Manual de Pràctiques de Màquines Elèctriques en règim ...deeea.urv.cat/DEEEA/lguasch/AlbertCid...

Manual de Pràctiques de Màquines Elèctriques enrègim dinàmic, Mitjançant PSIM

AUTOR: Albert Cid CarbóDIRECTOR: Lluis Guasch Pesquer

PONENT: Lluis Guasch PesquerDATA 6 / 02

MANUAL D’INICIACIÓ AL PSIM PER AELÈCTRICS



ÍNDEX

1 INTRODUCCIÓ AL PSIM......................................................................................................................................... 11.1. SOFTWARE I HARDWARE NECESSARI....................................................................................................... 11.2. COM INSTAL·LAR EL PROGRAMA .............................................................................................................. 11.3 DESCRIPCIÓ DELS FITXERS DEL PROGRAMA........................................................................................... 21.4 CREACIÓ I SIMULACIÓ DE CIRCUITS.......................................................................................................... 21. 5 ALTRES PROGRAMES SIMILARS AL PSIM................................................................................................. 3

1.5.1 PSIM ............................................................................................................................................................. 31.5.2 PSPICE.......................................................................................................................................................... 31.5.3 CIRQUITMAKER ........................................................................................................................................ 31.5.4 COMMSIM ................................................................................................................................................... 31.5.5 CIRQUIT SHOP............................................................................................................................................ 41.5.6 MICRO-CAP................................................................................................................................................. 41.5.7 TARGET ....................................................................................................................................................... 41.5.8 ICAP.............................................................................................................................................................. 41.5.9 SPACE-IT ..................................................................................................................................................... 41.5.10 SPACE AGE ............................................................................................................................................... 41.5.11 SIMETRIX .................................................................................................................................................. 41.5.12 TOPSPICE .................................................................................................................................................. 41.5.13 TINA ........................................................................................................................................................... 51.5.14 VISUALSPICE ........................................................................................................................................... 5

2 LLISTAT DELS MENÚS PER A ELÈCTRICS......................................................................................................... 52.1 LLISTAT DELS MENÚS DEL SIMCAD........................................................................................................... 5

2.1.1 FILE .............................................................................................................................................................. 52.1.2 EDIT.............................................................................................................................................................. 62.1.3 VIEW ............................................................................................................................................................ 72.1.4 ELEMENTS .................................................................................................................................................. 7

2.1.4.1Conceptes generals .................................................................................................................................. 72.1.4.2 Elements passius..................................................................................................................................... 82.1.4.3 Transformadors..................................................................................................................................... 142.1.4.4 Elements de maniobra .......................................................................................................................... 222.1.4.5 Màquines motrius elèctriques i càrregues mecàniques ......................................................................... 342.1.4.6 Fonts de tensió...................................................................................................................................... 392.1.4.7 Sensors i aparells de mesura................................................................................................................. 432.1.4.8 Altres funcions importants del psim ..................................................................................................... 48

2.1.5 SIMULATE................................................................................................................................................. 492.1.6 OPTIONS .................................................................................................................................................... 492.1.7 WINDOW ................................................................................................................................................... 49

2.2 LLISTAT DELS MENÚS DEL SIMVIEW....................................................................................................... 502.2.1 File menu..................................................................................................................................................... 502.2.2 Edit menu .................................................................................................................................................... 502.2.3 Axis menu ................................................................................................................................................... 512.2.4 Screen menu ................................................................................................................................................ 512.2.5 Measure menu ............................................................................................................................................. 522.2.6 View menu .................................................................................................................................................. 532.2.7 Option menu................................................................................................................................................ 532.2.8 Label menu.................................................................................................................................................. 53

Manual del PSIM - Laboratori de Control de Màquines Elèctriques Pàgina 1 de 53

U. R. V. - Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Enginyeria Tècnica Industrial en Electricitat

Fig. 1.2.1: mostra de la finestra d’instal·lació del PSIM v5.0

1 INTRODUCCIÓ AL PSIM

1.1. SOFTWARE I HARDWARE NECESSARI

Per a fer funcionar el programa psim versió 5.0 tenim que disposar d’un equipinformàtic mínim.

Hardware necessari:

C.P.U.: 486.

RAM: 16 MB

Software necessari:

Sistema Operatiu: Windows 95, NT o superiors.

1.2. COM INSTAL·LAR EL PROGRAMA

El programa es pot baixar de les diferents pàgines de internet:

http:\\www.powersimtech.com

http:\\www.etse.urv.es\~llguasch (Assignatures – Control de MàquinesElèctriques)

La instal·lació es pot realitzar de dues formes:

- Directament amb un arxiu (psimdemo.exe).

- Amb tres disquets(psimdemo1.exe, psimdemo2.exe, psimdemo3.exe).

Hem de executar-los demanera que ens demanaràun directori de instal·lació,per defecte “C:\psimdemo“aquest directori l’escolliremal nostre criteri amb l’opcióBrowse.

Un cop s’ha escollit eldirectori, ja podem prémer el botóUnzip i ens instal·larà el programa,a la carpeta desitjada.

Aquesta carpeta contindrà diferents arxius, que seran descrits en el següent punt.



Fig. 1.3.1: Matriu de transmissió de duesbobines acoblades.

1.3 DESCRIPCIÓ DELS FITXERS DEL PROGRAMA

Aquests són els diferents arxius descompresos i la seva funció.

Simcad.exe: és el programa que s’utilitza per a dibuixar els esquemes elèctricsque volem analitzar.

Psim.exe: és el programa responsablede efectuar els càlculs, depenent dels aparellsque hi fiquem al esquema.

Simview.exe: programa que ens serveixper a veure els comportament que tindran elsdiferents elements del esquema en regimdinàmic.

Simcad.lib: llibreria on hi són el comportament matemàtic de tots els elementsque es poden incloure als circuits, per exemple, un acoblament de dues bobines seriauna matriu de 2x2 (figura 1.3.1)

*.hlp: la terminació dels arxius en “hlp” indica que és un fitxer d’ajuda, on hi vanexplicats els diferents elements i la seva funció.

*.sch: aquesta terminació indica que és un fitxer del SIMCAD, és a dir, unesquema elèctric realitzat amb el programa anteriorment esmentat.

*.txt: són fitxers on podem guardar els resultats del esquema, amb aquest fitxer,que en un principi el crea el PSIM, el podem analitzar amb el SIMVIEW. Però noobstant, també el podem obrir amb una fulla de càlcul, com ara el EXCEL, el fitxer estàescrit amb codi ASCII.

*.smv: és exactament igual que l’anterior però els resultats estan escrits en binari.

1.4 CREACIÓ I SIMULACIÓ DE CIRCUITS

El PSIM no és un programa que funcioni tot sol, si no el conjunt de tresprogrames que es complementen (SIMCAD, PSIM i SIMVIEW). Amb la combinaciódels tres, hom es capaç de crear i analitzar gairebé qualsevol circuit elèctric.

Per a començar a treballar amb el programa s’han de seguir els següents passos:

1er. Buscar la carpeta on hem instal·lat el PSIM i busquem el arxiu simcad.exeper tal de executar-lo amb un doble clic.

2on. Un cop s’ha executat el programa ja es pot crear un document nou o obrir-neun que s’hagi creat en anterioritat (podem guardar el esquema amb un arxiu d’extensió*.sch).

3er. Quan haguem acabat de fer el circuit pitgem el PSIM (figura 1.3.1) per a quefaci les operacions pertinents(el resultat es guarda amb un arxiu amb el mateix nom delesquema i amb la extensió *.txt).



4rt. Pitgem damunt del SIMVIEW i podrem veure totes les dades que ens hadonat el programa.

1. 5 ALTRES PROGRAMES SIMILARS AL PSIM

1.5.1 PSIM

El PSIM és un programa que ens permet de simular elements de electrònica depotencia i el comportament de motors elèctrics en interaccions amb sistemes mecànics.En concret el PSIM juga amb les interaccions dels esquemes elèctrics amb el seucomportament en règim dinàmic, sense fer servir la enginyeria de control, fet quesimplifica bastant l’anàlisi d’aquests sistemes.

Al mercat del software també hi ha altres programes que simulen sistemeselectrònics, és per això que es consideren similars al PSIM, però encara que n’hi han demolt més complerts, el PSIM és el que ofereix una millor interfície, facilitant molt laintroducció de esquemes.

1.5.2 PSPICE

El PSPICE és un excel·lent programa que analitza circuits electrònics, tantanalògics com digitals. Malgrat la seva versatilitat aquest programa no disposa delmotor elèctric com a una de les seves funcions.

El podeu trobar a: http:\\www.orcad.com

1.5.3 CIRQUITMAKER

El CIRQUITMAKER és molt semblant al PSPICE però amb una interfície mésdinàmica i entenedora, tampoc disposa del motor elèctric en les seves funcions.

El podeu trobar a: http:\\www.microcode.com

1.5.4 COMMSIM

Aquest programa creat pels programadors de electronicworkbench funcionad’una manera diferent, mitjançant un diagrama de blocs, fruit de la enginyeria decontrol. Podent-se configurar el model de una màquina elèctrica, però en dificultal’anàlisi.

El podeu trobar a: http:\\www.electronicworkbench.com

Fig. 1.4.1: Finestra del PSIM on es poden veure els accessos directes a els altres programes.

PSIM SIMVIEW



1.5.5 CIRQUIT SHOP

És un programa molt similar al electronicworkbench molt òptim per analitzarsistemes electrònics però no inclou el tema les màquines elèctriques.

El podeu trobar a:

http://ourworld.compuserve.com/homepages/Cherrywood/cshop1.htm

1.5.6 MICRO-CAP

El MICRO-CAP és molt similar al PSPICE, tampoc disposa del motor elèctric enles seves funcions.

El podeu trobar a: http://spectrum-soft.com

1.5.7 TARGET

Aquest programa és capaç de dissenyar plaques electròniques, a banda de simularel comportament dels diferents elements electrònics. Però com en els casos anteriors noes poden inclouré màquines elèctriques motrius.

El podeu trobar a: http://ibfriendrich.com

1.5.8 ICAP

El ICAP és un altre simulador de electrònica digital i analògica, amb un entornmolt explícit i a més a més és pot adaptar amb sistemes de SCADA; òptim, però nocontempla el motor elèctric.

El podeu trobar a: http://www.intusoft.com

1.5.9 SPACE-IT

El SPACE-IT és molt similar al PSPICE i tampoc disposa del motor elèctric enles seves funcions.

El podeu trobar a: http://www.cadmigos.com

1.5.10 SPACE AGE

Com els altres casos però no te una interfície gràfica, el qual complica molt laseva utilització, a part de no tenir la màquina elèctrica com a funció.

El podeu trobar a: http://www.looking.co.uk/spice

1.5.11 SIMETRIX

Programa òptim per a la seva utilització, capaç de simular els circuits; no obstant,tampoc disposa de la màquina elèctrica en cap de les seves funcions. Un apartat molt bodel programa són els seus tutorials.

El podeu trobar a: http://www.newburytech.co.uk/

1.5.12 TOPSPICE

El TOPSPICE és molt semblant al PSPICE, tampoc disposa del motor elèctric enles seves funcions, encara que te una millor interfície.

El podeu trobar a: http://www.penzar.com/topspice.htm



1.5.13 TINA

Un molt bo programa per a simular circuits; tot i això, no és millor que el pspice.

El podeu trobar a: http://www.designsoftware.com/

1.5.14 VISUALSPICE

El VISUALSPACE és un altre programa similar al PSPICE.

El podeu trobar a: http://www.islandlogix.com/

2 LLISTAT DELS MENÚS PER A ELÈCTRICS

2.1 LLISTAT DELS MENÚS DEL SIMCAD

2.1.1 FILE

El menú File disposa de les següents comandes:

New (ctrl+N) crea un circuit nou

Open ( ctrl+O) obre un circuit que ja ha estat creat.

Close tanca la finestra que tenim activa

Close All tanca totes les finestres que tinguem obertes

Save (ctrl+S) guarda el circuit de la finestra que tenim activa

Save As grava el circuit de la finestra que tenim activa en undirectori que escollim nosaltres

Save All grava tots els circuits

Save with Password grava el circuit amb opció de incloure-hi un codi de

entrada

Print (ctrl+P) imprimeix el circuit.

Print Preview vista prèvia de la impressió

Print Selected imprimeix solament les parts seleccionades del circuit

Print Selected Preview vista prèvia de la impressió tan sols amb aquelles parts

seleccionades

Print Page Setup configura la llegenda de la pàgina

Printer Setup obre el menú de les propietats de la impressora

Exit surt del SIMCAD



2.1.2 EDIT

El menú Edit disposa de les següents comandes:

Undo Delete (ctrl+Z) recupera l’últim element que hem esborrat

Cut (Ctrl+X) esborra els elements seleccionats i els copia alportapapers

Copy (ctrl+C) copia els elements seleccionats al portapapers

Paste ( ctrl+V) enganxa els elements seleccionats del portapapers a lafinestra activa

Select All selecciona tots els elements que tenim a la finestraactiva

Copy to Clipboard - Color: copia com a imatge tot els elementsseleccionats del circuit al portapapers, amb color.

- Black & White: (ctrl+B) copia com a imatge tot elselements seleccionats del circuit al portapapers, ambblanc i negre.

Text (F9) per a insertar un text a la finestra activa, molt útil per aincloure aclariments o comentaris sobre el circuit.

Wire dibuixa una unió entre dos punts diferents.

Label (F2) posa una etiqueta a un element, molt útil per a

esquemes complicats, ja que ens permet de tallar

el circuit en diferents parts

Attributes (F4) edita els atributs dels elements (també es fa amb undoble click del ratolí)

Rotate gira els elements seleccionats

Flip L/R fa una simetria respecte el eix vertical dels elements

Flip T/B fa una simetria respecte el eix horitzontal dels elements

Find busca un element ficant el nom que te

Find Next busca el següent element que te el mateix nom que elbuscat anteriorment

Edit Library edita la llibreria dels elements (no es pot fer amb laversió demo)

Escape surt de tots els editors de llibreries oberts



2.1.3 VIEW

Status Bar activa o desactiva la barra de estat (indica quina es lafunció que es realitza en tot moment)

Toolbar activa o desactiva la barra de funcions del SIMCAD

Element Toolbar activa o desactiva la barra de els elements més comunsdel SIMCAD

Zoom In (+) zoom per a apropar

Zoom Out (-) zoom per a allunyar

Fit to Page enquadra tots els elements a la mida de la finestra activa

Zoom in Selected zoom de la secció seleccionada

List Element ensenya la llista dels elements seleccionats

2.1.4 ELEMENTS

En aquesta part del menú tenim moltes opcions que per als elèctrics gairebé nos’utilitzen; tan és així, que s’ha decidit d’agrupar-les d’una manera diferent a com lespodem trobar als menús del PSIM.

