Feszültséginverteres aszinkron motoros hajtás - Villamos Energetika ...

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS
GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
VILLAMOSMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR
VILLAMOS ENERGETIKA TANSZÉK
Villamos gépek és hajtások csoport
IMPULZUSSZÉLESSÉG-MODULÁLT FESZÜLTSÉGINVERTERRŐL TÁPLÁLT
ASZINKRON MOTOROS HAJTÁS VIZSGÁLATA
Laboratóriumi mérési útmutató
Összeállította: Erdélyi István, Kádár István, Veszprémi Károly
1. A méréssel kapcsolatos tananyag:
Halász S.: Villamos hajtások. Egyetemi tankönyv. ROTEL Kft., Budapest, 1993. 263-277 o.
2. A mérés célja:
Egy-chipes mikrokontrollerre épülő információ-elektronikai elemek és teljesítmény
IGBT-k felhasználásával megépített frekvenciaváltó vizsgálata, aszinkron motoros hajtás
jellegörbéinek mérése.
3x400 V
R
S
T
INVERTER
C NM TA
ih ui ,, ψ,
m
Oszciloszkóp
1
V
TD
A mérés kacsolási vázlata
AM
MD
RT
A
A
220 V=
3. A méréshez használt berendezések, eszközök:
AM - Háromfázisú aszinkron motor, EVIG gyártmány, VZ 132 S4C, 5,5 kW, 380 V,
11.1 A, 1445/min, Y kapcsolás, állórész fázisellenállás 0,75 Ω
MD - terhelő gép 220 V; 82 A; 20 kW; 1500/min
INVERTER - Microverter D típusú impulzusszélesség modulált feszültséginverter (7,9/380)
NM - Villamos elven működő nyomatékmérő berendezés
TA - Norma gyártmányú, 6100 típusú teljesítmény analizátor
V - voltmérő
TD - tachométer dinamó 35 V; 1000/min
- Nyomatékmérő mérleg, Hódmezővásárhelyi Mérleggyár
RT - terhelő ellenállás

4. Mérési feladatok
1. Az aszinkron motor M(n) jelleggörbéjének felvétele kompenzáció nélkül.
2. A szlipkompenzáció számítása.
3. A szlipkompenzáció hatásának vizsgálata az M(n) jelleggörbére.
4. A törésponti frekvencia hatásának vizsgálata az M(n) jelleggörbére.
5. A kisfrekvenciás feszültségemelés (boost) hatásának vizsgálata az M(n) jelleggörbére.
6. Az állórész fluxus vizsgálata üresjárásban.
7. Időfüggvények és Park-vektorok megfigyelése oszcilloszkópon, a szinuszos tápláláshoz
képesti eltérés vizsgálata.
8. A motor feszültség és áram felharmonikus tartalmának vizsgálata.
5. Az inverter rövid áttekintése (részletes leírását a Melléklet tartalmazza).
Az inverter háromfázisú betáplálást igényel; diódás híddal egyenirányítjuk a hálózati
feszültséget. Az inverter oldal kapcsolóelemei IGBT tranzisztorok, ami nagy kapcsolási frekvencia
elérését teszi lehetővé. Ez utóbbi a motor igénybevétele szempontjából (járulékos felharmonikus
veszteség) előnyös, de méréstechnikai szempontból az igen gyors kapcsolások
komoly problémákat okoznak. Az egyenáramú kör csak kondenzátort tartalmaz, a szűrési
célból gyakran alkalmazott fojtótekercs nincs beépítve, ez a hálózati (felharmonikus) visszahatás
miatt hátrányos.
Fékezésre nincs mód, ezért a terhelés nélküli gyors lassítások kerülendők, mert a hajtás
az egyenköri feszültség megemelkedése miatt hibajelzéssel leállhat.
Az egy-chipes mikrokontrollerre épülő irányítóegység teljesen digitális. A programot
és a paramétereket EEPROM memóriában tárolják, ezáltal lehetséges a paramétereknek bármikor
történő módosítása és elmentése.
A tápfeszültség (3x400 V) bekapcsolása után a készülék egy inicializáló programrészt
futtat le, melynek során a kijelzőn a minimális (egyúttal aktuális) frekvencia jelenik meg.
Ezen programrész lefutása után, ha közben nem nyomjuk meg a billentyűket, a "ready" (rdY)
felirat lesz látható.
Az inverteren 3 kompenzációs paramétert lehet beállítani:
K1) szlipkompenzációt,
K2) kisfrekvenciás feszültségemelést,
K3) törésponti frekvencia módosítást.
Pr7
w0
w
wn
2
Mn
A szlipkompenzáció értelmezése és beállítása
M

