_bel= J dt nagebootst door di V -V = L -elek bal J dt

(23)

o

biz. 21

rapport nr.

Na enige vereenvoudiging kan de ELAT in open schake ling worden voorge-steld door het netwerk getekend in fig. 3.5. Om computertijd te besparer. zijn de drie fasespanningen van het synchrone deel vervangen door twee gekoppelde spanningen; voorts is er geen verschil gemaakt tussen Ld en L • Voor een gedetailleerde beschrijving van het netwerk van het syn-_q chrone deel van de machinecascade wordt verwezen naar rapport EMV 84-33 van dr.ir. M.J. Hoeijmakers.

rQlatleepanning gelill<stroomdeel

.Ig 2

u.

Fig. 3.5 Netwerk van BLAT in open schake ling

(24)

•••

1 L :::: L _{A B C 2}

=

L

= -

(L _d+ L ) _q

=

0 0150 H _• R

=

R :::: R

=

R

=

0.27

n

A B C s LG :::: ~

=

0.162 H ~

=

La

=

0.162 H U =U F a biz. 22 rapport nr.

(25)

•••

bIz. 23

rapport nr.

4. HET COMPUTERPROGRAMMA VAN DE ELAT IN OPEN SCHAKELING

4.1 Het computerprogramma in open schake ling

Onderstaand is het computerprogramma in open schakeling aangegeven, waarbij de machinecascade met een kleine belasting aanloopt en ver-volgens op een belasting gebracht wordt overeenkomstig de in hoofd-stuk 10 besproken beproeving.

Het toerental van de aandrijvende machine bedraagt 1.000 omw/min, het-geen overeenkomt met

w

1 =314. De uitgaande as wordt afgeremd tot 500 omw/min. De spanning die op het gelijkstroomanker gebracht wordt, be-draagt 100 V (zie regel 2200 van het computerprogramma) •

Het computerprogramma werkt met "real time", dat wil zeggen een periode op de computer komt in tijd overeen met een periode van de machinecas-cade.

(26)

....

biz. 24 rapport nr.

100 tELAT7

200 *CIRCUIT

300 FEA/SINI 8 1.7320508 C -0.3333333PI

400 FEB/SINI

B

1.7320508

500 F"AF/SINI C -1.0PI

600 FM8F/SINI C -0.3333333PI

700 FMCF/SINI C 0.3333333PI

800 O/OIODE/VT 0.000168.GS 1000 IS 2.14E-8

900 Tl 1 38

0 1000 T2 40 1 D

1100

13 2

38 D

1200 14 40 2 0

1300 T5 3 38 0

1400 T6 40 3 0

1500 LA 5 1 0.0150

1600 LB 12 2 0.0150

1700 LC 0 3 0.0150

1800 LF 0 15 0.162

1900 RA LA 0.27

2000 RB LB 0.27

2100 RC LC 0.27

2200 RF LF 3 E -100

2300 "AF LA LF 0.02060*FAAF(314fTIME)

2400 "SF LB LF 0.02060FMBF(314TIME)

2500 "CF LC LF 0.02060F"CF(314TIME)

2600 61 1 3 0

2700 G2 38 40 0

2800 G6 17 15 0

2900 67 0 50 0

3000 68 50 51 0

3100 LG 38 40 0.162

3200 R6 LG 3

3300 LFF 20 0 2.3

3400 RFF 0 20 28.6 E -37.18

3500

LJ

0 54 O. ().Q.002

-

..

3600 VEJ 52 53 -O.OOl*lLJ ILJ

3700 VTA 0 50 0.00955*VG6 ILF

3800 VTB 50 51 0.954*ILFF ILF

38~0

RJ 51 52 0 E -0.01

~H~8 ~~F~405f8D-0.318*ILFF

ILJ

~688 ~~f~ l~ l~ :~:2~iA~~~XY~1!~fIME)

ILA

4100 VEFB 16 17 -6.4690FEB(314TIME) ILB

4200 VEAC 5 0

6.4690FEA(314TIME) ILF

4300 VESC 12 0 6.4690FE8(314TIME) ILF

4400 GJ 0 18 0

4450 G4 18 17 0

4500 iMOOIFY ILF 14 ILFF 1.3

4600 *TI"E 0 0.10

4700TR PLOTC(SO) VGl VG2 ILA ILF IRG *PLOTC(SO) VG3 VG4 VG7 VG8 ILJ

4750 *RUN

4800 *SAVE

4900 *LOAO

5000 *MODIFY RJ.E -10 LJ 0.1

5100 *TI"E 0.10 0.16

5200 TR PLOTC(SO) VGl V62 ILA ILF IR6 *PLOTC(SO) V63 VG4 V67 VG8 ILJ

5300 *RUN CPU=700

5400 *SAVE 21

5500 *END .

(27)

•••

4.2 Computerresultaten bij open schakeling

biz. 25 rapport nr.

Fig. 4.1 en 4.2 geven het aanlopen van de machinecascade aan, zoals dat door de computer geplot wordt.

Het computerprogramma geeft ons de mogelijkheid de in het gelijkstroom-anker door het synchrone deel en door het gelijkstroomdeel geinduceerde spanningen afzonderlijk te bepalen. Evenzo kunnen de elektromagnetische koppels in de luchtspleet van beide delen afzonderlijk afgelezen worden.