2.1.4.1Conceptes generals

En el menú de elements hi trobem diferents apartats, aquests són:

Power: en aquest apartat tenim tots els elements de potencia; com ara són, elselements passius passant per interruptors, transformadors i motors elèctrics.

Control: aquí podem trobar tots els elements que s’engloben dintre de laenginyeria de control, com per exemple portes lògiques funcions i altres elements queno són necessaris per al estudi de les màquines elèctriques.

Other: en el capítol d’altres elements trobem, sensors, la connexió a terra i altreselements com ara els activadors dels interruptors que s’han comentat avanç en el punt a.

Sources: com el seu nom indica aquí trobem tot tipus de fonts, ja sigui de correntcontinua com de corrent alterna.

Simbols: conte símbols, concretament la fletxa(arrow).

User Defined: si el usuari ho desitja pot crear elements diferents als que te elmenú del PSIM.



Fig. 2.1.4.2.1: figura representativa de la resistència tal icom la representa el PSIMElements->Power->RLC Branches->R

Fig. 2.1.4.2.2: figura representativa de la bobina tal i com larepresenta el PSIMElements->Power->RLC Branches->L

Quan trèiem qualsevol element el podem configurar fent un doble click sobre ellmateix i s’obrirà un menú, en aquest menú hi tenim dos apartats més petits, com són:

Parameters: opcions que es poden configurar del menú que ens han de permetrede configurar els elements al nostre criteri.

Display: En la finestra de paràmetres podem activar aquesta finestreta, si la tenimactivada podrem veure el valor o el nom que fiquem al element corresponent perpantalla sense que haguem de obrir el menú.

Other info: informació addicional que no influeix en el funcionament delelement.

2.1.4.2 Elements passius

Els elements passius, com les resistències, bobines i condensadors es troben a lapart del menú Elements->Power->RLC Branches.

Resistència

Name: es fica el nom de la resistència (R1)

Resistance: es fica el valor de la resistència (Ω)

Current Flag: 0 si no volem saber quina és la intensitat que passa per laresistència i 1 si la volem saber.

Bobina

Name: es posa el nom de la bobina (L1)

Inductance: es posa el valor de la inductància (H)

Initial Current: intensitat que passa per la bobina quan T=0 (A)

Current Flag: 0 si no volem saber quina és la intensitat que passa per la bobina i1 si la volem saber.



Fig. 2.1.4.2.3: figura representativa del condensador tal icom el representa el PSIMElements->Power->RLC Branches->C

Fig. 2.1.4.2.4: figura representativa del conjunt resistència -bobina tal i com el representa el PSIMElements->Power->RLC Branches->RL

Fig. 2.1.4.2.5: figura representativa del conjunt resistència -condensador tal i com el representa el PSIMElements->Power->RLC Branches->RC

Condensador

Name: es fica el nom al condensador (C1)

Capacitance: es fica el valor de la capacitància (F)

Init. Cap. voltage: tensió que te el condensador quan T=0 (V)

Current Flag: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa pelcondensador i 1 si la volem saber.

Conjunt resistència - bobina

Name: es fica el nom al condensador (RL1)

Resistance: es fica el valor de la resistència (Ω)

Inductance: es fica el valor de la inductància (H)

Initial Current: intensitat que passa pel conjunt resistència - bobina quan T=0 (A)

Current Flag: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa pel element i 1si la volem saber.

Conjunt resistència - condensador

Name: es posa el nom al Conjunt resistència - condensador (RC1)

Resistance: es posa el valor de la resistència (Ω)

Capacitance: es posa el valor de la capacitància (F)


Current Flag: 0 si no volem saber quina es la intensitat

que passa pel element i 1 si la volem saber.



Fig. 2.1.4.2.6: figura representativa del conjunt bobina -condensador tal i com el representa el PSIMElements->Power->RLC Branches->LC

Fig. 2.1.4.2.7: figura representativa del conjunt resistència -bobina - condensador tal i com el representa el PSIMElements->Power->RLC Branches->RLC

Conjunt bobina - condensador

Name: es posa el nom al conjunt bobina - condensador (LC1)



Initial Current: intensitat que passa pel conjunt bobina - condensador quan T=0(A)



Conjunt resistència - bobina - condensador

Name: es fica el nom al Conjunt

resistència - bobina - condensador (RLC1)

Resistance: es posa el valor de la resistència (Ω)



Initial Current: intensitat que passa pel conjunt resistència bobina - condensadorquan T=0 (A)



Resistència trifàsica

Name: es posa el nom de la resistència (R31)

Resistance: es posa el valor de les tres resistències (Ω)



Fig. 2.1.4.2.8: figura representativa de la resistènciatrifàsica tal i com la representa el PSIMElements->Power->RLC Branches->R3

Fig. 2.1.4.2.9: figura representativa del conjunt resistència –bobina trifàsic tal i com la representa el PSIMElements->Power->RLC Branches->RL3

Current Flag_A: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa per laresistència i 1 si la volem saber. per a la fase A, que esta al costat del punt.

Current Flag_B: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa per laresistència i 1 si la volem saber, per a la fase , la que esta al mig.

Current Flag_C: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa per laresistència i 1 si la volem saber, per a la fase C que esta al extrem i no te punt.

Conjunt resistència - bobina trifàsica

Name: es posa el nom del conjunt (RL31)


Inductance: es posa el valor de les tres inductàncies (H)

Current Flag_A: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa per laresistència i 1 si la volem saber, per a la fase A, que esta al costat del punt.

Current Flag_B: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa per laresistència i 1 si la volem saber, per a la fase , la que esta al mig.

Current Flag_C: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa per laresistència i 1 si la volem saber, per a la fase C que esta al extrem i no te punt..

Conjunt resistència - condensador trifàsic

Name: es posa el nom del conjunt (RC31)


Capacitance: el valor de les tres capacitàncies (F)



Fig. 2.1.4.2.10: figura representativa del conjunt resistència–condensador trifàsic tal i com la representa el PSIMElements->Power->RLC Branches->RC3

Fig. 2.1.4.2.11: figura representativa del conjunt resistència– bobina - condensador trifàsic tal i com la representa elPSIMElements->Power->RLC Branches->RC3


Current Flag_B: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa per laresistència i 1 si la volem saber, per a la fase, la que esta al mig.


Conjunt resistència – bobina - condensador trifàsic

Name: es posa el nom del conjunt (RLC31)


Inductance: es posa el valor de les tres inductàncies (H)

Capacitance: el valor de les tres capacitàncies (F)


Current Flag_B: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa per laresistència i 1 si la volem saber, per a la fase B, la que esta al mig.




Fig. 2.1.4.2.12: figura representativa de dues bobinesacoblades tal i com la representa el PSIMElements->Power->RLC Branches->MUT2

Dues bobines acoblades

Name: es posa el nom del element (M1)

L11 (self):inductància de la primera bobina (H)

L12 (mutual):inductància mútua de les dos bobines (H)

L22 (self):inductància de la segona bobina (H)

i1_initial: intensitat que passa per la primera bobina quan T=0 (A)

I2_initial: intensitat que passa per la segona bobina quan T=0 (A)

Iflag_1: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa per la primera brancai 1 si la volem saber.

Iflag_2: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa per la segona branca i1 si la volem saber.

Tres bobines acoblades

Name: es posa el nom del element (MUT1)

L11 (self): inductància de la primera bobina (H)

L12 (mutual):inductància mútua de les dues primeres bobines (H)

L22 (self):inductància de la segona bobina (H)

L13 (mutual):inductància mútua de la primera a la tercera bobina (H)

L23 (mutual):inductància mútua de la segona a la tercera bobina (H)

L33 (self): inductància de la tercera bobina (H)



Fig. 2.1.4.2.13: figura representativa de tres bobinesacoblades tal i com la representa el PSIMElements->Power->RLC Branches->MUT3

Fig. 2.1.4.3.1: figura representativa del transformador ideal tali com el representa el PSIMElements->Power->Transformers->TF_IDEAL

i1_initial: intensitat que passa per la primera bobina quan T=0 (A)

I2_initial: intensitat que passa per la segona bobina quan T=0 (A)

I3_initial: intensitat que passa per la tercera bobina quan T=0 (A)

Iflag_1: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa per la primera bobinai 1 si la volem saber.

Iflag_2: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa per la segona bobina i1 si la volem saber.

Iflag_3: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa per la tercera bobina i1 si la volem saber.

2.1.4.3 Transformadors

Els elements anomenats transformadors són màquines elèctriques capaces decanviar el valor de la tensió e intensitat segons les necessitats, es poden trobar a la partdel menú Elements->Power->Transformers.

Transformador ideal monofàsic

Name: es posa el nom del transformador (TI1)

Np (primary): nombre de voltes de la bobina al primari

Ns (secondary): nombre de voltes de la bobina al secundari



Fig. 2.1.4.3.2: figura representativa del transformador idealamb polaritat invertida tal i com el representa el PSIMElements->Power->Transformers->TF_IDEAL_1

Fig. 2.1.4.3.3: figura representativa de un transformador tal icom el representa el PSIMElements->Power->Transformers->TF_1F

Transformador ideal monofàsic amb polaritat invertida

Name: es posa el nom del transformador (TI1)



Transformador monofàsic

Name: es posa el nom del transformador (T1)



Rp (primary): resistència equivalent del debanat primari(Ω)

Rs (secondary): resistència equivalent del debanat secundari(Ω)

Lp (pri. leakage): inductància equivalent del debanat primari (H)

Ls (sec. leakage): inductància equivalent del debanat secundari (H)

Lm (magnetizing): inductància de magnetització(H)



Transformador monofàsic amb polaritat invertida

Name: es posa el nom del transformador (T1)





Fig. 2.1.4.3.4: figura representativa de un transformadormonofàsic amb polaritat invertida tal i com el representa elPSIMElements->Power->Transformers-> TF_1F_1

Fig. 2.1.4.3.5: figura representativa de un transformadormonofàsic amb dos sortides tal i com el representa el PSIMElements->Power->Transformers-> TF_1F_3W


Rs (secondary): resistència equivalent del debanat secundari (Ω)






Transformador monofàsic de una entrada i dos sortides

Name: es posa el nom del transformador (T3_1)




Rs (secondary): resistència equivalent del debanat secundari (Ω)

Rt (tertiary): resistència equivalent del debanat terciari(Ω)



Lt (tertiary leakage): inductància equivalent del debanat secundari (H)




Nt (tertiary): nombre de voltes de la bobina al terciari



Fig. 2.1.4.3.6: figura representativa de un transformadortrifàsic tal i com el representa el PSIMElements->Power->Transformers-> TF_3F

Fig. 2.1.4.3.7: figura representativa de un transformadortrifàsic amb connexió estrella - estrella tal i com el representael PSIMElements->Power->Transformers->TF_3YY

Transformador trifàsic

Name: es posa el nom del transformador (TF_3F1)

Rp (primary): resistència equivalent del debanat trifàsic primari(Ω)

Rs (secondary): resistència equivalent del debanat trifàsic secundari (Ω)

Lp (pri. leakage): inductància equivalent del debanat trifàsic primari (H)

Ls (sec. leakage): inductància equivalent del debanat trifàsic secundari (H)


Np (primary): nombre de voltes de les bobines al primari

Ns (secondary): nombre de voltes de les bobines al secundari

Transformador trifàsic amb connexió estrella – estrella

La relació de transformació del transformador trifàsic estrella – estrella respectala següent relació de transformació:

Vs

Vp

Ns

Npa ==

Name: es posa el nom del transformador (TYY1)










Fig. 2.1.4.3.8: figura representativa de un transformadortrifàsic amb connexió estrella - triangle tal i com el representael PSIMElements->Power->Transformers-> TF_3YD

Transformador trifàsic amb connexió estrella – triangle

La relació de transformació del transformador amb connexió trifàsic estrella –triangle respecta la següent relació de transformació:

Vs

Vp

Ns

Npa ==

·3

Name: es posa el nom del transformador (TF_3YD1)








Transformador trifàsic amb connexió triangle – estrella

La relació de transformació del transformador amb connexió trifàsic triangle –

estrella respecta la següent relació de transformació: Vs

Vp

Ns

Npa ==

3

Name: es posa el nom del transformador (TF_3DY1)








Fig. 2.1.4.3.9: figura representativa de un transformadortrifàsic amb connexió triangle - estrella tal i com el representael PSIMElements->Power->Transformers-> TF_3DY

Fig. 2.1.4.3.10: figura representativa de un transformadortrifàsic amb connexió triangle - triangle tal i com el representael PSIMElements->Power->Transformers-> TF_3DY



Transformador trifàsic amb connexió triangle – triangle

La relació de transformació del transformador amb connexió trifàsic triangle –estrella respecta la següent relació de transformació:

Vs

Vp

Ns

Npa ==

Name: es posa el nom del transformador (TDD1)










Fig. 2.1.4.3.11: figura representativa de un transformadortrifàsic amb connexió estrella - triangle - triangle tal i com elrepresenta el PSIMElements->Power->Transformers->TF_3YDD

Transformador trifàsic amb connexió estrella – triangle - triangle

Les relacions de transformació del transformador amb connexió trifàsica triangle– estrella – estrella respecta les següents relacions de transformació:

Vs

Vp

Ns

Npaps ==

3

Vs

Vp

Ns

Npapt ==

·3

Vs

Vp

Ns

Npast ==

Name: es posa el nom del transformador (TYDD1)



Rt (tertiary): resistència equivalent del debanat trifàsic terciari(Ω)



Lt (tertiary leakage): inductància equivalent del debanat trifàsic terciari(H)

Lm (magnetizing): inductància de magnetització



Nt (tertiary): nombre de voltes de les bobines al terciari



Fig. 2.1.4.3.12: figura representativa de un transformadortrifàsic amb connexió estrella - estrella - triangle tal i com elrepresenta el PSIMElements->Power->Transformers->TF_3YYD

Transformador trifàsic amb connexió estrella – estrella - triangle

Les relacions de transformació del transformador amb connexió trifàsica -triangle – estrella - estrella respecta les següents relacions de transformació:

Vs

Vp

Ns

Npaps ==

Vs

Vp

Ns

Npa pt ==

3

Vs

Vp

Ns

Npast ==

3

Name: es posa el nom del transformador (TYYD1)



Rt (tertiary): resistència equivalent del debanat trifàsic terciari(Ω)



Lt (tertiary leakage): inductància equivalent del debanat trifàsic terciari(H)




Nt (tertiary): nombre de voltes de les bobines al terciari



Fig. 2.1.4.4.1: figura representativa del diode tal i com elrepresenta el PSIMElements->Power->Switches->DIODE

Fig. 2.1.4.4.2: figura representativa del tiristor tal i com elrepresenta el PSIMElements->Power->Switches->THY

2.1.4.4 Elements de maniobra

Aquests elements ens serveixen per a realitzar les maniobres pertinents per arealitzar els esquemes i canviar el funcionament de les màquines elèctriques. I es podentrobar a la part del menú Elements->Power-> Switches.

