mylime - Elektrotechnik

In diesem Versuch soll die Drehstromasynchronmaschine vom Typ DASM – EST mit dem Frequenzumrichter Micromaster 440 der Firma Siemens angetrieben werden. Das Verhalten wird am Motorprüfstand untersucht. Alle Diagramme sind zu beschreiben und die Ergebnisse zu diskutieren.

Frequenzumrichter für die Antriebstechnik verfügen neben den Leistungsanschlüssen meist über digitale Ein- und Ausgänge, einen Analogeingang sowie einen Analogausgang. Am Analogeingang kann z.B. ein Potentiometer zur Einstellung der Ausgangsfrequenz angeschlossen werden.

Umrichter können durch Parametrierung dem jeweils anzutreibenden Motor angepasst werden, um diesen optimal zu betreiben und zu schützen. Dies geschieht durch eine geeignete Tastatur/Anzeigeeinheit, die sich am Umrichter befindet und die die Navigation in einer Menüstruktur zulässt. Das so genannte Basic Opterator Panel (BOP) ermöglicht nicht nur die vollständige Parametrierung des FU, sondern erlaubt zusätzlich die Anzeige von Messwerten.

Sicherheitshinweis: Beachten Sie beim Aufbau und bei der Erprobung der Geräte alle erforderlichen Sicherheitsbestimmungen, die Laborordnung und die erforderlichen Schutzmaßnahmen! Verdrahten Sie den Laborversuch grundsätzlich im stromlosen Zustand! Verwenden Sie dazu nur Sicherheitsmessleitungen! Achten Sie auf rotierende Motorwellen! Die Zuleitungen zur Servobremse müssen fest verschraubt sein. Servobremse und Motor müssen geerdet werden.

Für den Motorprüfstand benötigen Sie den Servoumrichter, den Frequenzumrichter (FU) und den Drehstromasynchronmotor (DASM) mit orangefarbenem Lüftergehäuse.

Der Drehstromasynchronmotor wird an den 3 Außenleitern des FU angeschlossen. Der Servoumrichter an der Servobremse. Ziehen Sie dabei alle Schrauben an und erden Sie den Motor. Verbinden Sie auf dem Prüfstand die Welle des DASM mit der Aufnahme an der Servobremse.

Drehfelddrehzahl $$n_s=f/p$$ Schlupf: $$s = \frac{n_s-n}{n_s}$$

Frequenz der Läuferspannung: $$f_L=f\cdot s$$ Leistung und Wirkungsgrad: $$P_{ab}=M\cdot \omega=M\cdot 2\pi \cdot n /60,$$ $$P_{zu}=\sqrt{3}~UIcos\varphi,~~~~\eta=P_{ab}/P_{zu}$$

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4 Bestimmung der Ausgangsspannung über der Frequenz

4.1 Frequenz-Spannungs-Kennlinie

Falls notwendig führen Sie die Grundparametrierung aus Kapitel 2 erneut durch. Stellen Sie die Startspannungsanhebung auf 0 % und die Sollwertanpassung der Frequenz auf 102 Hz. Parameter P1310 definiert die Startspannungsanhebung in % relativ zu P0305 (Motorbemessungsstrom).

P0003	Zugriffslevel
P1310	Startspannungsanhebung in %
P2000	Frequenzsollwertanpassung in Hz

Messen Sie für Frequenzen in einem Berich 0 ... 100 Hz die Ausgangsspannung, Strom und Drehzahl und tragen Sie die Werte in die Wertetabelle ein.

f in Hz	U in V	I in A	n in min^-1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100

4.2 Frequenz-Spannungs-Kennlinie mit Startspannungsanhebung

Ändern Sie die Startspannungsanhebung. Wählen Sie einen Wert von 50 %, 75 % oder 100 %.

P0003	Zugriffslevel
P1310	Startspannungsanhebung in %

Messen Sie für Frequenzen in einem Berich 0 ... 100 Hz die Ausgangsspannung, Strom und Drehzahl und tragen Sie die Werte in die Wertetabelle ein.

f in Hz	U in V	I in A	n in min^-1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100

Bewerten sie den Unterschied der Messergebnisse ohne und mit Startspannungsanhebung.

4.3 Absinken des Aufzugs

Beim Betrieb des Aufzugs zeigt sich folgendes Problem: Beim Anfahren mit Volllast sinkt der Aufzug zuerst einige Zentimeter ab, bevor er nach oben losfährt. Testen Sie den Antrieb bei Anlauf mit einem Lastmoment von M = 1 Nm.

Wie kann ein Absinken des Aufzugs verhindert werden? Welchen Parameter müssen Sie am FU ändern?