/\ IRQ

i

:I?iq~

=

-1. 0

E~

+---- I --+ i ---+--- I )

11 A

0.00 EO 2.00 E-2 4.00 E-2 6.00 E-2 8.00 E-2 1.00 E-l

t

4

:±~

Ii

Imo

,i

10 A

a

.00 EO 2.00 E-2 4.00 E-2 6.00 E 2 8.00 -2 1.00 E-l

t 3

t

ILA

~,~ ~

_I

i

\J\

\

V

r

topwaarde 11.4 A I I - + - - - - ~-+j - - - + 1 - 7 )

o

.00 EO 2.00 E-2 4.00 E 2 6.00 E-2 8-.00 E 2 1.00 E 1

2

l' u= !

E ....

i

ff'~~\~ ~

o

i

I

~ ~ ~\J\~~~!J\t,

)

t ... d. 66v t

0.00 EO 2.00 E-2 4.00 E-2 6.00 E-2 8.00 E-2 1.00 E-I

t 1\ tr

~~~

..

~

K

,J\~r~

qn=d. 66v

=J

~

L

vt/

~I

i~----+--~---'

i + ) -0.00 EO 2.00 E 2 4.00 E 2 6.00 E-2 8.00 E 2 1.00 El -t Fig. 4.1

(28)

....

5 1. • SO F? }~~I~

&2-j'2 M I-~

$,HO

H

~ ,~~ ~

t

6: 8d

~O

-2. uO '- 1

a

.00 EO 4

t

T=

.

~

+

biz. 26 rapport nr.

128 rad/s

i .t-- i--7

2.00 E-2 4.00 E-2 6.00 E 2 8.00 [-2 1.00 E-l t

! :

i

O

i

1 =

: t ...

U

i,

+-f _ --+-_ _ _ . 1 ___ .--t _ _ _ _ _ -+----_ _ _

~.5

Nm

0;00 EO 2.00 [-2 4.00 [-2 6.00 E-2 8.0C E-2 1.00 E-I t

3

4.2 Nm

m

_:

_~:

₈

+-1 - -

-~ii---+I

- ~i---bl ---+r--7

a

.00 EO 2.00 E-2 4.00 E-2 6.00 E-2 8.00 E-2 1.00 E-I t

2

t

8 ₁

81111

~_~+I

____ - -+----1 - + - 1

rv

_18

v

I )

0.00 EO 2.00 E-2 4.00 E 2 6.00 E-2 8.00 E-2 1.00 E-l t

-52.8 v

o

.00 EO 2.00 E-2 4.00 E-2 6.00 E 2 8.00 E-2 1.00 E-I

Fig. 4.2

Fig. 4.3 en 4.4 geven de toestand aan waarbij de machinecascade belas t wordt op de in hoofdstuk 2.2 gemeten belasting. Behalve afbeelding van de grootheden als funkt1e van de tijd print de computer de waarden van de grootheden ook uit. Bij fig. 4.3 behoren de volgende waarden:

(29)

1FE!i

5 l = ILF= 10,5 A a Ib

=

IRG

=

11 ,SA U b = U::

=

70 V topwaarde W 2 = ILJ

=

120 rad/s l' _I IRQ 1 • 1 S El 1 . IS El 1 . 1 4 El 1 . 13 El

f

f'f\NVVV

11., A

fvvvv~1

1 .12 El 1 . 1 1 El I 1 .00 E 1 4 l' ILF 1.07 El +, 1.0S El + 1.05 El

t

f}v\

1.04 El T , J "

\)1\"

'

1 .03 E 1

t

\

,A

i\]v

i:81

~t

'Vv'V\J\)\JWVV.

'

1

~ ~~~ ~8

- f - - - r - I - - - - I - - - ' - . - - l - - - + - . : ; .

1.00 E-l 1.15 E-l 1.30 E-l 1.45 E-l 1.60 E-l

I I i ! ) 1.15 E 1 1.30 E-l 1.45 E 1 LSO E 1 t 10.5 A

Hill

~

l \ /\

17 A

-

~. ~::.~

+ \

/

'\

/

\

/

=r ,"

~

J

\-.-/

_V

- t .

5 ~

L..n+-

i ' -- - - - + - - - - i -. ...::,.

1.00 E-l 1.15 E 1 1.30 E-\ 1.45 E-l 1.S0 E-l

t 2

if'

_{, =}

u t biz. 27 rapport nr,

n

II

t~

Ji

topwaard.e 70 v

1.00 E-l 1.15 E-\ 1.30 E-L 1.45 E-l 1.60 E-l

1 !)\ u t

q

~l

£

get

~!~ ~t !j\f\~;~\_v~\~v

t _ _ 70 V

~I·

hi

f + - - - . - i - - - + - , - - - f - - - 7

'.00 E-l 1.15 E 1 1.30 E 1 1.45 E-l 1.60 E-l

t

(30)

biz. 28 rapport nr. 5 1 ·27 E2 1 .26 E2 1 .25 E2 1 ·24 E2 1 .23 E2 1 .22 E2 120 rad/s 1 .21 E2 1 .00 _{L6D E-i}-;--';" _t

( 1

T. , ,

~

t

~\f\

A

IVV\f\J\)\

13.4Nm

~ ~~/IjV

1 1 - 7 1 . 0 D E - 1 I . I 5 E 1 '1. 30 E - I 1 . 45 E - I 1 . 6 D E I

E-l j.15 E-1 I .30 E-I 1.45 E-1

3

t

TN

t

~ ~

\

A

~ ~

1

11\

n

~\

:'

1\

/1

1\

4.9Nm

JWv,JV

JVVVV

V

vV\J

V

Ih

I ._ .. +_._- I , . . 1 . 00 E -1 1 • 1 5 E - 1 1 . 3 0 E l l . 45 E - 1 I . 6 0 E -1 t

2

E N

1 {\ ,()(\

f\. f\.!\ J.

~

\ \

i

I \ \ \, \ I \

I \

I \ \ / \ \

1/1

d

1/

IJ' \

~_~_~ ~

1

~ ~

I \ 'I

ll-il ___

+---'7

1.00 E-1 1.15 E-l 1.30 E-I 1.45 E-l 1.60 E 1

t

t- . _ _ . _ .. _- + - .',..

I .00 E-I _{I dS :.-[} _{1,60 E-1}

t

Fig. 4.4

Aangezien de gemeten en de met de computer berekende waarden een

be-vredigende overeenkomst vertonen en ook de afbeeldingen van de spanningen U_geken U= als funktie van de tijd een praktisch gelijk verloop vertonen,

(31)

•••

Afdeling der Elektrotechniek biz. ₂₉ Technische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica rapport nr.

kunnen we konkluderen dat het computerprogramma de machinecascade op een bevredigende wijze simuleert!