Diode

Name: es fica el nom del diode (D1)

Diode Voltage Drop: valor mínim en que el diode deixa passar la corrent (V)

Initial Position: posició inicial, quan T=0 (0: no deixa passar la corrent; 1: deixapassar la corrent)

Current Flag: 0 si no volem saber quina és la intensitat que passa pel element i 1si la volem saber.

Tiristor

Per activar la porta s’ha de fer servir algun element que es trobi a:

Elements->Other->Switch Controllers com per exemple el ONCTRL , o beel gating Elements->Power->Switches->GATING

Name: es fica el nom del tiristor (THY1)

Voltage Drop: valor mínim en que el tiristor deixa passar la corrent (V)





Fig. 2.1.4.4.3: figura representativa del transistor NPN(funcionant com a interruptor) tal i com el representa el PSIMElements->Power->Switches->NPN

Fig. 2.1.4.4.4: figura representativa del transistor PNP(funcionant com a interruptor) tal i com el representa el PSIMElements->Power->Switches->PNP

Transistor NPN(funcionant com a interruptor)

Per activar el transistor s’ha de connectar algun element a la base que es trobi a


Name: es fica el nom del transistor (NPN1)

Saturation Voltage: valor mínim en que el transistor deixa passar la corrent (V)



Transistor PNP (funcionant com a interruptor)



Name: es fica el nom del transistor (PNP1)






Fig. 2.1.4.4.5: figura representativa del transistor MOSFET(funcionant com a interruptor) tal i com el representa el PSIMElements->Power->Switches-> MOSFET

Transistor MOSFET(funcionant com a interruptor, bidireccional)



Name: es fica el nom del transistor (MOS1)

On Resistance: resistència que ofereix el mosfet al pas de corrent (Ω)

Diode Voltage Drop: valor mínim en que el diode en antiparal·lel deixa passar lacorrent (V)




Transistor MOSFET_P (funcionant com a interruptor, bidireccional)



Name: es fica el nom del transistor (PMOS1)

On Resistance: resistència que ofereix el mosfet al pas de corrent (Ω)





Fig. 2.1.4.4.6: figura representativa del transistor MOSFET_P(funcionant com a interruptor) tal i com el representa el PSIMElements->Power->Switches->MOSFET_P

Fig. 2.1.4.4.7: figura representativa del transistor IGBT(funcionant com a interruptor) tal i com el representa el PSIMElements->Power->Switches-> IGBT



Transistor IGBT (funcionant com a interruptor, bidireccional)



Name: es fica el nom del transistor (MOS1)







Fig. 2.1.4.4.8: figura representativa del transistor GTO(funcionant com a interruptor) tal i com el representa el PSIMElements->Power->Switches-> GTO

Fig. 2.1.4.4.9: figura representativa del interruptor tal i com elrepresenta el PSIMElements->Power->Switches-> SSWI

Transistor GTO (funcionant com a interruptor, bidireccional)

Per a activar el transistor s’ha de connectar algun element a la porta que es trobi a

Elements->Other->Switch Controllers com per exemple el ONCTRL , o beun el gating Elements->Power->Switches->GATING

Name: es fica el nom del transistor (GTO1)

Voltage Drop: valor mínim el transistor deixa passar la corrent (V)



Interruptor

Per activar el interruptor s’ha de connectar algun element a la porta que es trobi aElements->Other->Switch Controllers com per exemple el ONCTRL , o be elgating Elements->Power->Switches->GATING

Name: es fica el nom del transistor (SS1)





Fig. 2.1.4.4.10: figura representativa del transistor NPN tal icom el representa el PSIMElements->Power->Switches->NPN_1

Fig. 2.1.4.4.11: figura representativa del transistor PNP tal icom el representa el PSIMElements->Power->Switches->PNP_1

Transistor NPN

Name: es fica el nom del transistor (NPN1)

Current Gain beta: guany de corrent β

Bias Voltage Vr: tensió entre la base i el emissor (normalment Vbe = 0.7 V)

Vce,sat: tensió de saturació entre el emissor i el col·lector (normalment Vec = 0.2V)

Transistor PNP

Current Gain beta: guany de corrent β

Bias Voltage Vr: tensió entre la base i el emissor (normalment Vbe = 0.7 V)

Vce,sat: tensió de saturació entre el emissor i el col·lector (normalment Vec = 0.2V)



Fig. 2.1.4.4.12: figura representativa del transistor PNP tal icom el representa el PSIMElements->Power->Switches->PNP_1

Diode Zener

Name: es fica el nom del diode (Z1)

Breakdown Voltage: tensió a la que comença a conduir el zener (V)

Forward Voltage Drop: tensió de tall inversa (V)




Rectificadors de corrent mitjançant ponts de diodes

El PSIM te alguns esquemes electrònics bàsics, com ara els rectificadors decorrent a base de ponts de diodes, els esquemes mes simples són el de pont de diodesbifàsic i el pont de diode trifàsic com podem veure en les següents figures:

Degut a la amplia repetició de valors configurables s’ha optat per definir queindica cada grup.

Diode Voltage DropDiode: valor mínim en que el diode deixa passar la corrent(V)

Initial Position_n: posició inicial, quan T=0 (0: no deixa passar la corrent; 1:deixa passar la corrent)

Current Flag_n: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa pel element i1 si la volem saber.

n: indica que es qualsevol diode dels esquemes representats en les figures de sota,la enumeració es correspon amb el diode.

Fig. 2.1.4.4.13: figura que representa un pont de diodesmonofàsic

Fig. 2.1.4.4.14: figura que representa un pont de diodestrifàsic

Fig. 2.1.4.4.15: figura representativa del pont de diodesmonofàsic tal i com el representa el PSIMElements->Power->Switches->BDIODE_1

Fig. 2.1.4.4.16: figura representativa del pont de diodestrifàsic tal i com el representa el PSIMElements->Power->Switches->BDIODE_2



Rectificadors de corrent mitjançant ponts de tiristors

Altres ponts rectificadors ens permeten un control més acurat de la tensió encontinu, es el cas dels ponts amb tiristors. En les següents figures podrem veure quinssón i com els representa el PSIM.

Com s’ha vist anteriorment per accionar els tiristors també ens hemd’ajudar dels controladors dels interruptors.


Voltage Drop: valor mínim en que el transistor deixa passar la corrent (V)


Current Flag_n: 0 si no volem saber quina es l’intensitat que passa per l’elementi 1 si la volem saber.

n: indica el numero assignat a cada un dels tiristors contingut en els esquemesrepresentats a les figures de sota.

Fig. 2.1.4.4.17: figura que representa un pont de tiristorsmonofàsic

Fig. 2.1.4.4.18: figura que representa un pont de tiristorstrifàsic

Fig. 2.1.4.4.19: figura representativa del pont de tiristorsmonofàsic tal i com el representa el PSIMElements->Power->Switches->BTHY_1

Fig. 2.1.4.4.20: figura representativa del pont de tiristorstrifàsic tal i com el representa el PSIMElements->Power->Switches-> BTHY_2



Inversors d’ona

Els inversors d’ona són elements encarregats de convertir una corrent continua auna alterna.

La possibilitat de poder fer servir aquest element com a ondulador de corrent enspermet de canviar els paràmetres (tensió, freqüència, intensitat, ...) de la corrent alternaa la nostra voluntat. Primer convertint-la corrent alterna en continua amb un rectificadori desprès convertint-la en alterna, altre cop mitjançant el inversor.

Per accionar els transistors també ens hem d’ajudar dels controladors deinterruptors.


Diode Voltage DropDiode: valor mínim en que el diode deixa passar la corrent(V)


Current Flag_n: 0 si no volem saber quina es la intensitat que passa pel element i1 si la volem saber.

n: indica el numero assignat a cada un dels transistor contingut en els esquemesrepresentats a les figures de sota

Fig. 2.1.4.4.21: figura que representa un inversor decorrent, en aquest cas el VSI

Fig. 2.1.4.4.22: figura que representa un inversor decorrent, en aquest cas el CSI

Fig. 2.1.4.4.23: figura representativa del pont de tiristorsmonofasic tal i com el representa el PSIMElements->Power->Switches->BTHY_1

Fig. 2.1.4.4.24: figura representativa del pont de tiristorstrifàsic tal i com el representa el PSIMElements->Power->Switches-> BTHY_2



Fig. 2.1.4.4.25: figura representativa del gating tal i com elrepresenta el PSIMElements->Power->Switches->GATING

Fig. 2.1.4.4.26: figura representativa de l’amplificadoroperacional tal i com el representa el PSIMElements->Control->OP_AMP

Fig. 2.1.4.4.27: figura representativa de l’amplificadoroperacional amb la terra accessible tal i com el representa elPSIMElements->Control->OP_AMP2

GATING

És un dels elements que es pot fer servir per a activar els transistors, tiristors ialtres elements que ho necessiten. Aquest element dóna una senyal de sortida, 0 o 1,ficant-li el numero de canvis que fa per cicle, la freqüència i els angles on fa el canvi de0 a 1o de 1 a 0.

Name: és fica el nom de element (G1)

Frequency: freqüència de treball del gating, també podem ficar de 0 (Hz).

No. of PointsNo. nombre de cops que canvia de estat el gating.

Switching Points: punts de canvi de l’estat del gating (ºC). Si la freqüència es 0els valors es fiquen amb segons

Amplificador operacional

Name: és fica el nom de element (OPAMP1)

Voltage Vs+: voltatge superior del amplificador operacional

Voltage Vs-: voltatge inferior del amplificador operacional

Amplificador operacional amb la terra accessible






Fig. 2.1.4.4.28: figura representativa de l’amplificadoroperacional amb la terra accessible i polaritat inversa, tal i comel representa el PSIMElements->Control->OP_AMP3

Amplificador operacional amb la terra accessible i polaritat inversa






2.1.4.5 Màquines motrius elèctriques i càrregues mecàniques

Les màquines elèctriques són les encarregades de transformar la energia elèctricaen mecànica i a l’inrevés. Això ens permet de realitzar un treball productiu amb laenergia elèctrica.

Les càrregues mecàniques són per a simular els esforços mecànics que sofreixenles màquines elèctriques.

Aquests elements es poden trobar a la part del menú:

Elements->Power-> Motor drive.

Motor d’inducció trifàsic

El motor d’inducció trifàsic te la connexió del debanat del estator en estrella.

Name: es fica el nom del element (IM1)

Rs (stator): resistència del bobinat del estator (Ω)

Ls (stator): inductància del bobinat del estator (H)

Rr (rotor): resistència del bobinat del rotor (Ω)

Lr (rotor): inductància del bobinat del rotor (H)


No. of Poles P: nombre de pols

Moment of Inertia: moment d’inèrcia (Kg·m2)



Fig. 2.1.4.5.1: figura representativa del motor d’inducció tal icom el representa el PSIMElements->Power->Motor Drive->INDM_3S

Fig. 2.1.4.5.2: figura representativa del motor d’inducció ambopció de connectar el neutre tal i com el representa el PSIMElements->Power->Motor Drive->INDM_3SN

Torque Flag: 0 si no volem saber quin es el parell motor i 1 si el volem saber.

Master/Slave Flag: 0 si volem que funcioni com a generador (no es possible en laversió d’avaluació) i 1 si el volem com a motor.

Motor d’inducció trifàsic, amb opció de connectar el neutre.

El motor d’inducció trifàsic te la connexió dels debanats del estator en estrella.

Name: es fica el nom del element (IM1)

Rs (stator): resistència del bobinat del estator (Ω)

Ls (stator): inductància del bobinat del estator (H)

Rr (rotor): resistència del bobinat del rotor (Ω)

Lr (rotor): inductància del bobinat del rotor (H)


Ro (common mode): resistència del node comú (Ω)

Lo (common mode): inductància del node comú (H)

Co (common mode): capacitància del node comú (F)

No. of Poles P: nombre de pols






Fig. 2.1.4.5.3: figura representativa de la màquina de correntcontinua tal i com el representa el PSIMElements->Power->Motor Drive->DC_M

Maquina de corrent continua.

Name: es fica el nom del element (DC1)

Ra (armature): resistència del bobinat del induït(Ω)

La (armature): inductància del bobinat del induït(H)

Rf (field): resistència del bobinat del inductor(Ω)

Lf (field): inductància del bobinat del inductor(Ω)


Vt (rated): tensió nominal de la màquina (V)

Ia (rated): intensitat nominal del induït (A)

n (rated): velocitat nominal (min-1)

If (rated): intensitat nominal del inductor (A)



Maquina sincrona

Name: es fica el nom del element (PMSM3)

Rs (stator resistance): resistència del bobinat del estator (Ω)

Ld (d-axis ind.): inductància en el eix del estator (H)

Lq (q-axis ind.): inductància dels eixos quan estan el rotor i el estator alineats.

Vpk / krpm: relació tensió/velocitat que ens ha de indicar el fabricant del motor.