K1) Szlipkompenzáció
A terhelőárammal arányosan kompenzálja az aszinkron motor mechanikai jelleggörbéjének
esését. A névleges nyomatékhoz (áramhoz), névleges fordulatszámhoz tartozó munkapontban
kell beállítani az inverter frekvencia emelését.
K2) Kisfrekvenciás feszültségemelés
Az aszinkron motor állórész ellenállásán alacsony frekvencián a kis tápfeszültséghez
viszonyítva jelentős a feszültségesés, ami a fluxus és a nyomaték csökkenését okozza. Ennek
kompenzálására az U/f = állandó értékhez képest az inverter a frekvenciától (és esetleg a terheléstől
is) függő mértékben emelt feszültséget ad (IR kompenzáció). Hatása 3 Hz-től a törésponti
frekvencia feléig érvényesül.
Pr6
U
100 %
50 %
25,5 %
3 Hz
ft/2 ft fMAX
A kisfrekvenciás feszültségemelés értelmezése és beállítási tartománya
K3) A törésponti frekvencia módosítása
Az inverter a névleges feszültséget az ft törésponti frekvencián adja ki. Adott frekvencia
mellett a kapocsfeszültséget (és ezzel a fluxust is) a törésponti frekvencia módosításával
változtathatjuk.
U
Un
fHATÁR/16
3
ft
fHATÁR
A törésponti frekvencia értelmezése és beállítási tartománya
Prc
f
f

Alapjel adásra három lehetőség van:
A1) az előlapon elhelyezett billentyűzet segítségével,
A2) analóg vonalon potencióméterről,
A3) soros vonalon keresztül külső számítógépről.
A1) Kezelés a saját billentyűzetről a Mellékletben részletesen leírtak szerint.
Ha irányváltást akarunk, akkor a ∨ gomb megnyomásával lemegyünk a minimális
frekvenciáig. Miután ezt elértük, ismét nyomjuk meg kétszer a ∨ gombot. Ezután a ∧ gomb
hatására az ellentétes forgásirányba forog a motor.
A2) Analóg vezérlés
A csatlakoztatott analóg kezelő szervekkel a vezérlés egyszerűbb, mint billentyűzet segítségével.
Ehhez b9 = 1 beállítás szükséges.
Kezelőszervek:
- STOP kapcsoló - feloldása engedélyezi a hajtás működését, ezután a hajtás felfut a
potenciométeren beállított fordulatszámra.
- az alapjel potenciométer maximuma a Pr1-gyel beállított fmax maximális frekvenciának
felel meg.
- +/- forgásirány váltás
- TÁV/KÉZI - KÉZI-ben érvényesül az alapjel potenciométer, TÁV állásban a soros
vonalon vár paramétereket.
- HIBA - visszajelzés és nyugtázás.
- f analóg kimenet: 0 ...10 V - 0 ... fmax
- I analóg kimenet: 0 ...10 V - 0 ...150% In
A3) A soros vonalon keresztül történő távirányítás jelenleg nem működik.
6. A nyomatékmérő készülék
A műszer alkalmas a feszültség és áram mérése alapján u, i, ψ Park-vektorok előállítására,
belőlük P, Q, M számítására. A ψ és M pontos méréséhez a vizsgált motor pólusszámát
és állórészének fázisellenállását be kell állítani. A digitális kijelző a feszültség, az áram
és a fluxus fázis effektív értékét mutatja.
7. A mérési feladatok elvégzése
7.1. Az aszinkron motor M(n) jelleggörbéjének felvétele kompenzáció nélkül
Vegyük fel az inverterről táplált aszinkron motor M(n) jelleggörbéjét, nulla szlipkompenzáció,
ft=50 Hz-es törésponti frekvencia, fl=30 Hz és 50 Hz tápfrekvencia beállítása mellett.
(A mérleg mkp egységre van skálázva, 1 kp az MKS mértékrendszerben 1 kg tömeg súlya a
gravitációs térben, közelítőleg 1 kp = 9,81 N.)
7.2. A szlipkompenzáció számítása
A motor névleges adataiból számítsuk ki a szlipkompenzáció közelítő értékét, a kapott eredményt
ellenőrizzük az előző mérés alapján és állítsuk be az inverteren (Pr7).
7.3. A szlipkompenzáció hatásának vizsgálata az M(n) jelleggörbére
A beállított szlipkompenzációval vegyük fel a motor M(n) jelleggörbéjét fl=30 Hz és 50 Hz
tápfrekvencia mellett.
4