Uit het verloop van de spanning van het synchrone deel kunnen we kon-stateren dat de synchrone machine praktisch in kortsluittoestand werkt.

(32)

WI!

Technische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en Vermogensetektronica

biz. 30

rapport nr.

5. HET COMPUTERPROGRAMMA VAN DE ELAT MET TERUGKOPPELING

5.1 Het computernetwerk van de BLAT in closed circuit

Het computernetwerk van de BLAT met terugkoppeling van de gelijkrichter naar het gelijkstroomanker is getekend in fig. 5.1.

2

40 13

Fig. 5.1 Computernetwerk met terugkoppeling

5.2 Het computerprogramma van de BLAT met terugkoppeling

Onderstaand is het computerprogramma van de machinecascade met terug-koppeling van de gelijkrichter naar het gelijkstroomanker vermeld. Omdat de machinecascade zich niet zelf kan bekrachtigen, wordt het eerste moment een stroomstoot in het gelijkstroomanker gegeven. In het computerprogramma wordt dit verwezenlijkt door de aanvangs-waarde van de ankerstroom IF:: ILF

=

14 A te stellen.

Het toerental van de aandrijvende machine bedraagt weer 1.000 omw/min. Het toe rental van de uitgaande as kan zich vrij instellen.

(33)

w.

biz. 31 rapport nr. 5.3

100 :ELAT

'80

*C I RCIJ IT

~

0 FEA/SINI B 1.7320508 C -O.3333333PI

400 FEB/SINI

B

1.7320508

500 FMAF/SINI C -1.0PI

600 FMBF/5INI C -O.3333333PI

700

FMCF/~IHI C

0.3333333PI

800 O/OIOOE/VT 0.000168 GS 1000 IS 2.14£-8

900 Tl 1 38 D

1000

T2 0 1 0 1100

T3

2 38 D

1':100 T4

0 2 0

1300

TS 3

38 D

1400

T6

0

3 D

1500 LA 5 1 0.0075

1600 LB 12 2 0.0075

1700 LC 13 3 0.0075

1800 LF

38 15

0.082 1900 RA LA 0.135

2000 RB LB 0.135

2100

RC LC

0.135 2200 RF LF

1.

5 2300 MAF

LA

LF 0.01030 FMAF 314*TIMf.

2400 MBF LB LF 0.01030 FMBF 314iTIME

2500 MCF LC LF 0.01030 FMCF 314*TIME

2600 G1 1 3 0

"700 r.2 38 0_0

Laoo 86

17 1~ 0

2900 G7 0 50 0

3000 G8 50 51 0

3300 'FF

'0

0 2.3

3400

~FF

0 20 28.6 E -14.30

3500 lJ 0 54 0.00002

3600

UEJ

52 53 -O.OOl*ILJ ILJ

~700

VTA 0 50 O.00955*VG6

ILF

J800 VTS 50 51 O.954*ILFF ILF

3810

RJ 51 52 0 E

-0.01

3820 T7

54

53 0

3850 VEFG 0 18 -0.31B*lLFF ILJ

3900 VEFH 18 17 -O.001592*VG6 ILJ

4000 VEFA 15 16 -3.2345FEA(314TIME) ILA

4100

VEFB 16

17 -3.2345FEB(314TIME)

ILB

~388 ~~~E

12 1r3

~:~~!~lz;ffR ft~

4400 G3 0 18 0

4450 G4 18

17 0

4500 *MODIFY ILF 14 ILFF 0.5

4600 *TIME 0 0.06

4700 TR PLOT(50) VG2 ILF VG3 VG4 vG6 ILJ VG7 VG8

4800 *RUN CPU=400

4900 *SAVE 23

5000 lEND

it

Computerresultaten van de ELAT met terugkoppeling bij Wi =314 rad/s Dank zij de stroomstoot van 14 A in het gelijkstroomanker gaat het synchrone deel aanvankelijk stroom leveren. Deze stroom sterft echter uit en de machinecascade komt niet op gang.

(34)

... a

A'detlng der Elektrotechniek

Technische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elel<tromechanica en Vermogenselektronica

biz. 32

rapport nr.

Uit de meting en berekening van de machinecascade in open schakeling is gebleken dat de uitgaande spanning van de gelijkrichterbrug kleiner is dan de spanning die we aan het gelijkstroomanker moe ten aanleggen. Het synchrone deel kan niet voldoende stroom leveren om de bekrachti-ging vanuit het gelijkstroomanker in stand te houden. Met andere woorden: de rondgaande versterking is kleiner dan een. Het is dan ook geen wonder dat de machinecascade niet op gang komt.

5.4 Methoden om de BLAT

0e

gang te krijgen

Met de volgende methoden is het mogelijk de rondgaande versterking groter dan een te maken en daarmee na een stroominjektie op gang te krijgen:

a. door het toerental vam de aandrijvende machine (w

1) groter te

maken;

b. door blijvend stroominjekties in het gelijkstroomanker te geven; c. door de windingsverhouding tussen het gelijkstroomanker en de

draaistroomw1kkeling te vergroten.

ad a: Door W

1 te vergroten krijgen we een grotere draaistroomspanning,