No. of Poles P: numero de pols



Fig. 2.1.4.5.4: figura representativa de la màquina sincrona tali com el representa el PSIMElements->Power->Motor Drive->PMSM3

Fig. 2.1.4.5.5: figura representativa de una càrrega mecànicatal i com el representa el PSIMElements->Power->Motor Drive->MLOAD


Mech. Time Constant: temps constant mecànic


Càrrega mecànica resistiva

Aquesta és una càrrega mecànica genèrica, i es correspon amb la següentfórmula:

(Γres = Tc +K1·|ωm|+K2·|ωm|2 + K3·|ωm|3) (1.1)

Name: es fica el nom de l’element (MLOAD)

Tc: parell constant (N·m)

K1 (coefficient): coeficient per al terme lineal

K2 (coefficient): coeficient per al terme quadrat

K3 (coefficient): coeficient per al terme cúbic


Γres : parell resistent total (no es fica al PSIM)

Esforç mecànic constant

Si volem fer anar una màquina elèctrica com a generador necessitarem un esforçmecànic per impulsar la màquina.

Name: es fica el nom del element (MLOAD_P)

Maximum Torque: parell màxim (N·m)



Fig. 2.1.4.5.6: figura representativa d’una esforç mecànic tal icom el representa el PSIMElements->Power->Motor Drive-> MLOAD_P

Fig. 2.1.4.5.7: figura representativa d’una esforç mecànic tal icom el representa el PSIMElements->Power->Motor Drive-> MLOAD_T

Fig. 2.1.4.5.8: figura representativa d’una esforç mecànic tal icom el representa el PSIMElements->Power->Motor Drive-> MLOAD_P

Base Speed (in rpm): velocitat (min-1)


Parell resistent mecànic constant

Name: es fica el nom del element (MLOAD_T)

Tc: parell constant (N·m)


Velocitat mecànica constant

Name: es fica el nom del element (MLOAD_P)

Constant Speed (rpm): velocitat constant(min-1)




Fig. 2.1.4.6.1: figura representativa d’una font de tensiócontínua tal i com el representa el PSIMElements->Sources->Voltage->V_DC1

Fig. 2.1.4.6.2: figura representativa d’una font de tensió contínua(vist com a una pila) tal i com el representa el PSIMElements->Sources->Voltage->V_DC_CELL

2.1.4.6 Fonts de tensió

Per a fer anar les màquines elèctriques necessitem una font de energia elèctrica,són les fonts de tensió.

Font de tensió continua

Name: es fica el nom del element (VDC1)

VDC: tensió de la corrent continua.(V)

Font de tensió continua(vist com a una pila)

Name: es fica el nom del element (VDC1)

VDC_CELL: tensió de la corrent continua.(V)

Font de tensió alterna monofàsica

Name: es fica el nom del element (VSIN)

Peak Amplitude: tensió de pic (V)

Frequency: freqüència (Hz)

Phase Angle: desfasament inicial en (º)

DC Offset: tensió inicial(V)



Fig. 2.1.4.6.3: figura representativa d’una font de tensióalterna monofàsica tal i com el representa el PSIMElements->Sources->Voltage->V_SIN

Fig. 2.1.4.6.5: figura representativa d’una font de tensió trifàsicatal i com el representa el PSIMElements->Sources->Voltage->V_SIN3

Fig. 2.1.4.6.6: figura representativa dels valors configurables ambel PSIM de una font de tensió triangular

Tstart: temps que tarda en activar-se la font (s)

Font de tensió alterna trifàsica

Es considera que la font de tensió esta connectada en estrella


Peak Amplitude: tensió nominal (V)


Init. Angle (phase A): desfasament inicial en (º)

Font de tensió triangular

Per a veure més clarament quins són els valors de configuració de la font detensió triangular, tenim la següent figura:


Vpeak-peak: tensió de pic a pic Vpp,(V)



Fig. 2.1.4.6.7: figura representativa d’una font de tensió triangulartal i com el representa el PSIMElements->Sources->Voltage->VTRI

Fig. 2.1.4.6.8: figura representativa dels valors configurables ambel PSIM de una font de tensió d’ona quadrada

Fig. 2.1.4.6.9: figura representativa d’una font de tensió contínua(vist com a una pila) tal i com el representa el PSIMElements->Sources->Voltage->VSQU

Frequency: freqüència f (Hz)

Duty Cycle: temps que tarda a obtenir la tensió de pic D·T(s)

DC Offset: tensió mínima Voffset, (V)

Tstart: temps que tarda a activar-se la font (s)

Font de tensió d’ona quadrada

Per a veure més clarament quins són els valors de configuració de la font detensió d’ona quadrada, tenim la següent figura:

Name: es fica el nom de l’element (VSQU)

Vpeak-peak: tensió de pic a pic Vpp,(V)

Frequency: freqüència f (Hz)

Duty Cycle: temps que passa de la tensió de cresta a la tensió mínima D·T(s)

DC Offset: tensió mínima Voffset, (V)

Tstart: temps que tarda a activar-se la font (s)



Fig. 2.1.4.6.10: figura representativa dels valors configurables ambel PSIM de una font de tensió d’ona quadrada

Fig. 2.1.4.6.11: figura representativa d’una font de tensió d’unimpuls tal i com el representa el PSIMElements->Sources->Voltage->VSTEP

Fig. 2.1.4.6.12: figura representativa d’una font de tensió de dosimpulsos tal i com el representa el PSIMElements->Sources->Voltage->VSTEP1

Font de tensió d’un impuls

Per a veure més clarament quins són els valors de configuració de la font detensió d’un impuls, tenim la següent figura:

Name: es fica el nom del element (VSTEP)

Vstep: valor de la tensió (funció esglaó) (V)

Tstep: temps que tarda a arribar l’esglaó (s)

Font de tensió de dos impulsos

Name: es fica el nom del element (VSTEP)

Vstep1: valor de la tensió (funció esglaó) (V)

Vstep2: valor de la tensió (funció esglaó) (V)

Tstep: temps que tarda a arribar al primer esglaó (s)

T_transition: temps que tarda a arribar al segon esglaó (s)



Fig. 2.1.4.6.13: figura representativa dels valors configurables ambel PSIM de una de la font de tensió GNL

Fig. 2.1.4.6.14: figura representativa d’una font de tensió GNL tal icom el representa el PSIMElements->Sources->Voltage->VGNL

Font de tensió GNL

Per veure més clarament quins són els valors de configuració de la font de tensióGNL, tenim la següent figura:

Name: es fica el nom del element (VGNL)


No. of Points n: nombre de punts

Values V1…Vn: els valors de tensió a cada punt (V)

Time T1…Tn: el valor del temps a cada punt (s)

2.1.4.7 Sensors i aparells de mesura

Els sensors i aparells ens serveixen per quantificar a partir de unitats generals laquantitat de tensió, intensitat potencia i altres valors de la electricitat. Es poden trobar a

Elements->Other->Proves

Elements->Other->Sensors

Sensor mecànic de velocitat

Aquest sensor mecànic necessita de un voltímetre que es fica al terminal delcentre.



Fig. 2.1.4.7.1: figura representativa d’un sensor mecànic develocitat tal i com el representa el PSIMElements->Other->Sensors-> WSEN

Fig. 2.1.4.7.2: figura representativa d’un sensor mecànic deparell tal i com el representa el PSIMElements-> Other->Sensors-> TSEN1

Fig. 2.1.4.7.3: figura representativa d’un voltímetre per a mesurarla tensió en un punt tal i com el representa el PSIMElements-> Other->Proves-> VP

Fig. 2.1.4.7.4: figura representativa d’un amperímetre per amesurar la intensitat de forma dinàmica en un punt tal i com elrepresenta el PSIMElements-> Other->Proves-> IP1

Name: es fica el nom del element (WSEN1)

Gain: Guany o relació entre1min −

V

Sensor mecànic del parell

Aquest sensor mecànic necessita d’un voltímetre que es fica al terminal delcentre

Name: es fica el nom del element (TSEN1)

Gain: Guany o relació entreΓV

Voltímetre per a mesurar la tensió en un punt

Name: es fica el nom del element (VP)

Amperímetre per a mesurar la intensitat de forma dinàmica

Name: es fica el nom del element (IP)



Fig. 2.1.4.7.6: figura representativa d’un Voltímetre per a mesurarla tensió en corrent contínua tal i com el representa el PSIMElements-> Other->Proves-> V_DC

Fig. 2.1.4.7.5: figura representativa d’un voltímetre per a mesurarla tensió en dos punts tal i com el representa el PSIMElements-> Other->Proves-> VP2

Fig. 2.1.4.7.7: figura representativa d’un Voltímetre per a mesurarla tensió en corrent alterna tal i com el representa el PSIMElements-> Other->Proves-> V_AC

Fig. 2.1.4.7.8: figura representativa d’un amperimetre per a mesurarla intensitat en corrent contínua tal i com el representa el PSIMElements-> Other->Proves-> A_DC

Voltímetre per a mesurar la tensió en dos punts

Name: es fica el nom del element (VP2)

Voltímetre per a mesurar la tensió en corrent contínua

Name: es fica el nom del element (V_DC1)

Cut-off Frequency: freqüència a la que deixa de analitzar la tensió (Hz)

Voltímetre per a mesurar la tensió en corrent alterna

Name: es fica el nom del element (VPAC1)

Op. Frequency: freqüència a la qual s’analitza el circuit

Cut-off Frequency: rang de freqüència a la que deixa d’analitzar la tensió (Hz)

Amperímetre per mesurar la intensitat en corrent contínua

Name: es fica el nom de l’element (ADC1)

Cut-off Frequency: freqüència a la que deixa d’analitzar la tensió (Hz)



Fig. 2.1.4.7.9: figura representativa d’un amperimetre per a mesurarla intensitat en corrent contínua tal i com el representa el PSIMElements-> Other->Proves-> A_AC

Fig. 2.1.4.7.10: figura representativa d’un watimetre per a mesurarla potencia en corrent alterna monofàsica tal i com el representa elPSIMElements-> Other->Proves->W

Fig. 2.1.4.7.11: figura representativa d’un watimetre per a mesurarla potencia en corrent alterna trifàsica tal i com el representa elPSIMElements-> Other->Proves-> W3

Amperímetre per mesurar la intensitat en corrent alterna

Name: es fica el nom de l’element (AAC1)



Watimetre per a mesurar la potencia en corrent alterna monofàsica

Name: es fica el nom de l’element (W1)


Watimetre per a mesurar la potencia en corrent alterna trifàsica

Name: es fica el nom de l’element (W31)




Fig. 2.1.4.7.12: figura representativa Contador de reactiva per amesurar la potencia reactiva en corrent alterna monofàsica tal i comel representa el PSIMElements-> Other->Proves-> VAR

Fig. 2.1.4.7.13: figura representativa d’un contador de reactiva pera mesurar la potencia reactiva en corrent alterna trifàsica tal i comel representa el PSIMElements-> Other->Proves-> VAR

Comptador de reactiva per a mesurar la potencia reactiva en corrent alternamonofàsica

Name: es fica el nom de l’element (VAR1)


Comptador de reactiva per a mesurar la potencia reactiva en corrent alternatrifàsica

Name: es fica el nom del element (VAR1)




2.1.4.8 Altres funcions importants del psim

En aquest capítol resumirem els darrers conceptes que ens queden per definir delPSIM.

El PSIM te elements i components d’electrònica digital que es poden utilitzar perfer anar diferents elements de maniobra per al control de les màquines elèctriques

Fig. 2.1.4.8.1: figura representativad’una porta and tal i com elrepresenta el PSIMElements->Control->Logicelements-> ANDGATE

Fig. 2.1.4.8.2: figura representativad’una porta and de tres entrades tal icom el representa el PSIMElements->Control->Logicelements-> ANDGATE3

Fig. 2.1.4.8.3: figura representativad’una porta or tal i com el representael PSIMElements->Control->Logicelements-> ORGATE

Fig. 2.1.4.8.4: figura representativad’una porta or de tres entrades tal icom el representa el PSIMElements->Control->Logicelements-> ORGATE3

Fig. 2.1.4.8.5: figura representativad’una porta xor tal i com elrepresenta el PSIMElements->Control->Logicelements-> XORGATE

Fig. 2.1.4.8.6: figura representativad’una porta not tal i com el representa

el PSIM Elements->Control->Logicelements-> NOTGATE

Fig. 2.1.4.8.7: figura representativad’una porta nand tal i com elrepresenta el PSIMElements->Control->Logicelements-> NANDGATE

Fig. 2.1.4.8.8: figura representativad’una porta nor tal i com elrepresenta el PSIMElements->Control->Logicelements-> NOR

Fig. 2.1.4.8.9: figura representativade la connexió terra tal i com elrepresenta el PSIMElements->Other->GROUND

Fig. 2.1.4.8.10: figura representativadel onctrl tal i com el representa el

PSIM Elements->Other-> ONCTRL

Fig. 2.1.4.8.11: figura representativad’una fletxa de senyalització tal i comel representa el PSIMElements->Simbols->Arrow

Fig. 2.1.4.8.12: figura representativade un comprador tal i com el

representa el PSIM Elements->Control->COMP



Fig. 2.1.5.1: figura representativa de que hi fiquem unsparàmetres de simulació definits, tal i com el representa elPSIMSimulate->Simulation Control

2.1.5 SIMULATE

Simulation control és on es fiquen els paràmetres per la simulació delcomportament de les màquines

Time Step: interval de temps en que es fan els càlculs, és a dir cada vegada quetroba el valors.

Total Time: temps final de simulació(s)

Print Time: temps inicial de simulació(s)

Print Step: cada quants punts es graven en el fitxer de text.

Load Flag: recupera el fitxer dels paràmetres de temps anterior, si es que s’hangravat (fitxer *.ssf)

Save Flag : grava a un fitxer els paràmetres de temps que es seleccionen per arealitzar la simulació (fitxer *.ssf)

Run PSIM (F8) realitza tots els càlculs del circuit

Run SIMVIEW (Alt+F8) visualitza els resultats (SIMVIEW)

View Netlist File mostra els valors en mode text de tots els elementsseleccionats.

2.1.6 OPTIONS

Settings valors de configuració com la reixa el color del text, i

altres ajudes al dibuix

Auto-run SIMVIEW si esta activada i els valors del circuit son correctes

executarà automàticament el SIMVIEW

2.1.7 WINDOW

New Window fa una altra finestra per executar el PSIM

Cascade presenta les finestres actives en tipus cascada

Tile presenta les finestres actives en tipus mosaic

Arrange Icons fa una alineació de les icones



2.2 LLISTAT DELS MENÚS DEL SIMVIEW

Aquest és el programa encarregat d’agafar el fitxer generat pel PSIM i dibuixar-lotot seguint unes escales predeterminades i uns valors que els hi donarem.