4.4 Sinusgewichtete Pulsweitenmodulierte Spannung

Zusatzaufgabe: Nehmen Sie den Spannungs- und Stromverlauf in Abhängigkeit von der Zeit mit dem Oszilloskop auf. Hinweis: Zur Aufnahme benötigen Sie einen Tastkopf und Messwiderstand.

Sicherheitshinweis: Achten Sie beim Messen auf alle erforderlichen Schutzmaßnahmen.

5 Aufnahme des Drehmoments bei unterschiedlichen Solldrehzahlen

Achtung: Bei niedrigen Drehzahlen wird der Motor nicht ausreichend gekühlt. Bitte achten Sie darauf bei zu großer Wärmeentwicklung, den Motor regelmäßig zu entlasten und durch hohe Drehzahlen zu kühlen!

5.1 Bemessungsmoment

Berechnen Sie das Bemessungsmoment des Motors und tragen Sie den berechneten Wert ein:

	Bemessungsmoment in Nm

5.2 Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie

Nehmen Sie mit Hilfe der Servobremse die Kennlinie M = f(n) für verschiedene Ausgangsfrequenzen zwischen 0 Hz und 100 Hz am FU auf. Messen Sie das Drehmoment bei zwei verschiedenen Startspannungsanhebungen. Als Richtwert orientieren Sie sich für die Startspannungsanhebung in einem Bereich zwischen 80 % und 120 %.

P0003	Zugriffslevel
P1310	Startspannungsanhebung 1 in %
P1310	Startspannungsanhebung 2 in %

Arbeiten Sie im drehzahlgeregelter (n = const). Berechnen Sie zu jeder Frequenz die zugehörige Solldrehzahl n_soll, bei der gilt Δn_x = Δn_B = konstant. Stellen Sie diese an der Servobremse ein und messen Sie das Drehmoment.

$$n_{soll}=f\cdot 60 / p - \Delta n_B$$

Vervollständigen Sie durch Messung die Wertetabelle für n_soll, M₁ und M₂.

f in Hz	n_soll in min^-1	M₁ in Nm	M₂ in Nm
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100

Bewerten sie den Unterschied der Messergebnisse für die beiden Startspannungsanhebung.

6 Schlupfkompensation

Bei Belastung sinkt die Drehzahl der Drehstromasynchronmaschine und der Schlupf wird größer. Durch eine Kompensation mit Hilfe des Frequenzumrichters lässt sich dieser Drehzahleinbruch verringern.

6.1 Bemessungsschlupf

Berechnen Sie den Schlupf und die Frequenz der Läuferspannung bei Bemessung.

	Bemessungsschlup in %
	Frequenz der Läuferspannung in Hz

6.2 Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie ohne Schlupfkompensation

Nehmen Sie mit Hilfe der Servobremse die Belastungskennlinie n = f(M) für die Ausgangsfrequenzen 30 Hz und 50 Hz auf. Arbeiten Sie im drehmomentgesteuerten Betrieb (M = const) und bremsen Sie die Maschine von der jeweiligen Leerlaufdrehzahl bis zum Stillstand ab.

Achtung: Entlasten Sie die Maschine regelmäßig zum Abkühlen!

Vervollständigen Sie durch Messung die Wertetabelle für n_{30 Hz} und n_{50 Hz}.

M in Nm	n_30Hz in min^-1	n_30Hz in min^-1
0
0.25
0.50
0.75
1.0
1.25
1.50
1.75
2.0
2.25

6.3 Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie mit Schlupfkompensation

Stellen Sie am Frequenzumrichter die Schlupfkompensation ein. Ändern Sie den Parameter P1335 so, dass sich bei einer Belastung des Motors mit 1 Nm und einer Frequenz f = 50 Hz eine Motordrehzahl von n = 1500 min^-1 einstellt (ca. 120).

P1335	Schlupfkompensation

Achtung: Entlasten Sie die Maschine regelmäßig zum Abkühlen!

Vervollständigen Sie durch Messung die Wertetabelle für n_{30 Hz} und n_{50 Hz}.

M in Nm	n_30Hz in min^-1	n_30Hz in min^-1
0
0.25
0.50
0.75
1.0
1.25
1.50
1.75
2.0
2.25

Bewerten sie den Unterschied der Messergebnisse mit und ohne Schlupfkompensation.

6.4 Wertebereich für Schlupfkompensation

Was kann passieren, wenn für die Schlupfkompensation ein zu großer Wert eingegeben wurde?

6.5 FU-spezifische Einstellungen bei der Schlupfkompensation

Welcher Wert wird beim Frequenzumrichter zur Schlupfkompensation angehoben?

6.6 Widerstand und Induktivität der Statorwicklung

Zusatzaufgabe: Wie groß ist der Widerstand und die Induktivität der Statorwicklung? Welchen Wert berechnet der Frequenzumrichter?

Labor DASM und FU 2

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