daardoor een grotere spanning op het gelijkstroomanker en daar-door een grotere stroom in dit anker. De grotere stroom in het gelijkstroomanker zorgt op zijn beurt weer voor een grotere draaistroomspanning: meekoppeleffekt.

ad b: Een blijvende stroominjektie in het gelijkstroomanker zorgt voor een hogere draaistroomspanning en daarmee voor een grotere stroom in het ge·lijkstroomanker.

ad 'c: Door het gelijkstroomanker meer windingen te geven krijgen we een sterker luchtspleetveld. Dit heeft ten gevolge dat de draai-stroomspanning groter wordt, wat op zijn beurt leidt tot een grotere stroom in het gelijkstroomanker. In feite is deze methode een alternatief voor de methode a. of b.

(35)

....

Afdellng der Elektrotechniek

biz. 33 rapport nr.

6. DE ELAT MET TERUGKOPPELING BIJ Wi

=

628 rad/s

6.1 Computerprogramma met terugkoppeling en Wi

=

628 rad/s

Onderstaand is het computerprogramma met terugkoppeling en

w

l =628 rad/s vermeld.

,\00 ;ELATll

,,00 *CIRCUIT

38

0

FEA/~IN/

B 1.7

1

₂

AC

oe

_{C -O.3333333PI}

~

0 FEB!§IN! B

1.732~~U~

500 FMAF/SIN! C -l.OP!

600 F"BF/SINI C -O.3333333PI

780 FMCF/SINI C O.J333333PI

8 0

D/OIODE/VT

0.000168 GS 1000 IS

2.1~E-8

900 Tl 1 38 D

1000 T2 OlD

1100 T3 2 38 0

1200 T4

I)

2 0

1300

TS 3 38 D

1400 T6

I)

3 0

1500

L~ 5 1

0.0150

1600 LB 12 2 0.0150

1700 LC 13 3 0.0150

1800 LF 38 15 0.162

1900 RA LA 0.27

20()O RB LB 0.27

2100 RC LC 0.27

2200 RF

LF 3.0

2250 R~< 0 70 1

~300

MAF LA

LF

O.02060~F"AF

6 8*TInE

~400

MSF LB

LF O.02060F"BF 6 8TIM£

~500

MCF

LC

IF

O.02060IF"Cf 6

8iTIME

~600

Gl 1 3

0 2700 62 38 0 0 ,

2800 66 17

15 O'

2900

LFF 20 0 2.3

3000 RFF 0 20 28.6

£

-7.15

3100

LJ 0 54 0.00002

3140 T7 54 53 D

3150 VRJ 70 0

-O.OltILJ ILJ

3200 VEJ 52

53 -O.OOlIIRK IRK

3300 137 0 50 0

3400 G8 50 51 0

3600

VTA 0 50 O.00478*VG6

ILF

3700 VTe 50 51 O.954*ILFF ILF

3800 RJ 51 52 0 E

-v.vl

3900

VEFG 0 18 -O.313*ILFF ILJ

4000 VEFH 18 17

-O.001592*VG6 ILJ

4100

VEFA 15

16

-12.938tFEA(62B*TIME) ILA

4200

VEFB 16 17 -12.938FEB(628TIME) ILB

4300

VEAC 5 13

12.938*FEA(628fTIM£)

ILF

4400 VEBC 12 13

12.938FEB(628TIME) ILF

4500 63 0 18 0

4600 G4 18 17 0

487QO IMODIFY

I~F

14 ILFF

0.25 4 vO

*TIMt 0 v.0025

4900

iTR iPLOTC(SO) VSl VG2 ILA ILF ILJ *PLOTC(SO) VG3 UG4 VG? vG8

5000 *RUN CPU=60

"INSTEP 5£-6 STEP 5E-6

5100 ",SAVE 23

5200 *END

(36)

Technische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en vermogenselektronica

biz. 34 rapport nr.

6.2 Computerresultaten van de ELAT met terugkoppeling bij

w

l =628 rad/s

:~

.4

J

U

l

-

_-

.

_.

-

.

-

.

-4.

U

1 -

_-

.

_.

-

.

In de fig. 6.1. en 6.2 zijn de verschillende grootheden als funktie van de tijd afgebeeld. 5 W.r. 336 rad/s 2.01 [-2 5.01 [-2 8·01 [-2 1 . 10 [-1 1 .40 [-1 _t 4 ILF 120 A. 2.01 [-2 5.01 [ 2 8.01 [-2 1.10 [-1 1 .40 E-l _t 3 ILA. 160 A

~

I I ) 2.01 [-2 5.01 [-2 8.01 [-2 1.10 [-1 1.40 [-1 _t 2

l

u ~

J

I

'I~I

topwaarde 3120 V I I ~ 2.01 [-2 S·O 1 8.01 2 1.10 [-1 1 .40 E-l t 1

~

I

u gek

NNJW\

topwaarde 2400 V 2.01 [-2 5.01 [-2 8.01 [-2 1.10 [-1 1.40 [-1 t Fig. 6.1

(37)

....

Afdeling der Eiektrotechniek biZ. ₃₅

Technische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en Vermogenselektronica rapport nr.

4

t

1 .80 E2

+

T = 1 .60 E2

_T

160 Nm 1 .40 E2

+

1 .20 E2 1 .00 E2 8.00 El 6.00 El 4.00 El 2.00 El 0.00 EO -2.00 El

2.01 E-2 5.01 E-2 8.01 E-2 1 . 10 E-l 1 .40 E-l

t 3

I

1 .80 E3 T 1 .60 E3 1 .40 E3 _{1320 Nm} 1 .20 E3 1 .00 E3 8.00 E2 6.00 E2 4.00 E2 2.00 E2 0.00 EO -2.00 E2

2.01 E-2 5.01 E-2 8.01 E-2 1 . 10 E-l 1 .40 E-l

t 2 E 1 .50 E2 0.00 EO -1.50E2 -3.00 E2 -4.50 E2 -6.00 E2 -7.50 E2 -9.00 E2 -1.05E3 -900 v -1.20E3 -1.35E3

2.01 E-2 5.01 E-2 8.01 E-2 1 . 10 E-l 1 .40 E-l

t E = -4.00El -4.80 El -5.60El -6.40El -7.20El -8.00El -8.80El -9.60El -108 v -1.04E2

I

-1.12E2 -1.20E2 I I I I )

2.01 E-2 5.01 E-2 8.01 E-2 1 . 10 E-l 1 .40 E-l

t

Fig. 6.2

