DOC

Frequentieregelaar

By Lisa Stone,2014-07-16 05:08
10 views 0
FrequentieregelaarFreq

    Asynchrone machines

    &

    Frequentieregelaars

    Een inleiding

    tot

    het nut en het gebruik

    van de frequentieregelaar.

    F. Rubben

Motorsturingen E&Lab Frequentieregelaar

F. Rubben 2

G. Vanheerswynghels VTI Brugge

    Motorsturingen E&Lab Frequentieregelaar

    Frequentieregelaars

1. Intro

    Het doel van een frequentieregelaar is veelzijdig:

     zorgen voor de aanzet van de asynchrone én synchrone motor

     (nood)stopvoorziening

     anderzijds kan men de snelheid regelen.

    De manier waarop dit gebeurt, is via vermogenelektronica:

     het 50Hz-net wordt gelijkgericht

     via een tussenkring wordt de gelijkspanning of stroom afgevlakt

     en via een wisselrichter omgezet naar een AC-spanning waarbij de

    frequentie verschillend kan zijn dan 50Hz.

    Het wisselrichten kan via 2 methodieken gebeuren:

     U/f-karakteristiek (altijd aanwezig)

     Flux-vectorcontrole (enkel aanwezig bij duurdere, complexere modellen)

    Beide methoden zitten in de elektronische sturing van de wisselrichter verwerkt.

    In de sturing van kleinere, goedkopere types van frequentieregelaars zit er alleen

    de U/f-regeling verwerkt.

     Figuur 1: interne werking FR (afgevlakte spanning in de tussenkring)

    F. Rubben 3

    G. Vanheerswynghels VTI Brugge

    Motorsturingen E&Lab Frequentieregelaar

    Opmerking:

    Deze cursus is gericht naar leerlingen van het Technische en het Beroepsgericht Secundair Onderwijs. Enige vereenvoudigingen van theoretische modellen zijn dan ook niet uit te sluiten; maar kunnen een algemeen inzicht bieden in de werking van een frequentieregelaar an sich.

    Opmerkingen, aanvullingen, … zijn welkom: frank.rubben@gmail.com

     Bronvermelding:

Cursussen & Boeken

    - Pollefliet; Elektronische vermogencontrole, CD-ROM uitgave

    - Pollefliet; Elektronische vermogencontrole, volume I en volume II

    - I. Maesen; Project 1: Aandrijving ventilator met frequentieomvormer

    (V3; okt 05); VTI-Beringen

    - M. De Bruyn, I. Maesen, J. Van Ocken; Elektrotechnisch tekenen

    schema‟s lezen 3; Wolters Plantyn

    - Ir. Merlevede G., vermogenelektronica, Labo Emas, KHBO 2004

    - SEW Eurodrive, Het selecteren van aandrijvingen, aandrijftechniek in

    de praktijk

Uitgaven

    - Moeller; schakelschemaboekje

Datasheets

    - GE VAT20

    - Altivar 16

    - Omron 3EGFV

    - Documentnummer: 01-2145-03; Emotron 2004

Websites

    - [I] http://www.transmo-

    eep.be/documents/producten/aandrijvingen/sturingen-en-regelaars/vat-

    20.xml; letterlijk overgenomen

    - [II] http://www.nl.vacon.com/Default.aspx?id=466452; letterlijk

    overgenomen

    - http://nl.wikipedia.com

    F. Rubben 4

    G. Vanheerswynghels VTI Brugge

    Motorsturingen E&Lab Frequentieregelaar

    2. De asynchrone machine: herhaling.

    Hoewel de frequentieregelaar ook kan dienen om een synchrone machine aan te

    sturen, wordt hier enkel de asynchrone machine herhaald. In de praktijk worden

    asynchrone machines immers het meest gebruikt. Zeker dankzij het weinige

    onderhoud (tenzij de lagers) worden de asynchrone kooiankermotoren ook wel

    het "moderne trekpaard "genoemd.

    Het grote nadeel van de asynchrone machines ten opzichte van DC-motoren was

    in de beginperiode (rond de eeuwwisseling in 1900) een gebrek aan efficiënte

    methodes om de snelheid van de ASM te regelen. Door de ontwikkeling van de

    vermogenelektronica (>1970) trad hier verandering op: de snelheid kon

    veranderd worden door het wijzigen van de snelheid van het voedingsnet: de

    frequentie.

    Het toestel waarmee dit gebeurde noemt men de FREQUENTIEREGELAAR

    Om de werking van de frequentieregelaar te begrijpen, moeten we eerst en vooral

    de asynchrone machine nog eens kort bespreken.

2.1. Asynchrone machine

2.1.1. Soorten asynchrone machines

    Een ASM is ofwel van het type kooiankermotor ofwel van het type

    sleepringankermotor. Het verschil in beide rotoren is eenvoudig af te leiden uit de

    naam: (of de naam vertelt ons iets over de bouw van de rotor)

     SA: de rotor bestaat uit windingen die in een sterpunt verbonden zijn.

    Het andere uiteinde is via sleepringen terug te vinden op de klemmenplaat

    van de motor. Door de sleepringen is deze motor minder

    gebruiksvriendelijk dan zijn „broertje‟:

     Figuur 2: ASM - type SA (bron: stdvk_em_10)

    F. Rubben 5

    G. Vanheerswynghels VTI Brugge

Motorsturingen E&Lab Frequentieregelaar

     KA: de rotor bestaat uit staven die aan beide uiteinden via ringen

    kortgesloten zijn.