7.4. A törésponti frekvencia hatásának vizsgálata az M(n) jelleggörbére
Vegyük fel a motor M(n) jelleggörbéjét ft=75 Hz és 100 Hz törésponti frekvenciánál (üzem
közben Prc nem állítható!), fl=30 Hz és 50 Hz tápfrekvencia mellett.
7.5. A kisfrekvenciás feszültségemelés (boost) hatásának vizsgálata az M(n) jelleggörbére
Vegyük fel a motor M(n) jelleggörbéjét a kisfrekvenciás feszültségemelés (boost) ∆U = 0 %
és 5,1 % beállításával (Pr7, b3=1 - statikus), ft=60 Hz törésponti frekvenciánál, fl=20 Hz és
40 Hz tápfrekvencia mellett.
7.6. Az állórész fluxus vizsgálata üresjárásban
Vizsgáljuk üresjárásban az állórész fluxus állandóságát, vegyük fel a Ψ1(fl) és U1(fl) függvényeket
ft=50 Hz törésponti frekvencia valamint ∆U= 0 % és 5 % kisfrekvenciás feszültségemelés
beállításával (statikus), az fl=0-50 Hz tápfrekvencia tartományban. A fluxus értékét a
nyomatékmérő készülékről olvashatjuk le.
7.7. Időfüggvények és Park-vektorok megfigyelése oszcilloszkópon, a szinuszos tápláláshoz
képesti eltérés vizsgálata
Figyeljük meg oszcilloszkópon a feszültség, az áram, a fluxus és a nyomaték (m) időfüggvényét
valamint az u, i és Ψ Park-vektorokat, vizsgáljuk a szinuszos tápláláshoz képesti eltérést.
7.8. A motor feszültség és áram felharmonikus tartalmának vizsgálata
Figyeljük meg a motor áramának és feszültségének frekvencia spektrumát (felharmonikus
tartalmát) a teljesítmény analizáló képernyőjén fk= 2,9 kHz és 5.9 kHz kapcsolási frekvenciánál,
fl=30 Hz és 50 Hz tápfrekvencia mellett.
Vizsgálandó felharmonikusok: m ± 2, m ± 4 ( m fk
= ).
f
8. Ellenőrző kérdések
2005. október
- Állandó frekvenciájú szinuszos táplálásnál, hogyan változik az aszinkron motor
billenőnyomatéka a tápfeszültség változás hatására?
- Inverteres táplálásnál miért alkalmaznak feszültségnövelést alacsony frekvencián?
Mihez képest emelik a feszültséget?
- A törésponti frekvencia megválasztása hogyan hat a névleges frekvencián kialakuló
fluxusra?
- Hogyan változik a fluxus a frekvencia függvényében a törésponti frekvencia alatt és
felett?
5
1

Melléklet
Microverter D digitális frekvenciaváltó háromfázisú hajtások szabályozására
1. Bevezetés
A frekvenciaváltó szabványos és nagy fordulatszámú aszinkron motorok folyamatos, kis
veszteségű fordulatszám szabályozására szolgál.
Diódás híddal egyenirányított konstans közbenső köri egyenfeszültségből szinuszt közelítő
impulzusszélesség modulációval változtatható feszültségű és frekvenciájú háromfázisú váltakozó
áramú rendszert hoz létre.
Az általa táplált aszinkron motorral olyan szabályozási dinamikát lehet elérni, amely egyenértékű
az egyenáramú hajtásokéval.
A nagy kapcsolási frekvencia biztosítja a motoráram alacsony felharmonikus tartalmát és
ezáltal a motor alacsony zaját és veszteségét, továbbá egyenletes járását még alacsony fordulatszám
tartományban is.
A frekvenciaváltó különböző funkcióit mikroprocesszor látja el.
A berendezés integrált kezelőegységgel rendelkezik, amely három nyomógombból és egy
alfanumerikus kijelzőből áll. Ezekkel lehet beállítani a hajtás paramétereit, így az
üzembehelyezés rendkívül leegyszerűsödik, nincs szükség mérőműszerekre.
1.1. A legfontosabb jellemzők:
• Alkalmas szabványos háromfázisú aszinkron motorok táplálására
• A váltóirányítóban alkalmazott IGBT-k nagy kapcsolási frekvenciájú impulzus-átalakítást
tesznek lehetővé
• A beállítható maximális kapcsolási frekvencia 11,7 kHz
• Széles kimeneti frekvenciatartomány (0-480 Hz)
• Nagy bemeneti feszültségtartomány
• Üresjárás-, rövidzárás-, földzárlatbiztos kimenet
• Kompakt kialakítás
• A bemeneti cos ϕ megközelítőleg 1
• A készülék digitális jeladó alkalmazása esetén alkalmas fordulatszám szabályozásra
• Hatásos áramerősség-függő szlipkompenzáció
• A fékezésnek két módja között lehet választani:
- egyenáramú fékezés, vagy
- fékezés állítható meredekségű fordulatszám-alapjel csökkentéssel
A motorfeszültség terheléstől függő növelése az alsó- (automatikus növelés) és a felső-
(kivéve az "economy" = takarékos üzemmódot) frekvenciatartományban.
• A paramétereket üzem közben is lehet állítani
• Frekvencia-, fordulatszám- vagy nyomaték alapjel megadás lehetősége
• Hibás vagy hiányzó alapjel esetében a rendszer lekapcsol
• A kijelzőn megjeleníthető a frekvencia vagy a terhelőáram aktuális értéke
Az inverter adattáblája
M-1