We konstateren dat dank zij de stroominjektie op het eerste moment de machinecascade aanloopt. We konstateren echter ook dat de ELAT niet meer van ophouden weet. Spanning, stroom en toerentalblijventoenemen. Opgemerkt zij dat de verzadiging van het ijzer nog niet in het com-puterprogramma opgenomen is.

(38)

....

Ardeling der Elektrotechniek

biz. 36

rapport nr.

Er werd nog eens met hetzelfde computerprogramma gedraaid, maar met een kleinere belasting. Gekonstateerd werd dat de machinecascade niet op gang kwam.

Om de ELAT te starten is een stroominjektie van voldoende grootte nodig. Om te blijven lopen is een minimale belasting nodig. Wanneer de ELAT blijft lopen, nemen spanning en stroom onkontroleerbaar toe. Het bedrijf is instabiel. Hoe krijgen we stabiel bedrijf?

(39)

....

biz. 37 rapport nr.

7. DE ELAT MET SEN CHOPPER IN DE TERUGKOPPELLEIDING

7 • 1 De chopper

Fig. 7.1 toont het netwerkmodel met chopper. De chopper onderbreekt periodiek de terugkoppelleiding. Door de in-tijd van de chopper te regelen wordt de stroom in de terugkoppelleiding en daarmee de stroom in het gelijkstroomanker beinvloed.

Om te voorkomen dat er door de zelfinductie van het gelijkstroomanker te grote overgangsspanningen ontstaan, wordt tijdens de onderbreking van de terugkoppelleiding het gelijkstroomanker kortgesloten via een vrijloopdiode. De vrijloopdiode zorgt ervoor dat de stroom in het ge-lijkstroomanker niet onderbroken wordt.

chopper

391~---~

' - - " ' - - -... """"'10

13

Fig. 7.1 Netwerkmodel met chopper en vrijloopdiode

7.2 Bet computerprogramma met de chopper

Onderstaand is het computerprogramma van de BLAT met chopper weerge-geven.

(40)

....

100 :ELAT9

200 *CIRCUIT

300 FEA/SINI

B 1.7320508 C -O.3333333PI

400 FEB/SINI S 1.7320508

500

F~AF/SINI

C -1.0PI

600 FMBF/SINI

C

-O.3333333PI

700 FMCF/SINI C 0.3333333PI

750 FRG/TAB21

P

10

0

0 1 1

2 1

3

0 10 0

800 O/OIOOE/VT 0.000168 65 1000 IS 2.14E-8

900 T1

1

38

0

1000 T2 0 1

0 1100

T3 2

38

0

1200 T4 0 2

0

1300 TS

3

38

0

1'100 T6 0 3

D

1500 LA

5 1 0.0150

1600 LB 12 2 0.0150

1700 lC 13

3 0.0150

1800 LF 39 15 0.162

1900 RA LA 0.27

2000

RB

LB 0.27

2100 RC LC 0.27

g8 ~~ ~90500tFRG(628*TIME)

2260 TS 0 39 D

2270 RK 0 70 1

2300 "AF LA LF 0.02060*FMAF(62BtTIME)

2400 MBF LB LF

O.02060*FMSF(628*TI~E)

2500 MCF LC LF

O.02060*F~CF(62B*TIME)

2600 G1 1 3 0

2700 62 38 0 0

2800 G6 17 15 0

2900 LFF 20 0 2.3

3000 RFF 0 20 28.6 E -14.3

3100 LJ 0 54 0.00002

3140 T7 54 53 0

3150 VRJ 70 0 -O,Ol*ILJ ILJ

3200 VEJ 52 53 -O.OOliIRK IRK

3300 67 0 50 0

3400 G8 50 51 0

3600 VTA 0 50 0.00478*VG6 ILF

3700 VTS 50 51 0.954*ILFF ILF

3800 RJ Sl 52 0 E -0.01

3900 VEFG 0 18 -0.318*ILFF ILJ

4000 VEFH 18 17 -O,001592*VG6 ILJ

4100 VEFA 15 16 -12.938IFEA(628ITIME) ILA

4200 VEFS 16 17 -12.938tFEB(628*TIME) ILB

4300 VEAC 5 13

12.938FEA(628TIME) ILF

4400 VESC 12 13 12.938FEB(62BTIME) ILF

4500 63 0 18 0

4600 64 18 17 0

4700 +.MOOIFY ILF 14 ILFF O.S

4800 *TIME 0 0.004

biz. 38

rapport nr.

4900 tTR tPLOTC(SO) VG1 VG2 ILA ILF ILJ IPLOTC(50) VG3 VG4 VG7 UGB

5000 *RUN CPU=60 "INSTEP SE-S STEP 5E-5

5100 *SAVE 21

5200 *ENO

H

7.3 Computerresultaten van de ELAT met de chopper

Door de in-tijd van de chopper te varieren wordt getracht een stabiel werkpunt van de ELAT te vinden. Dit blijkt niet eenvoudig te zijn. Wanneer men te grof tewerk gaat, passeert men ongemerkt het stabiele werkpunt en de machine cascade valt stil of slaat op hol. Fig. 7.2 en

(41)

Techni$che Hogeschool Eindhoven

1 .73 E2

1 .72 E2

Vakgroep Elektromechanica en VermogenseJektronica

. biz 39 rapport nr.

9.51 E-2 9.70E-2 9.91E-2 1.01 E-l 1.03 E-l 1.05 E-l

4

l'

173 rad/s

t

!LF

88.5 A

9.61E-2 9.70E-2 9.91E-2 1.01 E-l 3

t

n

I

=

1 ~

+

I

I I

9.61E-2 9.70E-2 9.91E-2 1.01 E-1

I 1.03 E-l I ) 1.06 E-l 80 A 1 - - i )

1.03 E-1 1.OS E-1

t 2

1

11=

i

I

