Inbetriebnahme und Untersuchung einer ASM mit
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Praktikum Elektrische Maschinen Fachbereich 04 ET Inbetriebnahme und Untersuchung einer ASM mit Spannungsumrichter Bei diesem Versuch ist die Inbetriebnahme einer ASM mit einem PWM-Umrichter und die Parametrierung des Umrichters durch die Praktikumsteilnehmer durchzuführen. Fehlschaltungen und Fehleinstellungen können dabei zur Beschädigung des Umrichters und/oder der Maschine führen. Eine gründliche Vorbereitung und gewissenhafte Durchführung des Versuchs ist daher unerläßlich. Aufgabenstellung: Eine Asynchronmaschine mit Schleifringläufer, Typ L03-80L-D84 ist in Sternschaltung (Y) an einen industriellen Spannungsumrichter Typ MM 150/3 anzuschließen und in Betrieb zu nehmen. Grundlage hierzu sind nur die Typenschilddaten der ASM und die vom Hersteller des Pulsumrichters gelieferte Bedienungsanleitung. Nach erfolgreicher Erstinbetriebnahme ist das Betriebsverhalten der Anordnung Umrichter/Motor zu untersuchen. Der Motor wird mit Hilfe einer Magnetpulver-Bremse belastet. Zur Aufzeichnung der Strom- und Spannungsverläufe am Motor steht ein MehrkananlSpeicheroszilloskop mit integriertem Plotter, Trennverstärker und Stromzange zur Verfügung. Außerdem steht ein Spezialmessgerät zur Verfügung (Harmonic Analyser), mit dessen Hilfe die Grundwellensignale (Motorspannung, Motorstrom) herausgefiltert und gemessen werden können.. Die Auswahl und Schaltung weiterer Messgeräte ist durch die Praktikumsteilnehmer festzulegen. Typenschilddaten der ASM: Motorart 3-Phasen ASM Nennfrequenz 50 Hz Nennleistung 0,3 kW Spannung (Y / D) 380 / 220 V Nenndrehzahl 1400 min -1 Nennstrom (Y / D) 1,75 / 3 A Leistungsfaktor cos ϕN 0,6 Versuchsvorbereitungen: 1. Zeichnen Sie das Schaltbild der Gesamtanordnung mit allen benötigten Meßgeräten. Das Schaltbild soll folgende Komponenten enthalten: o Anschluss des Umrichters an das Drehstromnetz o Anschluss des Motors in Sternschaltung an den Umrichter o Beschaltung der Schleifringe o Messmittel zur Bestimmung der stationären elektrischen Größen (Spannung, Strom) im Motor o Anschluss des Oszilloskops zur Bestimmung der Zeitverläufe von Spannung und Strom. o Messung von Drehzahl und Drehmoment (Hinweis: Die Magnetpulver-Belastungseinheit beinhaltet eine Drehmomentanzeige) Fachhochschule München Prof. Höger Praktikum Elektrische Maschinen Fachbereich 04 ET 2. Wie groß ist das Nennmoment des Motors ? 3. Bestimmen Sie den Mindest-Parametersatz des Umrichters, der nach dem Rücksetzen des Umrichters auf den Lieferzustand einzustellen ist, um die Anordnung Motor/Umrichter mit analoger Sollwertvorgabe in Betrieb zu setzen. 4. Mit welchen zusätzlichen Parametereinstellungen läßt sich das Betriebsverhalten der Anordnung bei kleinen Drehzahlen ggf. verbessern bzw. optimieren. Erarbeiten Sie anhand der Bedienungsanleitung einen oder mehrere Vorschläge. Versuchsdurchführung: Erstinbetriebnahme 1.1 Kuppeln Sie den Asynchronmotor mit der Belastungseinheit und einem Tachogenerator und bauen Sie die komplette Schaltung (zur besseren Übersichtlichkeit zunächst ohne Messmittel) auf. 1.2 Setzen Sie die Parameter des Umrichters auf Werkseinstellung zurück (P944 = 1) und stellen sie dann nur die zwingend erforderlichen Parameter für Analogbetrieb am Umrichter ein. Lassen Sie die Einstellungen durch den Betreuer überprüfen und setzen Sie dem Motor im Leerlauf in Betrieb. Überprüfen Sie, ob sich die Drehzahl durch das Analogpotentiometer steuern lässt. 