Az inverter működési és áramköri vázlata
M-2

2. Paraméterezés
Ellenőrzés: A beállított értékek mind üzemelő, mind leállított hajtásnál ellenőrizhetők.
Módosítás: Prc kivételével valamennyi Pr.. paramétert üzem közben is meg lehet változtatni,
a választókapcsolók és a Prc paraméter módosításához a hajtást le kell tiltani.
Az inverter kezelőpultja
2.1. A paraméterek ellenőrzése:
a) Nyomjuk meg egyszer a MÓD gombot; a kijelzőn váltakozva jelenik meg az aktuális
paraméter azonosító jele és beállított értéke.
b) A ∨ vagy a ∧ gombbal választhatjuk ki a kívánt paramétert illetve választókapcsolót.
2.2. A paraméterek módosítása:
a) Nyomjuk meg egyszer a MÓD gombot, és a ∨ vagy a ∧ gombokkal válasszuk ki a
kívánt paramétert illetve választókapcsolót.
b) Nyomjuk meg másodszor is a MÓD gombot; a kijelző az aktuális paraméter beállított
értékét mutatja.
c) A ∨ vagy a ∧ gombbal állítsuk be a kívánt értéket.
Beavatkozás nélkül 8 másodperc után a rendszer kilép a MÓD üzemből, a kijelző visszaáll
frekvencia- vagy terheléskijelzésre (b8-nak megfelelően).
A paraméterek és választókapcsolók követési sorrendje
M-3

2.3. A paraméterek leírása
Pr0: Minimális frekvencia [Hz] (fMIN)
- Kimeneti frekvencia minimális alapjelnél
beállítási tartománya: 0 – fMAX (fMAX a Pr1-el beállított maximális frekvencia értéke)
gyári alapérték: 0 Hz
Pr1: Maximális frekvencia [Hz] (fMAX)
- Kimeneti frekvencia maximális alapjelnél
beállítási tartománya: fMIN – fHATÁR (fMIN a Pr0-al, fHATÁR a b14-el beállított érték)
gyári alapérték: 50 Hz
Értékét ne növeljük a 60 Hz fölé, mert az egyenáramú terhelőgépet nem szabad az ehhez
tartozó fordulatszám fölé gyorsítani!
Pr4: Maximális áramerősség [a készülék névleges áramának %-ban]
- A motorra 30 s-ig megengedett terhelőáram
beállítási tartománya: 0 – 150 %
gyári alapérték: 150 %
Túllépése a tizedespont villogását eredményezi a kijelzőn. Túl hosszú ideig tartó túlterhelés
lekapcsolást idéz elő és a kijelzőn "I⋅t" üzenet jelenik meg.
Pr5: Tartós áramerősség [a készülék névleges áramának %-ban]
- A motorra megengedett tartós üzemi áram.
beállítási tartománya: 10 – 105 %
gyári alapérték: 100 %
Túllépése a tizedespont villogását eredményezi a kijelzőn. Túl hosszú ideig tartó túlterhelés
lekapcsolást idéz elő és a kijelzőn "I⋅t" üzenet jelenik meg.
A motor névleges áramának megfelelő értékre kell állítani.
Pr6: Kisfrekvenciás feszültségemelés (Boost) [a névleges feszültség %-ban]
- A feszültség megemelése alacsony frekvenciákon növelt indítónyomaték biztosításához
(IR kompenzáció). Hatása 3 Hz-től a törésponti frekvencia feléig érvényesül, terheléstől
való függése b3-al választható.
beállítási tartománya: 0 – 25,5 %, 0,1 %-os lépésekben
gyári alapérték: 5,1 %
Ezt a paramétert a mérés során változtatni kell, lehet üzem közben is.
Pr7: Szlipkompenzáció [Hz]
- A frekvencia növelése a terhelés függvényében. A frekvenciának az alapjelhez képesti
növelése a Pr5-tel beállított tartós áramerősségnél.
Beállítása 0,1 %-os lépésekben, maximális értéke a b14-el beállított fHATÁR határfrekvencia
értékétől függ:
b14 maximális frekvencia növelés
120 Hz 5 Hz
240 Hz 10 Hz
480 Hz 20 Hz
gyári alapérték: 0 Hz
Ezt a paramétert a mérés során változtatni kell.
PrA: Az utolsó lekapcsolási ok tárolt hibakódjának előhívása
M-4