~~~

~

topwaarde 1350 V

~ ~'~i~1

! ;

!

g

I

I i

E

I \j ---~-+I--- I I I ?

9.51 E 2 9.70 E-2 9.91 E-2 1.01 E-l 1.03 E 1 1.05 E-l

t 1

i

l1gek

I

!~I~

topwaarde 1320 V

~\/l,~

I _

t

~

I'~----i-j

9.S1 E-2 9.70 E 2 9.91 E 2 1.01 E-l Fig. 7.2 - - - · - 4 1 - - - I ). 1.05 E-I 1.03 E-i t

(42)

••

E

biz. 40 rapport nr. 4.32 Ei

It

T= 4.24 El 4.16 El 4.08 El 4.00 El 3.92 E 1 3.84 El 3.76 El 3.68 E 1 3.60 El 3.52 El 9.51E-2 9.70E-2 3

I

E2

t

T", E2 E2

T

E2

!

E2 E2 E2 E2 E2 42.4 Nm - + - - - I I r - - - - 7 )

9.91E-2 1.01 E-l 1.03 E-l 1.05 E-l

t 330 Nm 4.80 4.50 4.20 3.90 3.60 3.30 3.00 2.70 2.40 2.10 1 .80 E2 E2 " " + - - - + - - - + - - - + - 1 ---+---~

9.51E-2 9.70E-2 9.91E-2 1.01 E-l 1.03 E-l 1.05 E-l

t -1 . 65

E~

l'

E". -1.80 E2 -1.95E2 -2.10E2 -2.25 E2 -2.40 E2 -247 V -2.55 E2 -2.70 E2 -2.85 E2 -3.00 E2 -3.15E2 + - - - + - - - + I - - - _ + _ _ _ +--- -i-7

9.51E-2 9.70E-2 9.91E-2 1.01 E-l 1.03 E-l 1.05 E-l

t

-2.74 El

-2.75El

-2.76El

't--I - - - + - - - + - - - + - - - - i - - - i )

9.51E-2 9.70E-2 9,91E-2 1.01 [-1 1.03 E-l 1.05 E-\

t

(43)

...

biz. 41 rapport nr. 1 .85 1 .84 1 .83 1 .82 1 .81 1 .80 1 .79 1 .78 1 .77

U

1 -

_-

_.

.

-

.

-

.

:9

.4

.~

7.3 geven een werkpunt aan waarbij de grootheden niet meer veranderen, respektievelijk om een evenwicht slingeren.

Fig. 7.4 en 7.5 geven een werkpunt aan met een andere chopperinstelling.

154 radiI!!