2.2.1 File menu

Open obre un fitxer generat pel PSIM(fitxer *.txt)

Open Binary obre un fitxer en binari SIMVIEW (fitxer *.fft)

Merge opció molt útil que ens permet la visualització de dues

gràfiques generades de diferents esquemes a la vegada.

primer en tenim una i desprès carreguem d’altres

(fitxers *.txt)

Re-Load Data recupera tots els valors numèrics del fitxer tot

mantenint l’escala

Save guarda el fitxer generat per el PSIM en binari

(fitxer *.fft)

Save As guarda el fitxer generat per el PSIM en binari.

Preguntant-nos on el volem guardar i amb quin nom

(fitxer *.fft)

Save Settings guarda la configuració del PSIM

Print imprimeix el gràfic

Print Setup configura la impressora

Print Page Setup canvia la configuració de com s’ha d’imprimir la

pàgina

Print Preview vista prèvia de la impressió

Exit surt del SIMVIEW

2.2.2 Edit menu

Copy to Clipboard copia el resultat gràfic del càlcul al portapapers

Edit Title edita el títol de la gràfica que sortirà per la impressora



Fig. 2.1.6.1: figura representativa del menú de selecció tal icom el representa el SIMVIEW

2.2.3 Axis menu

X Axis canvia els valors de visualització de l’eix de les X(s)

Y Axis canvia els valors de visualització de l’eix de les Y(s)

Axis Label Setting canvia la mida de la lletra del gràfic

2.2.4 Screen menu

Add/Delete Curves afegir o treure variables

Add Screen afegeix una finestra nova

Delete Screen esborra una finestra

Cada cop que seleccionem una variable ens surt una finestreta de visualitzacióbastant didàctica, com es pot observar en la següent figura

Com es veu en la figura el SIMVIEW ens permet de realitzar operacions entrevariables amb notació algebraica, i les permeses que es descriuen a continuació

+ suma

- resta

* multiplicació

/ divisió

^ potencia (elevar un numero a un altre)

SQRT arrel quadrada

SIN sinus



COS cosinus

TAN tangent

ATAN arctangent

EXP exponencial

LOG logaritme de base e

LOG10 logaritme de base 10

ABS valor absolut

SIGN valor de positiu o negatiu o zero

AVG promig de la variable

INT valor enter del numero

Per exemple, si tenim dues variables com son tensió i intensitat podem ficarV1*I1 i a la corba ens sortirà el resultat de multiplicar cada punt

2.2.5 Measure menu

És un menú important per a nosaltres, ja que ens permet analitzar les corbes pas apas

Measure si pitgem aquesta opció se’ns obre una altra finestra en

que podem mesurar els diferents valors variables de les

corbes.

Desprès s’ha clicar al damunt de la variable, a la zona

del eix per analitzar la corba.

Max troba el valor màxim de tota la corba i de la variable

seleccionada

Min troba el valor mínim de tota la corba i de la variable

seleccionada

Next Max troba el següent màxim (de dreta a esquerra)

Next Min troba el següent mínim (de dreta a esquerra)

Avg calcula la mitjana aritmètica de tots els punts

Avg(|x|) calcula la mitjana aritmètica de tots els punts en valor

absolut



rms calcula el valor eficaç.

Per a que calculi el rms correctament hem de fer servir tot un cicle complet, jaque sinó tindrem un error; per exemple, si tenim el cas de una corrent senoidal amb unafreqüència de 50 Hz un període complert serien 0.02 segons.

Aquest resultat surt de la fórmula

Tf

1= (2.2.5.1)

2.2.6 View menu

Zoom zoom per apropar

Redraw torna a dibuixar les dades

Toolbar activa o desactiva la barra de icones

Status Bar activa o desactiva la barra d’estat

2.2.7 Option menu

FFT canvia el anàlisis dels valors de les corbes temporals a

expressar-les en funció de la freqüència

Time canvia un anàlisis en funció del temps

Set Text Fonts configura el text

Set Curves selecciona la forma dels punts.

Set Background canvia el fons de pantalla, blanc o negre

Grid activa o desactiva la reixa.

Color selecciona si volem veure les corbes en color o en

escala de grisos

2.2.8 Label menu

En aquesta part del menú podem escollir les diferents opcions per definir punts enconcret o mostrar un nom més clar de les corbes.

Text fica un text a les corbes

Line dibuixa una línia a la gràfica

Dotted Line dibuixa una línia puntejada a la gràfica

Arrow dibuixa una fletxa a la gràfica

Manual de Pràctiques de Màquines Elèctriques enrègim dinàmic, Mitjançant PSIM



I

ÍNDEX

A PRÒLEG ....................................................................................................................................................................1

A.1 OBJECTE DEL PROJECTE ...............................................................................................................................1 A.2 POSSIBLES SOLUCIONS I SOLUCIÓ ADOPTADA ......................................................................................1

A.2.1 Amb visió i realització de les maniobres directament sobre les màquines ...................................................1 A.2.2 Mitjançant l’ordinador amb altres programes que no son el PSIM...............................................................1

A.3 SOLUCIÓ ADOPTADA.....................................................................................................................................1 A. 4 REALITZACIÓ DE LES PRÀCTIQUES ..........................................................................................................1

1 PRÀCTICA - 1............................................................................................................................................................4 1.1 ENUNCIAT - POSTA EN MARXA DIRECTA DE UN MOTOR D’INDUCCIÓ .............................................4

1.1.1 OBJECTIU ....................................................................................................................................................4 1.1.2 ESQUEMA I VALORS INICIALS...............................................................................................................4

1.1.2.1 Aparells a utilitzar ..................................................................................................................................4 1.1.2.2 Esquema .................................................................................................................................................5

1.1.3 Tasques a realitzar per l’alumne ....................................................................................................................5 1.1.3.1 Posta en marxa en buit ............................................................................................................................5 1.1.3.2 Posta en marxa a parell resistent constant...............................................................................................5 1.1.3.3 Posta en marxa amb un parell ventilador ................................................................................................6 1.1.3.4 Qüestions ................................................................................................................................................6

1.2 INFORME DE POSTA EN MARXA DIRECTA DE UN MOTOR D’INDUCCIÓ ...........................................7 1.2.1 Introducció.....................................................................................................................................................7 1.2.2 Posta en marxa en buit...................................................................................................................................8 1.2.3 Posta en marxa a parell resistent constant......................................................................................................8 1.2.4 Posta en marxa amb un parell ventilador.....................................................................................................11 1.2.5 Qüestions .....................................................................................................................................................12

2 PRÀCTICA - 2..........................................................................................................................................................14 2.1 POSTA EN MARXA D’UN MOTOR D’INDUCCIÓ AMB LA TENSIÓ REDUÏDA A L'ESTATOR...........14

2.1.1 OBJECTIU ..................................................................................................................................................14 2.1.2 ESQUEMA I VALORS INICIALS.............................................................................................................14

2.1.2.1 Aparells a utilitzar en el arranc amb resistències estatòriques ..............................................................14 2.1.2.2 Esquema a utilitzar en la posta en marxa amb resistències estatòriques ...............................................16 2.1.2.3 Aparells a utilitzar en la posta en marxa estrella - triangle ...................................................................16 2.1.2.4 Esquema a utilitzar en la posta en marxar estrella triangle ...................................................................17 2.1.2.5 Aparells a utilitzar en la posta en marxa kusa.......................................................................................17 2.1.2.6 Esquema a utilitzar en la posta en marxa kusa......................................................................................18

2.1.3 Tasques a realitzar per l’alumne ..................................................................................................................19 2.1.3.1 Posta en marxa a tensió reduïda al estator............................................................................................19 2.1.3.2 Posta en marxa kusa..............................................................................................................................19 2.1.3.3 Qüestions ..............................................................................................................................................19

2.2 INFORME DE POSTA EN MARXA DIRECTA DE UN MOTOR D’INDUCCIÓ .........................................20 2.2.1 Introducció...................................................................................................................................................20 2.2.2 Posta en marxa a tensió reduïda del estator.................................................................................................21 2.2.3 Posta en marxa kusa ....................................................................................................................................22 2.2.4 Qüestions .....................................................................................................................................................23

3 PRÀCTICA - 3..........................................................................................................................................................26 3.1 MÈTODES DE FRENAT D’UN MOTOR D’INDUCCIÓ................................................................................26


3.1.2.1 Aparells a utilitzar en el frenat a rotor lliure .........................................................................................26 3.1.2.2 Esquema a utilitzar en el en el frenat a rotor lliure ...............................................................................27 3.1.2.3 Aparells a utilitzar el frenat a contracorrent..........................................................................................27 3.1.2.4 Esquema a utilitzar en el frenat a contracorrent....................................................................................28 3.1.2.5 Aparells a utilitzar en el frenat amb corrent continua ...........................................................................28 3.1.2.6 Esquema a utilitzar en el frenat amb corrent continua ..........................................................................29

3.1.3 Tasques a realitzar per l’alumne ..................................................................................................................29 3.1.3.1 Frenat a rotor lliure ...............................................................................................................................29 3.1.3.2 Frenat a contracorrent ...........................................................................................................................29 3.1.3.3 Frenat a corrent continua ......................................................................................................................30 3.1.3.3 Qüestions ..............................................................................................................................................30

II

3.2 INFORME DE MÈTODES DE FRENAT D’UN MOTOR D’INDUCCIÓ.......................................................31 3.2.1 Introducció...................................................................................................................................................31 3.2.2 Frenat a rotor lliure......................................................................................................................................31 3.2.3 Frenat a contracorrent..................................................................................................................................31 3.2.3 Frenat amb corrent continua ........................................................................................................................32 3.2.4 Conclusions generals ...................................................................................................................................33

4 PRÀCTICA - 4..........................................................................................................................................................36 4.1 DIFERÈNCIA ENTRE L’ANÀLISI D’UN MOTOR ASÍNCRON MITJANÇANT EL MÈTODE TRADICIONAL I EL PSIM ....................................................................................................................................36


4.1.2.1 Assaig en curtcircuit. ............................................................................................................................36 4.1.2.2 Esquema a utilitzar en el assaig a curtcircuit ........................................................................................37 4.1.2.3 Aparells a utilitzar per a prendre mesures del motor en buit i a règim nominal....................................37 4.1.2.4 Esquema a utilitzar per agafar mesures del motor en buit o a règim nominal.......................................38

4.1.3 Tasques a realitzar per l’alumne ..................................................................................................................38 4.1.3.1 Diagrama del cercle ..............................................................................................................................38 4.1.3.2 Obtenció de mesures a règim nominal ..................................................................................................39 4.1.3.3 Qüestions ..............................................................................................................................................40

4.2 INFORME SOBRE DIFERÈNCIA ENTRE L’ANÀLISI D’UN MOTOR ASÍNCRON MITJANÇANT EL MÈTODE TRADICIONAL I EL PSIM...................................................................................................................41

4.2.1 Introducció...................................................................................................................................................41 4.2.2 Assaig en curtcircuit ....................................................................................................................................41 4.2.3 Assaig en buit ..............................................................................................................................................41 4.2.4 Construcció del diagrama del cercle ............................................................................................................41 4.2.6 Conclusions generals ...................................................................................................................................47

5 PRÀCTICA - 5..........................................................................................................................................................47 5.1 FUNCIONAMENT DELS INVERSORS EN FONT DE TENSIÓ (VSI) AMB UNA CÀRREGA R-L...........47


5.1.2.1 Aparells a utilitzar en el inversor VSI amb dos i tres interruptors tancats simultàniament. ..................47 5.1.2.2 Esquema a utilitzar en el inversor VSI amb dos i tres interruptors tancats simultàniament..................48 5.1.2.3 Aparells a utilitzar l’ inversor VSI-PWM .............................................................................................48 5.1.2.4 Esquema del inversor VSI-PWM..........................................................................................................49

5.1.3 Tasques a realitzar per l’alumne ..................................................................................................................50 5.1.3.1 Inversor VSI amb dos i tres interruptors tancats simultàniament ..........................................................50 5.1.3.2 Inversor VSI-PWM...............................................................................................................................50

5.2 INFORME FUNCIONAMENT DELS INVERSORS AMB UNA CÀRREGA R-L.........................................52 5.2.1 Introducció...................................................................................................................................................52 5.2.2 VSI amb 2 interruptors tancats simultàniament ...........................................................................................54 5.2.3 VSI amb 3 interruptors tancats simultàniament ...........................................................................................58 5.2.3 VSI-PWM....................................................................................................................................................63

6 PRÀCTICA - 6..........................................................................................................................................................68 6.1 FUNCIONAMENT DELS INVERSORS AMB UN MOTOR D’INDUCCIÓ I UNA CARREGA MECÀNICA..................................................................................................................................................................................68


6.1.2.1 Aparells a utilitzar en el esquema del VSI amb tres interruptors connectats simultàniament ...............68 6.1.2.2 Esquema a utilitzar en el en VSI amb tres interruptors connectats simultàn iament ..............................69 6.1.2.3 Aparells a utilitzar el inversor VSI-PWM.............................................................................................70 6.1.2.4 Esquema a utilitzar en VSI-PWM.........................................................................................................70

6.1.3 Tasques a realitzar per l’alumne ..................................................................................................................71 6.1.3.1 VSI amb tres interruptors connectats simultàniament ...........................................................................71 6.1.3.2 VSI-PWM.............................................................................................................................................71 6.1.3.3 Qüestions ..............................................................................................................................................71

6.2 INFORME DEL FUNCIONAMENT DELS INVERSORS AMB UN MOTOR D’INDUCCIÓ I UNA CÀRREGA MECÀNICA .........................................................................................................................................72

6.2.1 Introducció...................................................................................................................................................72 6.2.2 VSI amb tres interruptors tancats simultàniament .......................................................................................72 6.2.3 VSI-PWM....................................................................................................................................................75 6.2.4 Conclusions generals ...................................................................................................................................78

III

7 PRÀCTICA - 7..........................................................................................................................................................79 7.1 ARRANC I FRENAT D’UN MOTOR DE CORRENT CONTINUA ...............................................................79


7.1.2.1 Posta en marxa del motor de corrent contínua ......................................................................................79 7.1.2.1 Aparells a utilitzar en la connexió derivació i sèrie ..............................................................................79 7.1.2.2 Esquema a utilitzar en la connexió derivació........................................................................................80 7.1.2.3 Esquema a utilitzar en la connexió sèrie...............................................................................................80 7.1.2.4 Frenat del motor de corrent contínua....................................................................................................81 7.1.2.5 Esquema a utilitzar en el frenat a rotor lliure........................................................................................81 7.1.2.6 Esquema a utilitzar en el frenat regeneratiu ..........................................................................................81 7.1.2.7 Esquema a utilitzar en el frenat a contracorrent....................................................................................82