Prc: Törésponti frekvencia
- Az inverter kimenő feszültsége (motorfeszültség) ennél a frekvenciánál éri el legnagyobb
(névleges) értékét. Általában itt történik a motor típusfrekvenciájának beállítása.
Ez a paraméter alkalmas a különböző fluxusú táplálás megvalósításához.
beállítási tartománya: fHATÁR/16 – fHATÁR (fHATÁR a b14-el beállított érték)
gyári alapérték: 50 Hz
A törésponti frekvenciát a mérés során változtatni kell, üzem közben nem lehet.
2.4. A választókapcsolók (logikai változók) ismertetése
b0: Alapjel választás: frekvencia vagy nyomaték
b0 = 0 – nyomaték alapjel képzés
b0 = 1 – frekvencia alapjel képzés
gyári alapérték: b0=1
b1: Viselkedés rövid ideig tartó feszültség kimaradás esetén
b1 = 0 – automatikus újraindítás
b1 = 1 – kezelői újraindítás
b3: Kisfrekvenciás üzemi feszültségemelés
b3 = 0 – terheléstől függő (dinamikus)
b3 = 1 – terheléstől független (statikus)
gyári alapérték: b3=0
Ezt a paramétert b3=1 értékre kell állítani.
b5: Vezérelt és fordulatszabályozott üzem közötti választás
b5 = 0 – fordulatszabályozott
b5 = 1 – frekvenciavezérelt
gyári alapérték: b5=1
b6: Az alapjeladás módja külső vezérlés esetén
b6 = 0 – alapjeladás kapocslécen keresztül
b6 = 1 – alapjeladás soros vonalon
gyári alapérték: b6=0
b8: Kijelzendő változó kijelölése
b8 = 0 – a kimenő frekvencia kijelzése [Hz]
b8 = 1 – a terhelés kijelzése [a készülék névleges áramának %-ban]
gyári alapérték: b8=0
A ∨- és a ∧- gombok együttes megnyomásával átválthatunk a két kijelzési lehetőség között.
A gombok elengedése után a kijelzőn a b8-al beállított változó jelenik meg.
b9: Frekvencia és vezérlés előválasztása
b9 = 0 – kezelőegységről (klaviatúráról)
b9 = 1 – kapocslécen keresztül
gyári alapérték: b9=1
Kezelőegységgel: frekvencia növelése: ∧- gomb
frekvencia csökkentése: ∨- gomb
M-5

14 A kapcsolási frekvencia és a frekvenciatartomány kiválasztása
4 kapcsolási frekvencia választható:
2.9 = 2,9 kHz; 5.9 = 5,9 kHz; 8,8 = 8,8 kHz; 11,7 = 11,7 kHz;
3 frekvenciatartomány választható:
0...120 Hz; 0...240 Hz; 0...480 Hz;
gyári alapérték: 2.9; 120
3. A hibajelzések összefoglalása
Under Voltage
A hálózati feszültség túl alacsony
Over Voltage
A hálózati feszültség túl magas
Over (I) current
Túláram
Ixt trip
Túlterhelés (áram*idő szorzat túllépés)
Overheat
Túlmelegedés (hűtőborda)
thermisztor
Túlmelegedés (motor)
External trip
Külső leállítás
current loop loss
Áram alapjel hiba
PowerSupply
Tápegység hiba
Error
Hardverhiba
Összeállította: Kádár István
2005. október
M-6