5.01 E-3 6.50 E-3 8.00 E-3 9.50E-3 1 .10 E-2 1 .25 E-2

t 4 E1 ILF £1 £1 E1 E1 E1 E1 E1 E1

5.01 E-3 6.50 E-3 8.00 E-3 9.50E-3 1. 10 E-2 1 .25 E-2

t

3

ILA

18 A

~

_{5.01 E-3} _{6.50 E-3} _{8.00 E-3}

9.50E-3 I . 10 E-2 I .25 E-2

t

2

topwaarde 290 V

I ~

5.01 E-3 6.50 E-3 8.00 E-3 9.50E-3 1 . 10 E-2 1 .25 E-2

t U gek _{topwaarde 288} V

U

l

-

_-

.

_.

~

-

.

-

.

5.01 E-3 6.50 E-3 8.00 E-3 9.50E-3 1 . 10 E-2 1 .25 E-2

t

(44)

... =

4 8.84 EO T 8.80 EO

=

8.76 EO 8.72 EO 8.68 EO 8.64 EO 8.60 EO 8.56 EO 8.52 EO 8.48 EO 8.44 EO 5.01 E-3 6.50 3 1 .98 E1 T IV 1 .92 El 1 .86 El 1 .80 El 1 .74 El 1 .68 E1 1 .62 El 1 .56 El 1 .50 E1 1 .44 E1 1 .38 E1 5.01 E-3 6.50

2

-3.60 E1 E -3.80El

..,

-4.00 E1 -4.20 El -4.40 El -4.60 E1 4.80 E 1 -5.00 E1 -5.20 E1 -5.40 E1 -5.60 E1 5.01 E-3 6.50 -23.811 V

E-3 8.00 E-3 9.50E-3 1 .10 E-2

E-3 8.00 E-3 9.50E-3 1.10 E-2

E-3 8.00 E-3 9.50E-3 1 .10 E-2

./ biz. 42 rapport nr. 1 .25 E-2 1.25 E-2 ---7 1 .25 E-2

5.01 E-3 6.50 E-3 8.00 E-3 9.50E-3 1.10 E-2 1.25 E-2

Fig. 7.5

In de fig. 7.2 tim 7.5 bedraagt de bekrachtigingsstroom van het gelijkstroomdeel 0.5 A.

t

(45)

....

biz. 43 rapport nr.

U

~

-i'

-

_-

.

_.

-

.

o

Fig. 7.6 en 7.7 geven een soortgelijke situatie aan, waarbij de be-krachtigingsstroom van het gelijkstroomdeel gelijk aan nul is. Met andere woorden: van de machinecascade is aileen het synchrone deal aktief. 3.00 [':"2 4 3.00 E-2 3 3.00 E-2

2

u _::: 3.[0 E-2 3.20 E-2 3.10 E-2 3.20 E-2 3.10 E-2 3.20 E-2 150 rad/s

3.30 E-2 3.40 E-2 3.50 E-2

t

3.30 E-2 3.40 E-2 3.50 E-2 _t

40A

3.30 E-2 3.40 E-2 3.50 E-2 _t

topwaarde 696 V

3.00 E-2 3.[0 E-2 3·20 E-2 3.30 E-2 3.40 E-2 3.50 E-2 t

U

gek

topwaarde 696 V

3.00 E-2 3.l0 E-2 3.20 E-2 3.30 E-2 3.40 E-2 3.50 E-2 t

(46)

....

I ,

_I

.

Technlsche Hogeschool Eindhoven

4 5.00 E1 l' _'" 4.00 El 3.00 El 2.00 E1 1 .00 El 0.00 EO -1.00 El -2.00El -3.00 El -4.00 El -5.00 E 1

3.00 E-2 3·10 E-2 3.20 E-2 3.30 E-2 3.40 E-2 3.50

3 1 .10 E2 T", 1 .

as

E2 1.00 E2 9.50 E 1 9.00 El 8.50 El 8.00 El 7·50 El 7.00 El 6.50 El 6.00 £1

3.00 E-2 3.10 E-2 3.20 E-2 3.30 E-2 3.40 E-2 3.50

2 -1.50£1 -8.00 E 1 -8.50 El -9.00 E1 -9.5CE1 -1.00E2 -1.05 E2 -1 .10 E2 -1.15E2 -1.20E2 -1 ·25 E2

3.00 E-2 3.10 E-2 3.20 E-2 3.30 E-2 3.40 E -2. 3.50 1 5.00 El E 4.00 £1

=

3.00 E1 2.00 El 1.00 E1 0.00 EO -1 . 00 E 1 -2.00 E1 -3·00 E1 -4.00 El -5.00 E1

3.00 E-2 3. lO E-2 3.20 E-2 3.30 E-2 3.40 E-2 3.50

Fig. 7.7 biz. 44 rapport nr. (-2 t E 2 t E-2 t E-2 t

(47)

....

Technische Hogeschool Eindhoven Vakgroep Elektromechanica en vermogenselektronica

biz. 45 rapport nr.