7.1.3 Tasques a realitzar per l’alumne ..................................................................................................................82 7.1.3.1 Posta en marxa amb connexió derivació...............................................................................................82 7.1.3.2 Posta en marxa amb connexió sèrie ......................................................................................................84 7.1.3.3 Frenat a rotor lliure ...............................................................................................................................84 7.1.3.4 Frenat regeneratiu .................................................................................................................................84 7.1.3.5 Frenat a contracorrent ...........................................................................................................................85 7.1.3.6 Qüestions ..............................................................................................................................................85

7.2 INFORME DE ARRANC I FRENAT D’UN MOTOR DE CORRENT CONTINUA ......................................86 7.2.1 Introducció...................................................................................................................................................86 7.2.2 Arranc amb connexió derivació...................................................................................................................87 7.2.3 Posta en marxa amb connexió sèrie .............................................................................................................88 7.2.4 Frenat a rotor lliure......................................................................................................................................89 7.2.5 Frenat regeneratiu........................................................................................................................................89 7.2.6 Frenat a contracorrent..................................................................................................................................89 7.2.7 Qüestions.....................................................................................................................................................90

8 PRÀCTICA - 8..........................................................................................................................................................92 8.1 CONTROL DE LA VELOCITAT DE UN MOTOR DE CORRENT CONTINUA MITJANÇANT UN CONVERTIDOR CONTINUA - CONTINUA........................................................................................................92


8.1.2.1 Aparells a utilitzar en el chopper amb una càrrega elèctrica .................................................................92 8.1.2.2 Esquema a utilitzar en el chopper amb una càrrega elèctrica ................................................................92 8.1.2.3 Aparells a utilitzar en el chopper amb un motor de corrent continua....................................................92 8.1.2.4 Esquema a utilitzar el chopper amb un motor de corrent continua .......................................................93

8.1.3 Tasques a realitzar per l’alumne ..................................................................................................................93 8.1.3.1 Chopper amb una carrega elèctrica .......................................................................................................93 8.1.3.2 Chopper amb un motor de corrent continua..........................................................................................94

8.2 INFORME DEL CONTROL DE LA VELOCITAT DE UN MOTOR DE CORRENT CONTINUA MITJANÇANT UN CONVERTIDOR CONTINUA - CONTINUA.......................................................................95

8.2.1 Introducció...................................................................................................................................................95 8.2.2 Chopper amb una carrega elèctrica..............................................................................................................95 8.2.3 Chopper amb un motor de corrent continua.................................................................................................97

9 BIBLIOGRAFIA.......................................................................................................................................................98

Pròleg - Laboratori de Control de Màquines Elèctriques


Pagina 1de 98

A PRÒLEG

A.1 OBJECTE DEL PROJECTE

El objecte de aquest projecte es el de presentar unes pràctiques de control demàquines elèctriques per a introduir els alumnes en el comportament en règim dinàmicde les màquines elèctriques, sense entrar en conceptes matemàtics avançats com apossible eina de treball per a altres assignatures.

A.2 POSSIBLES SOLUCIONS I SOLUCIÓ ADOPTADA

A.2.1 Amb visió i realització de les maniobres directament sobre les màquines

Els mètodes de control amb visió directa de les màquines son les pràctiquesideals cuan es disposa de un laboratori i material apropiat per a realitzar-les, faciliten laseva futura realització pràctica, i donen una idea ideal de com es comporta la màquina.

En contra tenim que es imprescindible la presencia del alumne i el professor a ellaboratori per a la realització pràctica, a més a mes de presentar una forta inversió per ala universitat.

A.2.2 Mitjançant l’ordinador amb altres programes que no son el PSIM

Aquest mètode presenta les desavantatges de que no tenim un comportament realde les màquines, i com es veu en el punt 1.5 del manual de iniciació al PSIM per aelèctrics no hi ha cap programa capaç de analitzar les màquines tan facilment com elPSIM.

A.3 SOLUCIÓ ADOPTADA

La solució que s’adopta per a que el alumne faci les pràctiques es la sevarealització amb el PSIM, perquè tenim la avantatja de que tot i ser pràcticamentimprescindible la presencia del professor a classe, l’alumne pot fer la majoria de treballa casa. Es per això que fem la realització de les pràctiques amb el PSIM.

A.4 REALITZACIÓ DE LES PRÀCTIQUES

Les Pràctiques s’han realitzat mitjançant el software de prova de la casaPOWERSIM Technologies Inc, amb la pagina web: www.powersimtech.com

El programa en concret es diu PSIM i s’adjunta en el projecte un manual deinstruccions per a fer mes senzilla la introducció en aquest programa al alumne.

Les pràctiques s’han dividit en 8 apartats, en que cada una de elles representa untema totalment independent però al mateix temps tenen punts en comú per a realitzaruna coneixença de les màquines elèctriques

Cada apartat, o cada pràctica te dos sub-apartats principals, aquests son elenunciat i el informe.

1) Enunciat: es la part del projecte que veu el alumne i conte tots els elementspràctics necessaris per a la realització del projecte.



Pagina 2de 98

2) Informe: es el que hauria de realitzar el alumne. Es deure del professor llegir-se aquest apartat avanç de realitzar-se al laboratori per tal de orientar al alumne en larealització de les pràctiques.

D’altra banda s’han establert els següents objectius per a les realitzacions de lespràctiques:

1) Pràctica 1

Aquesta és la primera pràctica, de manera que es el primer contacte amb el PSIM;l'objectiu de la pràctica es veure com afecta el parell a la posta en marxa d'un motord’inducció trifàsic en règim transitori mentre s’aprèn a fer funcionar el programa.

També s’ha d’aprendre a fer servir el SIMCAD per tal de obtenir les respostestemporals de la corrent, parells motors resistents i velocitat de un motor.

2) Pràctica 2

L’objectiu de la practica es el estudi dels diferents mètodes en la posta en marxad’un motor d’inducció, l’objectiu de qualsevol mètode de posta en marxa és el de reduirla intensitat quan l’engeguem

En aquesta pràctica s’inclou el mètode de posta en marxa kusa encara que nosigui un mètode pròpiament dels de tensió reduï da.

3) Pràctica 3

En aquesta pràctica l’objectiu es veure diferents mètodes d’aturada del motord’inducció.

4) Pràctica 4

L’objectiu d’aquesta pràctica es el de veure quines diferències hi ha entre elmètode tradicional i gràfic del diagrama del cercle l’obtenció del mateix mitjançant elPSIM. Aquesta pràctica no pretén demostrar que el PSIM és un mètode d’anàlisi millor,sinó que és un mètode d’assaig teòric en que és pretén simular el comportament d’unmotor abans de la seva fabricació o si més no el seu comportament amb diferentssituacions d’una manera simple i didàctica.

També servirà per a recordar com es realitza el diagrama del cercle.

5) Pràctica 5

L’objectiu de la pràctica és el d’entendre el funcionament dels inversors d’onaquadrada i PWM, realitzar els esquemes equivalents amb el PSIM i analitzar elsresultats de forma que es pugui analitzar com converteixen els inversors la correntcontínua en alterna.

6) Pràctica 6

Ja s’han vist el funcionament dels inversors d’ona a la pràctica anterior. Arapodrem saber com es comporten aquests inversors quan alimentem un motord’inducció, realitzar els esquemes pertinents amb el PSIM i analitzar els resultats per talde veure com afecta el seu comportament a la velocitat del motor.



Pagina 3de 98

7) Pràctica 7

Vistos ja els motors de corrent alterna ara analitzarem els motors de correntcontínua i es veurà com afecta el parell a la posta marxa al motor de corrent contínua enrègim transitori; amb diferents connexions, derivació i sèrie, veurem com afecta la postaen marxa amb una resistència al induï t.

El frenat d’un motor amb connexió derivació fent servir les dos formes de frenatelèctric, el frenat regeneratiu i el frenat a contra corrent.

8) Pràctica 8

Analitzar el comportament de un convertidor continua-continua (en el nostre casreductor) amb diferents càrregues i un motor de corrent continua.

Practica 1 - Laboratori de Control de Màquines Elèctriques


Pagina 4de 98

1 PRÀCTICA - 1

1.1 ENUNCIAT - POSTA EN MARXA DIRECTA DE UN MOTORD’INDUCCIÓ

1.1.1 OBJECTIU

Aquesta és la primera pràctica, de manera que es el primer contacte amb el PSIM;l'objectiu de la pràctica es veure com afecta el parell a la posta en marxa d'un motord’inducció trifàsic en règim transitori mentre s’aprèn a fer funcionar el programa.

També s’ha d’aprendre a fer servir el SIMCAD per tal de obtenir les respostestemporals de la corrent, parells motors resistents i velocitat de un motor.

1.1.2 ESQUEMA I VALORS INICIALS

S’ha de fer el circuit de la figura 1.1 amb el PSIM, per realitzar-lo es recomanarconsultar el manual d’instruccions del PSIM per veure com funcionen els diferentselements del circuit.

1.1.2.1 Aparells a utilitzar

Aparells de mesura:

3 Amperímetres de corrent alterna

2 Voltímetres

Dispositius:

Font de tensió trifàsica:

Elements->Sources->Voltage->VSIN3

V= 240 V f=50 Hz δ=0º

Motor d’inducció trifàsic:

Elements->Power->Motor Drive->INDM_3S

Rs= 0.2Ω Ls=0.001146H Rr=0.3ΩLr=0.001146H Lm=0.05507H p=4 Jm=0.3Kg·m2

Torque Flag=1 Master/Slave Flag=1

Sensor de velocitat:

Elements->Other->Sensors->WSEN

Gain=1

Sensor de parell:

Elements->Other->Sensors->TSEN

Gain=1

Càrrega mecànica ( Γres = Tc +K1·|ωm|+K2·|ωm|2 + K3·|ωm|3) (1.1)

Elements->power->Motor Drive->MLOAD

Tc=0N·m K1=0 K2=0 K3=0Jres=0.1 Kg·m2



Pagina 5de 98

Fig 1.1: Esquema de la posta en marxa directe d’un motor d’inducció alimentat ambuna font de tensió senoidal i accionant una càrrega mecànica genèrica, havent-hitambé sensors de intensitat, parell i velocitat.

Paràmetres de simulació

TS=0.0005s TT=1.5s PT=0s PS=1

1.1.2.2 Esquema

1.1.3 Tasques a realitzar per l’alumne

1.1.3.1 Posta en marxa en buit

S’ha de trobar diferents variables:

- Imax (intensitat màxima de pic, pot ser positiva o negativa, i pot estar enqualsevol de les tres fases)

- Irp (intensitat a règim permanent, es pot agafar la de la fase a)

- nrp(velocitat a règim permanent)

- Γmotor (parell que dóna el motor en règim permanent)

- Γresistent (parell resistent en règim permanent)

- Γmotor max(parell de pic que dóna el motor en la posta en marxa)

- Γresistent max(parell resistent màxim que ofereix la carrega mecànica en la posta enmarxa)

- T (temps que tarda assolir la nn ,de forma orientativa)

1.1.3.2 Posta en marxa a parell resistent constant

Ara s’ha de calcular quin seria el parell nominal, sabent que el lliscament és d’un5%

Per a realitzar aquesta operació es pot utilitzar la fórmula del parell:

22

2

··

'·3

XccSn

RrRs

Usf

Sn

Rr

s +

+

=Γω

(1.2)

Hem de tenir en compte que el motor esta connectat en estrella, és per això que:

3

UslUsf = (1.3)



Pagina 6de 98

Comprova que realment el lliscament sigui un 5%.

També s’han de trobar les variables: Imax, Irp, nrp, Γmotor , Γresistent , Γmotor max, Γresistent

max, nrp , T com en el apartat anterior. Raona els resultats.

1.1.3.3 Posta en marxa amb un parell ventilador

Realitzant els mateixos passos que en el apartat anterior però aquesta vegada elparell serà parabòlic; és a dir, que en comptes de ficar com abans el valor a la Tc de lacàrrega mecànica, s’ha de ficar a la K2 per tal de que el parell sigui d’una maneraquadràtica.

També s’ha de trobar les variables: Imax, Irp, nrp, Γmotor , Γresistent , Γmotor max, Γresistent

max, nrp , T

1.1.3.4 Qüestions

Per resoldre les preguntes posteriors heu de realitzar les gràfiques d’intensitatvelocitat i parell motor de les tres postes en marxa conjuntament (opció merge, si teniualgun dubte podeu consultar el manual del PSIM), també us podeu basar en els resultatsanteriors de les pràctiques.

a) Per quines variables creus que es veuen afectades les petites oscil·lacions de lavelocitat tot just quan engeguem el motor?

b) Perquè consumeix corrent un motor en buit? Quina velocitat marca elSIMVIEW en la posta en marxa en buit? Es possible realment?



Pagina 7 de 98

Fig 1.3: Representació dels parells resistentsmés habituals: 1) Parell independent a lavelocitat 2) Parell lineal 3) Parell decaracterística parabòlica 4) Parell decaracterística hiperbòlica

1.2 INFORME DE POSTA EN MARXA DIRECTA DE UN MOTORD’INDUCCIÓ

1.2.1 Introducció

Com es pot observar en el manual d’instruccions és un programa que ens permetestudiar les màquines elèctriques en règim dinàmic, de forma que ens dóna una idea decom funcionen realment.

En aquesta pràctica s’estudia la posta en marxa directa d’un motor d’inducció,per això es sotmet al motor a diversos parells resistents.

De parells resistents n’hi ha de diferents tipus (fig 1.2) i es comporten de maneradiferent d’acord amb la velocitat que porta el motor. El comportament d’aquests parellsel podem veure reflectit en la següent fórmula:

(1.1)

Formula 1.1:

Γres = parell resistent total en N·m

Tc = parell resistent constant en N·m

K1=K2=K3= constants numèriques

ωm = velocitat angular en rad/s

D’altra banda el motor elèctric ens dóna un parell mecànic, que quan el sistema(motor més màquina accionada) arriba a règim permanent els dos parells han de seriguals(fig 1.3).