1.3 Erweitern Sie den Drehzahlstellbereich um den Faktor 2. Überprüfen Sie, ob sich die Drehzahl mit dem Analogpotentiometer bis ca. zur zweifachen Synchrondrehzahl steuern lässt. Untersuchung des Betriebsverhaltens 2.1 Schließen Sie das Speicheroszilloskop zur Messung der Außenleiterspannung UUV und des Leiterstroms IU an. Benutzen Sie einen Trennverstärker (Abschwächung 100:1) für die Spannungsmessung und eine Stromzange für die Strommessung. Messung: Oszillografieren und plotten Sie im Leerlauf den Zeitverlauf der Statorspannung und des Statorstroms bei folgenden konstanten Statorfrequenzen: f1 = 50 Hz f1 = 25 Hz f1 = 5 Hz Dabei sollte jeweils eine Vollwelle der Statorfrequenz auf dem Oszilloskop sichtbar sein. Stellen Sie zusätzlich mit Hilfe der Zoom-Funktion am Oszilloskop (Dehnung um Faktor 10) den zeitlich höher aufgelösten Verlauf der Spannung im Scheitelpunkt der Grundschwingung dar. Auswertung: Mit welcher Zwischenkreisspannung arbeitet der Pulsumrichter? Schätzen Sie anhand der aufgenommenen Oszillogramme jeweils die maximale relative Einschaltdauer τE = tE/TP des gepulsten Spannungssignals ab. Berechnen Sie daraus den Scheitel- und Effektivwert der Sinusgrundwelle der Spannung. Fachhochschule München Prof. Höger Praktikum Elektrische Maschinen 2.2 Fachbereich 04 ET Messung: Messen Sie im Leerlauf die stationären Zusammenhänge U1 = g (f1) und n = g (f1). Verändern Sie die Frequenz f1 von Null bis zur zweifachen Nennfrequenz. Sind die Messergebnisse plausibel? Welches Problem ergibt sich bei der Spannungsmessung? Welche Art von Messgeräten können für die Spannungsmessung eingesetzt werden? Auswertung: Stellen Sie die Kennlinien U1 = g (f1) und n = g (f1) gemeinsam in einem Diagramm 1 dar. Erläutern Sie welche Probleme bei der Spannungsmessung zu bewältigen waren und wie sie gelöst wurden. 2.3 Messung: Oszillografieren Sie den Statorstrom i1(t) gemeinsam mit der Statorspannung bei folgenden konstanten Statorfrequenzen: f1 = 50 Hz f1 = 25 Hz f1 = 5 Hz im Leerlauf und bei Belastung (ca. Nennmoment bzw. maximal mögliche Belastung). Vergleichen Sie die Messergebnisse. Auswertung: Wie ändert sich der Zeitverlauf des Statorstroms in Abhängigkeit von der Frequenz und in Abhängigkeit von der Belastung ? Warum ist die Lastabhängigkeit der Strom-Amplitude so gering? Warum ist der Motor bei f1 = 5 Hz nicht mit dem Nennmoment belastbar? Begründen Sie das gemessene Betriebsverhalten. 2.4 Messung: Oszillografieren Sie den Läuferstrom i2(t) gemeinsam mit der Statorspannung bei f1 = 50 Hz und Belastung (Leerlauf, halbes Nennmoment, Nennmoment). Auswertung: Wie ändert sich die Amplitude und Frequenz des Läuferstroms? Begründen Sie das gemessenen Betriebsverhalten. 2.5 Messung: Messen Sie die Drehzahl/Drehmomentkennlinie n = f (M) und die Abhängigkeit I1 = f (M) bei folgenden konstanten Statorfrequenzen: f1 = 5 Hz, f1 = 25 Hz, f1 = 50 Hz f1 = 75 Hz, f1 = 100 Hz Verändern Sie das Drehmoment mit Hilfe der Belastungseinrichtung. Auswertung: Stellen Sie die fünf Kennlinien n = f (M) in einem gemeinsamen Diagramm 2 und die fünf Kennlinien I1 = f (M) in einem gemeinsamen Diagramm 3 dar. Haben Sie das Messergebnis so erwartet. Erläutern Sie, warum bzw. warum nicht. 2.6 Wie könnte man die Belastungsfähigkeit des Motors bei kleinen Drehzahlen noch verbessern? Anlage: Original Bedienungsanleitung zum Gerät MICRO MASTER (Siemens) (Bitte zurückgeben, wenn sie nicht mehr benötigt wird) Fachhochschule München Prof. Höger