     Figuur 3: KA-motor (bron: electric-motors-price.info)

    2.1.2. Eigenschappen asynchrone machine

    In de stator - bij aansluiten van een driefasige wisselspanning - zal er stroom

    vloeien. Hierdoor ontstaat er een draaiveld in de stator. Dit draaiveld draait rond

    met de synchrone snelheid Ns.

    Ns = 60.f

     p

    In deze formule is f de frequentie (in Hz), p is het aantal poolparen. Het

    synchrone toerental wordt in toeren per minuut uitgedrukt.

    De rotor beweegt zich echter niet even snel als het draaiveld. De motorsnelheid

    Nr is verschillend van Ns; de mate waarin deze snelheden verschillen noemt men

    de slip.

    De slip wordt vaak in % uitgedrukt.

     Ns-Nr

    s = --------

     Ns

    In theoretische modellen van asynchrone machines leidt men af dat het kipkoppel

    (en koppel) in relatie kunnen gebracht worden met de (kip)slip. Het koppel is in

    feite uit te drukken als een functie van Ns; en bijgevolg ook van de slip. De relatie

    tussen de slip (de snelheid) en het koppel vindt men terug bij het opnemen van

    de TN-curve.

F. Rubben 6

    G. Vanheerswynghels VTI Brugge

    Motorsturingen E&Lab Frequentieregelaar

     Figuur 4: TN- en IN-curve (SEW Eurodrive)

Men kan verschillende parameters wijzigen bij de TN-curve.

    Om een lagere startstroom te krijgen (en dus lagere aanzetkoppel) reduceert men de spanning m.b.v. een aantal technieken: sterdriehoek, statorweerstanden, softstarter, …

    Men krijgt ook een lagere startstroom door de rotorweerstand te wijzigen bij SA-motoren. Ook het starten met een frequentieregelaar kan de startstroom reduceren.

    De reële snelheid Nr van de ASM kan ook gewijzigd worden. Nr hangt nauw samen met Ns. Om de snelheid Ns te wijzigen moet men dus iets veranderen. Men kan de poolparen wijzigen (poolomschakelbare motoren en

    Dahlandermotoren); in het geval van een frequentieregelaar wijzigt de frequentie.

Wat verandert er nu als de frequentie gewijzigd wordt?

    1. frequentie verandert.

    2. de synchrone snelheid wijzigt.

    3. de motorcurve verandert afhankelijk van de synchrone snelheid.

    4. de motor en belasting zoeken een nieuw evenwicht: dit is de nieuwe

    motor-snelheid.

    F. Rubben 7

    G. Vanheerswynghels VTI Brugge

Motorsturingen E&Lab Frequentieregelaar

    Een schets:

     Figuur 5: Zolang U/f =Cte is ook Tk constant.

    2.2. Doel van de frequentieregelaar in combinatie van een ASM

    Het doel van een frequentieregelaar is veelzijdig:

     zorgen voor de aanzet

     stopvoorziening

     anderzijds kan men ook de snelheid regelen

     driefasige motor op een eenfasig net aansturen

    F. Rubben 8 G. Vanheerswynghels VTI Brugge

    Motorsturingen E&Lab Frequentieregelaar

    2.3. Opstarten asynchrone motor: korte bespreking

2.3.1. Direct starten van een motor

    Bij het direct starten van een motor treden er aantal problemen op; afhankelijk

    van de toepassing zijn die meer of minder ernstig.

    Het grootste aandachtspunt is de grote startstroom, gevolgd door een groot

    aanzetkoppel.

    Men zal dus vaak een startmethode moeten gebruiken om de startstroom te

    reduceren.

2.3.2. Andere startmethodes

    De bedoeling van de meeste startmethodes bij een asynchrone (kooianker)motor

    is de spanning reduceren in de stator. Door de gereduceerde spanning zal de

    startstroom kleiner zijn, zoals beoogd werd:

     sterdriehoek (afkorting in deze tekst: YD)

     Figuur 6: Vermogenkring voor de YD (bron: cd3wd.com)

    o Voordeel

    ; goedkoop

    ; relatief eenvoudig aan te sturen

    ; lager startstroom dan direct starten (3 keer)

    F. Rubben 9

    G. Vanheerswynghels VTI Brugge

    Motorsturingen E&Lab Frequentieregelaar

    o Nadeel

    ; piekstroom en koppel, alsook fluctuaties van stroom en

    koppel bij overgang van de ster- naar de

    driehoekschakeling.

    ; Is niet op alle netten toepasbaar

    ; Startkoppel in ster is niet altijd voldoende om de

    belasting te doen draaien.

     Figuur 7: IN- en TN-curven voor YD (bron: circuitsonline)

Statortransformator

    o Voordeel

    ; Eenvoudig toepasbaar bij een manueel bediend proces

    o Nadeel

    ; Het aansturen van de transformator in een regelkring is

    niet zo eenvoudig

Statorweerstanden

    o Voordeel

    ; Eenvoudig toepasbaar; niet enkel bij manuele bediening.

    o Nadeel

    ; Aansturen iets complexer; ook een bypass nodig.

    ; Warmteontwikkeling in de weerstanden

    ; Discrete overgangen zijn niet uit te sluiten bij

    automatische inschakeling

     Piekstroom en koppel bij elke overgang;

    weliswaar kleiner dan bij YD.

    F. Rubben 10

    G. Vanheerswynghels VTI Brugge

Report this document

For any questions or suggestions please email
cust-service@docsford.com