Γres = Tc +K1·|ωm|+K2·|ωm|2 + K3·|ωm|3

Fig 1.2: Corba característica del moment Torsió-velocitat d’un motor d’inducció



Pagina 8 de 98

1.2.2 Posta en marxa en buit

Desprès de fer la simulació de la posta en marxa en buit ens disposem a calculartot

Paràmetre Abreviació Resultat Unitatintensitat màxima de pic, fase

AImax 261.16 A

intensitat a regim permanent Irp

2

11.07=7.82

A

velocitat a regim permanent nrp 1503 Min-1

parell que dona el motor enregim permanent

Γmotor 0 N.m

parell resistent en regimpermanent

Γresistent 0 N.m

parell de pic que dona el motoren la posta en marxa

Γmotor max 376.31 N.m

parell resistent màxim queofereix la carrega mecànica en

la posta en marxa

Γresistent max 0 N.m

temps que tarda a assolir la nn T 0.4 s

1.2.3 Posta en marxa a parell resistent constant

Per donar-nos una noció de quina seria la velocitat que ha d’assolir el motorprimer calculem la velocitat de sincronisme, mitjançant la següent formula.

p

60·f n sinc = (1.4)

Formula 1.4:

nsinc = velocitat de sincronisme, (a la que gira el camp magnètic del estator)(min-1)

f= freqüència del corrent elèctric(Hz)

p= numero de pols

En el nostre cas és 1sinc min1500

4

60·50 n −== com que sabem que el lliscament es un 5%

només cal aplicar la formula del lliscament:

100·1sin

sin

−

−=

c

nc

n

nnS (1.5)

Formula 1.5:

S = lliscament.

nsinc = velocitat de sincronisme (min-1)

nn= velocitat nominal (min-1)

Resulta que la velocitat del motor quan te un lliscament del 5% es de 1425 min-1



Pagina 9 de 98

D’altra banda aquí tenim la formula del parell, que se’ns ha donat en el manual depràctiques.

2

2

2

'·

·

'·3

XccSn

RrRs

Usf

Sn

Rr

s +

+

=Γω

(1.2)

Formula 1.2:

Γ=parell (N·m)

Rr’= resistència del rotor(Ω)

ωs= velocitat de sincronisme(rad/s)

Sn= lliscament

Rs= resistència del estator(Ω)

Usf= tensió de fase(V)

Xcc= inductància de curt circuit(Ω)

Aquesta formula surt del circuit elèctric equivalent del motor d’inducció i de lesformules, 1.6, 1.7, 1.8:

Fig 1.4: Circuit reduït que representa el equivalent elèctric de un motor de inducció.



Pagina 10 de 98

Sn

RrZ

1

'3

ω= (1.6)

2·IZ=Γ (1.7)

( )2

2'

ZccS

RrRs

Usf

Z

UsfI

+

+

== (1.8)

Formules 1.6, 1.7, 1.8:

Γ= parell (N·m)


Z= impedancia equivalent del circuit equivalent (Ω)

I= intensitat (A)


Sn= lliscament




Substituint tots els valors de l’enunciat de les pràctiques tenim el següent resultat

( )47.56

)001146.0001146.0(50··205.0

3.02.0

3

240

·05.0·

2

50··23.0·3

22

2

=

++

+

=Γ

ππ

Els resultats que ens dona són de 56.47 N·m que el ficarem al PSIM per tal decomprovar les formules anteriors


AImax 261.41 A

intensitat a regim permanent Irp 35.242

34.44=

A

velocitat a regim permanent nrp 1424.5 Min-1


Γmotor 56.47 N.m


Γresistent 56.47 N.m




la posta en marxa

Γresistent max 42.34 N.m


Podem veure que aproximadament gira a 1425. S’afirma que el resultat que ensha donat anteriorment és correcte.



Pagina 11 de 98

1.2.4 Posta en marxa amb un parell ventilador

Ens hem de basar com diu en el enunciat en la fórmula 1.2 la constant k2 de laque podem extreure la següent formula:

2·2 kω=Γ (1.9)

Formula 1.9:

Γ= parell (N·m)

ω= velocitat angular (rad/s)

k2= constant

Així doncs tenint el parell i la velocitat del apartat anterior podem calcular elvalor que li hem de posar a k2:

002537.0

60·2·5.1424

47.562 2 =

=π

K

Els resultats que ens dóna és de 0.002537 ,que l’introduirem al PSIM per tal deanalitzar els resultats anteriors


AImax 261.27 A

intensitat a regim permanent Irp 16.262

37=

A

velocitat a regim permanent nrp 1418 Min-1


Γmotor 60 N.m


Γresistent 60 N.m




la posta en marxa





Pagina 12 de 98

1.2.5 Qüestions

A continuació es mostraran les gràfiques comparatives d’intensitat velocitat iparell de les tres postes en marxa conjuntament.

Fig. 1.5: Gràfica de les tres intensitats (roig intesitat en buit, verd intensitat enventilador, blau intensitat a parell cte.) que els hi sortirà als alumnes, amb elesquema indicat per aquesta pràctica a la figura 1.3 amb una escala de 1.5 segons

Fig. 1.6: Gràfica de les tres velocitats (roig velocitat en vuit, verd velocitat enventilador, blau velocitat a parell cte.) que els hi sortirà als alumnes, amb elesquema indicat per aquesta pràctica a la figura 1.3 amb una escala de 1.5 segons

Fig. 1.7: Gràfica dels tres parells motors (roig parell en vuit, verd parell enventilador, blau parell a parell cte.) que els hi sortirà als alumnes, amb el esquemaindicat per aquesta pràctica a la figura 1.3 amb una escala de 1.5 segons



Pagina 13 de 98

a) Per quines variables creus que es veuen afectades les petites oscil·lacions de lavelocitat tot just quan engeguem el motor?

A la diferència entre parell motor i parell resistent. Quan el parell motor és fa méspetit que el parell resistent (petits intervals de temps) el sistema deixa d'accelerar.

b) Perquè consumeix corrent un motor en buit? Quina velocitat marca elSIMVIEW en la posta en marxa en buit? És possible realment?

Un motor en buit consumeix corrent degut a les pèrdues que ens produeix aquestmateix, degudes a fregaments que sempre s’oposen a qualsevol moviment.



Pagina 14 de 98

2 PRÀCTICA - 2

2.1 POSTA EN MARXA D’UN MOTOR D’INDUCCIÓ AMB LA TENSIÓREDUÏDA A L'ESTATOR

2.1.1 OBJECTIU

L’objectiu de la practica es el estudi dels diferents mètodes en la posta en marxad’un motor d’inducció, l’objectiu de qualsevol mètode de posta en marxa és el de reduirla intensitat quan l’engeguem

En aquesta pràctica s’inclou el mètode de posta en marxa kusa encara que nosigui un mètode pròpiament dels de tensió reduï da.


En aquesta pràctica analitzem tres circuits diferents, encara que tots ells tenen undenominador comú, i es que la posta en marxa es fa amb maniobres al estator.

Els mètodes de posta en marxa són els següents:

a) Reduint la tensió:

Resistències estatòriques (figura 2.1)

Estrella - triangle (figura 2.2)

c) Posta en marxa Kusa (figura 2.3)

S’han de realitzar els circuits corresponents a cada esquema amb el PSIM, per arealitzar-los podeu ajudar-vos del manual d’instruccions del PSIM per a trobar elsdiferents elements del circuit.

2.1.2.1 Aparells a utilitzar en el arranc amb resistències estatòriques

Aparells de mésura:


3 Voltímetres

Dispositius:



V= 240 V f=50 Hz δ=0º

Contactor (G1)

Elements->Power->Switches->SSWI

Initial Position = 0 Current Flag = 0

Elements->Power->Switches->GATING

Frequency = 0 Hz nº of points = 2 Switching Points = 0 0.6 s



Pagina 15 de 98

Contactor (G2)




Frequency = 0 Hz nº of points = 2 Switching Points = 0.6 2 s

Resistència trifàsica

Elements->Power->RLC_Branches->r3

Resistance=0.5 Ω







Gain=1

Sensor de parell:


Gain=1



Tc=0 N·m K1=0.2 K2=0 K3=0Jres=0.1 Kg·m2


TS=0.0005s TT=2 PT=0s PS=1



Pagina 16 de 98

Fig 2.1: Esquema de la posta en marxa amb resistències estatòriques d’un motord’inducció alimentat amb una font de tensió senoidal i accionant una càrregamecànica genèrica, havent-hi també sensors de intensitat, parell i velocitat.(elvoltímetre V1 només serveix per a comprovar que el canvi es produeix)

2.1.2.2 Esquema a utilitzar en la posta en marxa amb resistències estatòriques

2.1.2.3 Aparells a utilitzar en la posta en marxa estrella - triangle

Aquest no es ben be el circuit a realitzar quan volem un estrella triangle, però fauna simulació més o menys bona del arranc estrella triangle, això succeeix perquè elbobinat del motor del PSIM esta sempre en estrella, doncs el que fem es reduirartificialment 3 vegades la tensió nominal en la posta en marxa, tal i com passa en elbobinat del estator quan canviem el circuit del estrella al triangle.

Per facilitar el muntatge del circuit només s’esmenen els valors que canvien delapartat anterior.

Font de tensió trifàsica( Vsina):


V= 240 V f=50 Hz δ=0º

Font de tensió trifàsica( Vsinb):


V= 138.5 V f=50 Hz δ=0º

Contactor (G1)





Contactor (G2)







Pagina 17 de 98

Fig 2.2: Esquema de la posta en marxa estrella triangle d’un motor d’induccióalimentat amb una font de tensió senoidal i accionant una càrrega mecànica genèrica,havent-hi també sensors de intensitat, parell i velocitat. (el voltímetre V1 nomésserveix per a comprovar que el canvi es produeix)

2.1.2.4 Esquema a utilitzar en la posta en marxar estrella triangle

2.1.2.5 Aparells a utilitzar en la posta en marxa kusa

Aquest mètode de posta en marxa només s’esmena a mode de curiositat, ja queno es molt utilitzat

Aparells de mesura:


3 Voltímetres

Dispositius:



V= 240 V f=50 Hz δ=0º

Contactor (G1)




Frequency = 0 Hz nº of points = 2 Switching Points = 1 2 s

Contactor (G2)




Frequency = 0 Hz nº of points = 2 Switching Points = 0 1 s



Pagina 18 de 98

Fig 2.3: Esquema en la posta en marxa kusa d’un motor d’inducció alimentat ambuna font de tensió senoidal i accionant una càrrega mecànica genèrica, havent-hitambé sensors de intensitat, parell i velocitat. (el voltímetre V1 només serveix per acomprovar que el canvi es produeix)

Resistència

Elements->Power->RLC_Branches->r

Resistance=2 Ω







Gain=1

Sensor de parell:


Gain=1

Càrrega mecànica (Γres = Tc +K1·|ωm|+K2·|ωm|2 + K3·|ωm|3) (1.1)


Tc=0 N·m K1=0.2 K2=0 K3=0Jres=0.1 Kg·m2


TS=0.0005s TT=2 PT=0s PS=1

2.1.2.6 Esquema a utilitzar en la posta en marxa kusa



Pagina 19 de 98


2.1.3.1 Posta en marxa a tensió reduïda al estator

Es recomana guardar tots els circuits que feu perquè en el apartat de qüestions seus demanaran preguntes relacionades amb els diferents tipus de la posta en marxaa lavegada.

Per a complementar el arranc amb resistències estatòriques heu de muntar elcircuit amb aquests valors canviants.

Contactor (G1): Switching Points = 0 1.2 s

Contactor (G2): Switching Points = 1.2 2 s

Resistència: 1 Ω

S’han de trobar diferents variables per als circuits de resistències estatòriques i enla posta en marxa estrella triangle

- Imax (intensitat màxima de pic en el instant en que el motor deixa el seu estat derepòs, pot ser positiva o negativa, i pot estar en qualsevol de les tres fases)

- Irp (intensitat a regim permanent, es pot agafar la de la fase a)

- nrp(velocitat a regim permanent)

- Γmotor (parell que dona el motor en regim permanent)

- Γresistent (parell resistent en regim permanent)

- Γmotor max (parell de pic que dona el motor al arranc, instant en que el motor deixael seu estat de repòs)

- Γresistent max (parell resistent màxim que ofereix la carrega mecànica al arranc)

- T (temps que tarda a assolir la nn més o menys a ull)

- S (lliscament quan el motor arriba a una velocitat de regim permanent en %)

100·sin__

___1

−=

cronismedevelocitat

permanentregimavelocitatS (2.1)

2.1.3.2 Posta en marxa kusa

S’han de trobar les variables: Imax, Irp, nrp, Γmotor , Γresistent , Γmotor max, Γresistent max,nrp, T, S

2.1.3.3 Qüestions

Per a resoldre les preguntes posteriors heu de realitzar les gràfiques de intensitatvelocitat i parell motor en la posta en marxa conjuntament (opció merge, si teniu algundubte podeu consultar el manual del PSIM), també us podeu basar en els resultatsanteriors de les pràctiques.

a) En el mètode estrella - triangle quina és la reducció de la intensitat? I el parell?Es corresponen aquestos valors amb el que s’ha explicat a la teoria?

b) Explica els avantatges i desavantatges de la posta en marxa estrella-triangle i elde resistències estatòriques.

c) Quin mètode trobeu millor per a reduir el parell, el mètode de les resistènciesrotòriques o el mètode kusa, raona la teva resposta.



Pagina 20de 98

2.2 INFORME DE POSTA EN MARXA DIRECTA DE UN MOTORD’INDUCCIÓ

2.2.1 Introducció

Com s’ha pogut veure en la pràctica anterior els motors d'inducció trifàsics tenenuna gran intensitat de posta en marxa, això és un problema per a les línies elèctriques, jaque provoquen un gran consum d’electricitat en molt poc temps. Si no controlem aquestfenomen podríem des de sobrecarregar la línia elèctrica fins a provocar una paradaperquè els dispositius de seguretat saltarien, o més greu encara fer parar al les centralsproductores d’electricitat. Per tal que això no succeeixi mai, existeixen unes normes queens limiten la intensitat màxima i les podem trobar al reglament de baixa tensió.

La normativa ens limita la intensitat de la posta en marxa segons la següentformula:

Imax=In·K (2.4)

Formula 2.4:

Imax= intensitat màxima permesa pelreglament, en A

In= intensitat nominal, en A

K= constant que indica la màximaproporcionalitat entre la intensitat decorrent de posta en marxa i la intensitat deplena càrrega(Taula 2.1), sense unitat.