8. GEDRAG ELAT BIJ BET SYNCHRONE PUNT

Onder het synchrone punt verstaan we de situatie waarbij w

2 = wi' Zoals eerder beschreven, dient het gelijkstroomdeel bij deze situatie niet aktief te zijn. Voorts werd de chopper uit het circuit verwijderd. Werd in de voorgaande computerprogramma's

w

2 bepaald door de elektro-magnetische koppels, het belastingkoppel en het massatraagheidsmoment, in onderstaand computerprogramma is

w

₂ een vast getal. Begonnen werd met een programma w.2:= 0.95 wi ; dit bleek geen evenwichtspunt op te leveren. Bij verder zoeken werd uiteindelijk een evenwichtspunt gevon-den bij w

2

=

0.654 w1 . Een tweede evenwichtspunt werd met gevonden. In alle si tuaties w

2 < 0.654 w l' gaat de stroom in het circuit naar nul. Onderstaand staat het computerprogramma weergegeven en in de fig. 8.1 en 8.2 de computerresultaten.

100 : ELA'" -J2

"00 *C

I RCU IT

~OO

FEA/SINI B 1.7320508 C -O.3333333PI

400 FEB/SIN/B 1.7320508

500 FMAF/SINI

C

-1.0PI

600 FMBF/SINI

C -C.3333333?I

700 FMCF/SINI

C

0.3333333PI

_

BOO

O/DIOOE/VT 0.000168

OS

100u IS 2.14E-8

900

T1 1

38

D

1000 T2

OlD

1100

T3 2 3R 0

1200 T4

0

2

0 1300 T5 3 38

0 1400 T6

0

3

0 1500 LA 5 1 0.0150

1600 LB 12 2 0.0150

1700

LC 13 3 0.0150

1800 LF 39 15 0.162

1900

RA

LA

0.0270

2000 RBLB 0.0270

2100 RC LC 0.0270

2200 RF LF 0.15

2300 MAF LA LF

0.02060f.FMAF(628*TIM~)

'480 MBF LB LF O'82060FMBF\628TIMt»)

~5

0

~CF

LC LF

O. 2060FMCF(6L8TIM£

2600 61 1 3 0

2700 62 38 0 0

,aoo

06

17

15

0

.)100 RJ :,0 0 1

3150 VTA 0

50

-0.0047Bf.VG6 ILF

3200 RE 0 17 0 E -0.8*VG6

. .

T

88 ~~ l~ l~ :i~:a!Z~ti~~~ tt~

430

8 VEAC

5

13 12.938FEA(623TIME) ILr

440 VEBC

l '

13 12.93BFEB(62BTIME) ILF

4500 63

0

17

0 4700 *MODIFY ILF 15

~'88 :fkM~peogeY~0)

VGl VG2 ILF IRJ

5000 *RUN

CPU=60

5100

*SAVE 21

5200

*ENO

(48)

....

Fig. 8.1

Fig. 8.2

3 ;;;~ biz. 46 rapport nr. -1.00 £2 1.04 £2 -1.08£2 .100 V -1.12 E2 -1.16 E2 -1.20E2 -1.24 E2 -1.28E2 -1.32 E2 -1.36E2 -1.40 E2 2.00 E-2 2.40 E-2 2 3.00 E2 2.70 E2 2.40 E2 2.10 E2 1.80 E2 1.50 E2 1 .20 E2 9.00 E 1 6.00 El 3.00 El 0.00 EO I I I )

3.20 E-2 3.60 E-2 4.00 E-2

2.00 E-2 2.40 E-2 2.80 E-2 3.20 £-2 3.60 E-2 4.00 E-2 t 1 4.00 E2 t..,...t. 280 'I' 3.20 E2 2.40 E2 1 .60 E2 8.00 E I a .00 EO -8.00 EI 1.60 E2 -2.40E2 -3.20 E2 -4.00 E2

2.00 E-2 2.40 E-2 2.80 £-2 3.20 E-2 3.60 E-2 4.00 E-2 t

3 1. 75 E 1 I .70 E1 1.65 E1 1.60 E 1 1.55 El 1.50 E 1 1.45 El 1.40 E1 1.35 El 1.30 E1 1 .25 E 1

2·00 _{3.20 E-2} _{3.60 E-2} _{4.00 E-2} t 2

1 .73 E 1

1.72 El

1.71 £1

2.00 E-2 2.40 E-2 2.80 E-2 3.20 E-2 3.60 E-2 4.00 E-2 2.00 £1 1.60 EI 1.20 El 8.00 EO 4.00 EO a .00 EO -4.00 EO -8.00 EO -1.20 E1 -1.60 El -2.00 El X

2.00 E-2 2.40 E-2 2.80 E-2 3.20 E-2 3.60 E-2 4.00 £-2

(49)

...

biz. 47 rapport nr.

Opmerking:

Rijdt het voertuig een helling af, dan dient erop gelet te worden dat de ELAT belast blijft!

Bij bovenstaande berekeningen was de chopper uit het terugkoppel-circuit verwijderd. Brengen we de chopper weer aan, dan zijn er afbankelijk van de chopperinstelling nieuwe evenwichtspunten te vinden. In de fig. 8.3 zijn de computerresultaten afgebeeld voor

w 2=O,S Wi· 4

t

2.70 E 1 2.40 El 2.10 E1 1.80 El 1 .50 E 1 1 .20 E 1 9.00 EO 6.00 EO 3.00 EO

o

.00 EO - 3 .00 E 0 1 i l l I )

1.00·E-5 1.50 E-23.JO E-2 4.50 E-2 6.00 E-2

2 2·00 E 1

o

.00 EO -2.00 E1 -4.00E1 -6 .00 E 1 -8.00 E1 -1.00 E2 -1.20 E2 -1.40E2 -1.60E2 E tV - 1 .80 E 2 +---t----H·--+·~---~If__----+I - - - ; ?