D’altra banda tenim que la formula per al parell (per l'esquema de règimpermanent) és:

2

2

2

'·

·

'·3

XccSn

RrRs

Usf

Sn

Rr

s +

+

=Γω

(1.2)

Formula 1.2:

Γ=parell (N·m)



Sn= lliscament




Taula de les potències de posta en marxa màximesextreta del RBT (MIE BT 034) (Taula 2.1)

Motors de corrent AlternaPotencia Nominal del

MotorConstant de màximaproporcionalitat entre laintensitat de la corrent deposta en marxa i de la deplena càrrega (K)

De 0.75 a 1.5 kW 4.5De 1.5 a 5.0 kW 3.0

De 5.0 a 15.0 kW 2.0De més de 15.0 kW 1.5



Pagina 21de 98

Tenint en compte que al moment de la posta en marxa del lliscament és 1 i elsaltres valors no es modifiquem els podem considerar constants quedant-nos només latensió com a variable, ho podríem veure com es mostra a la formula 2.2 de tal maneraque si baixem la tensió no ens afecta proporcionalment al parell de posta en marxa sinóal quadrat; és a dir, per exemple si baixem la tensió 3 vegades el parell seria 9 (32=9)vegades inferior (aquests valors són aproximats donat que es pren de referèncial'esquema en règim permanent, que no és el més adient per l'estudi de la màquina en laposta en marxa).

k

2

2

2

'·

·

'·3

XccSn

RrRs

Usf

Sn

Rr

s +

+

=Γω

2kUsf=Γ (2.5)

Formula 2.2:

U= tensió, en V

Γa= parell de posta en marxa, en N·m

k= constant que inclou totes les altres variables del motor

Aquest fet es delicat en sistemes en els que el parell resistent a velocitat zerosigui elevat, ja que es pot donar el cas de que el motor no doni el suficient parell inicialper fer girar el sistema. En aquest cas el motor podria consumir un corrent molt elevat isi les proteccions s’activarien.

Cal remarcar que en la posta en marxa en estrella – triangle només es pot fer si elmotor funciona en triangle, i que es produeix una interrupció breu en l'alimentació delmotor per tal de no provocar un curt circuit.

2.2.2 Posta en marxa a tensió reduïda del estator

Desprès de fer la simulació de la posta en marxa amb resistències estatòriqes de0.5Ω


AImax 165.721 A


2

20.52 =14.5A



Γmotor 30.62 N.m




Γmotor max 155 N.m


la posta en marxa


Temps que tarda a assolir la nn T 0.9 slliscament S

=

− 100·

150022.1462

1 2.51%



Pagina 22de 98

simulació de la posta en marxa amb resistències estatòriqes de 1ΩParàmetre Abreviació Resultat Unitat

intensitat màxima de pic, faseA

Imax 119.685 A


2

20.52=14.5

A



Γmotor 30.62 N.m






la posta en marxa


Temps que tarda a assolir la nn T 1.55 sLliscament S

=

− 100·1500

22.14621 2.51%

simulació de la posta en marxa estrella triangle.Paràmetre Abreviació Resultat Unitat


Imax 150.85 A


2

11.07=7.82

A



Γmotor 30.62 N.m






la posta en marxa


Temps que tarda a assolir la nn T 1.40 sLliscament S

=

− 100·1500

22.14621 2.51%

2.2.3 Posta en marxa kusaParàmetre Abreviació Resultat Unitat


Imax 248.43 A


2

11.07=7.82

A



Γmotor 30.62 N.m






la posta en marxa


temps que tarda a assolir la nn T 1.11 sLliscament S

=

− 100·1500

22.14621 2.51%



Pagina 23de 98

2.2.4 Qüestions

A continuació es mostraran les gràfiques comparatives de intensitat velocitat iparell de els tres arrancs conjuntament.

Fig. 2.4: Gràfica de les totes les intensitats (roig posta en marxa kusa, blau posta enmarxa estrella triangle, posta en marxa amb resistències rotoriques, verd 0,5Ω lila1Ω.) que els hi sortirà als alumnes.

Fig. 2.5: Gràfica de les tres velocitats (roig posta en marxa kusa, blau posta enmarxa estrella triangle, posta en marxa amb resistències rotoriques, verd 0,5Ω lila1Ω) que els hi sortirà als alumnes.

Fig. 2.6: Gràfica de les tres parells motor (roig posta en marxa kusa, blau posta enmarxa estrella triangle, posta en marxa amb resistències rotoriques, verd 0,5Ω lila1Ω) que els hi sortirà als alumnes.



Pagina 24de 98

a) En el mètode estrella - triangle quina es la reducció de la intensitat? I el parell?Es corresponen aquestos valors amb el que s’ha explicat a la teoria?

Segons la teoria que s’ha explicat a classe i basant-se en els esquemes de la uniódels bobinats (figura 2.7) les relacions son les següents:

La relació de les tensions e intensitats dels debanats en estrella o en triangle sonles següents:

3·fyly UU = (2.6)

fyly II = (2.7)

∆∆ = fl UU (2.8)

3·∆∆ = fl II (2.9)

D’aquestes fórmules podem extreure:

333·33·

·3·3·3 =⇒===== ∆∆

∆∆

ly

l

lyfy

fyf

fl I

III

Z

U

Z

UII (2.10)

El assaig ens dona

373125.185.150

16.261

max

max ≅==dir

est

I

I

La reducció de la intensitat es aproximadament 3 per tant no ho compleix.2kUsf=Γ

El assaig dona

395446.237.127

31.376

max

max ≅==ΓΓ

dir

est = ( )23

La reducció de parell es aproximadament 3

Si, es compleix.

Això podria ser degut a que no es fa un canvi en els debanats estrella triangle,sinó una reducció de 3 en la tensió

Fig. 2.6: Gràfica de tensions e intensitats pera connexions dels debanats en estrellao en triangle.



Pagina 25de 98

b) Explica els avantatges i desavantatges de la posta en marxa en estrella-trianglei el de resistències estatòriques de l’un respecte de l’altre.

Posta en marxa estrella triangle Posta en marxa amb resistències estatòriquesAvantatges Inconvenients Avantatges Inconvenients

No necessitem tantselements

Només pot funcionar quanel motor treballa amb

triangle

Pot funcionar ambqualsevol motor

Necessitem més elements

No tenim cap pèrdua perles resistències

Estem limitats a unareducció d’intensitat de

3 i parell del 3

Podem jugar amb lareducció

Tenim unes pèrdues depotencia per les resistències

c) Quin mètode trobeu millor per a reduir el parell, el mètode de les resistènciesrotòriques o el mètode kusa. Raona la teva resposta.

El de les resistències estatòriques pareix ser més convenient, ja que tenim tantuna reducció de parell com de intensitat notables i a més a més no desequilibrem lesfases.



Pagina 26 de 98

3 PRÀCTICA - 3

3.1 MÈTODES DE FRENAT D’UN MOTOR D’INDUCCIÓ

3.1.1 OBJECTIU

En aquesta pràctica l’objectiu es veure diferents mètodes d’aturada del motord’inducció.


Un dels grans problemes que tenen els motors es que tarden una estona en aturar-se i això a vegades no es convenient. Hi ha pocs mètodes per aturar el motor

Mètodes de aturada d’un motor d’inducció:

a) Frenat a rotor lliure (figura 3.1)

b) Frenat a contra corrent (figura 3.2)

c) Frenat amb corrent contínua (figura 3.3)

S’han de realitza els circuits corresponents a cada esquema amb el PSIM, per arealitzar-los podeu ajudar-vos del manual d’instruccions del PSIM per a trobar elsdiferents elements del circuit.

3.1.2.1 Aparells a utilitzar en el frenat a rotor lliure

Aparells de mesura:


3 Voltímetres

Dispositius:



V= 240 V f=50 Hz δ=0º

Contactor (G1)











Pagina 27 de 98

Fig 3.1: Esquema del frenat a rotor lliure d’un motor d’inducció alimentat amb unafont de tensió senoidal i accionant una càrrega mecànica genèrica, havent-hi tambésensors de intensitat, parell i velocitat.(el voltímetre V1 només serveix per acomprovar que el canvi es produeix)



Gain=1

Sensor de parell:


Gain=1



Tc=5.965 N·m K1=0 K2=0.0017 K3=0Jres=0.1 Kg·m2

Realment és molt estrany que un motor hagi de arrossegar una càrrega amb unacomponent resistiva constant, però en aquest cas s’ha agafat perquè model de motorelèctric que te el PSIM no inclou pèrdues mecàniques i això fa que el rotor no s’aturimai, per a evitar aquest succés li fiquem una component resistiva constant i fem que elrotor tendeixi a aturar-se, per tal de apropar el model d’anàlisi s’analitzen les diferenciesentre els diferents tipus de frenat.


TS=0.001s TT=6 PT=0s PS=1

3.1.2.2 Esquema a utilitzar en el en el frenat a rotor lliure

3.1.2.3 Aparells a utilitzar el frenat a contracorrent

El frenat a contracorrent s’aconsegueix permutant dues fases, tal i com es veu enla figura 3.2. Això provoca que aquest tipus de frenat sigui molt fort i malmet el aï llantdel bobinat, per aquest motiu sols es recomana en casos d’emergència o en motors derotor bobinat.

Si mantenim l’alimentació del motor desprès de arribar a la velocitat nula elmotor es ficarà a girar en sentit contrari.



Pagina 28 de 98

Fig 3.2: Esquema del frenat a contracorrent d’un motor d’inducció alimentat ambuna font de tensió senoidal i accionant una càrrega mecànica genèrica, havent-hitambé sensors de intensitat, parell i velocitat. (el voltímetre V1 només serveix per acomprovar que el canvi es produeix)

Contactor (G1)





Contactor (G2)




Frequency = 0 Hz nº of points = 2 Switching Points = 1.11 1.58 s

3.1.2.4 Esquema a utilitzar en el frenat a contracorrent

3.1.2.5 Aparells a utilitzar en el frenat amb corrent continua

Un mètode prou bo per al frenat de un motor es el d’injectar corrent continua alestator, això fa que la velocitat del camp sigui 0 i el motor s’oposa al moviment

Contactor (G1)







Pagina 29 de 98

Fig 3.3: Esquema del frenat amb corrent continua d’un motor d’inducció alimentatamb una font de tensió senoidal i accionant una càrrega mecànica genèrica, havent-hitambé sensors de intensitat, parell i velocitat. (el voltímetre V1 només serveix per acomprovar que el canvi es produeix)

Contactor (G2)



Elements->Power->Switches-> GATING

Frequency = 0 Hz nº of points = 2 Switching Points = 1.11 2.8 s

Font de tensió continua

Elements->Sources->Voltage->VDC

Amplitude=25V

3.1.2.6 Esquema a utilitzar en el frenat amb corrent continua


3.1.3.1 Frenat a rotor lliure

Es recomana guardar tots els circuits que feu perquè en el apartat de qüestions seus demanaran preguntes relacionades amb els diferents tipus de frenat a la vegada.

Com s’ha esmentat anteriorment una càrrega amb una component constant es unacosa molt estranya, però es pot ajustar a força a la realitat si canviem els valors de lacàrrega.

Troba quan tarda el motor a aturar-se.

3.1.3.2 Frenat a contracorrent

S’han de trobar les següents variables:

- T= temps que tarda en frenar el motor d’inducció

- Imax=(intensitat màxima de pic en l’instant en que el motor deixa el seu estat derepòs, pot ser positiva o negativa, i pot estar en qualsevol de les tres fases)



Pagina 30 de 98

- Iarranc-= intensitat eficaç del motor al durant la posta en marxa, entre 0 i 0.5 s

- Icontracorrent= intensitat eficaç del motor al durant el frenat, entre 1.11 i 1.58 s

- Γmotor max(parell de pic que dóna el motor en la posta en marxa, instant en que elmotor deixa el seu estat de repòs)

- Γresistent max(parell resistent màxim que ofereix la càrrega mecànica a la posta enmarxa)

- Γ’motor max(parell de pic que dona el motor al frenat, instant en que el motor deixael seu estat de repòs)

- Γ’resistent max(parell resistent màxim que ofereix la carrega mecànica al frenat)

Repetiu les operacions amb una font de corrent continua de 15 V, per a trobartemps d’aturada canvieu els valors de TT i PT dels paràmetres de simulació, i si s’escauel del contactor G2

3.1.3.3 Frenat a corrent continua

S’han de trobar les següents variables:

- T= temps que tarda en frenar el motor d’inducció

- Imax=(intensitat màxima de pic en el instant en que el motor deixa el seu estat derepòs, pot ser positiva o negativa, i pot estar en qualsevol de les tres fases)

- Iarranc-= intensitat eficaç del motor durant la posta en marxa, entre 0 i 0.5 s

- Icontracorrent= intensitat eficaç del motor durant el frenat 1.11 i 2.8 s

- Γmotor max(parell de pic que dóna el motor en la posta en marxa, instant en que elmotor deixa el seu estat de repòs)

- Γresistent max(parell resistent màxim que ofereix la càrrega mecànica en la posta enmarxa)


- Γ’resistent max(parell resistent màxim que ofereix la carrega mecànica al frenat)

3.1.3.3 Qüestions

Per a resoldre les preguntes posteriors heu de realitzar les gràfiques d’intensitatvelocitat i parell motor dels arrancs conjuntament (opció merge, si teniu algun dubtepodeu consultar el manual del PSIM), també us podeu basar en els resultats anteriors deles pràctiques.

Explica els avantatges i desavantatges que es veuen en els tres tipus de frenat.



Pagina 31de 98

3.2 INFORME DE MÈTODES DE FRENAT D’UN MOTOR D’INDUCCIÓ

3.2.1 Introducció

Per a segons quins treballs els motors elèctrics han de parar.

Els principals mètodes per aturar un motor d’inducció són el de frenat acontracorrent, i el frenat amb corrent continua, una altra forma de aturar el motor seriadeixant el rotor lliure, però això ja no seria ben be un mètode de frenat.

El frenat a contracorrent presenta una oposició al gir més forta que els altres tres,si ens basem en la formula del parell podem veure clarament que el parell és negatiu, jaque la tensió és negativa.

2

2

2

'·

·

'·3

XccSn

RrRs

Usf

Sn

Rr

s +

+

=Γω

= - (1.2)

L’altre mètode de frenat es fa aplicant corrent continua a dos de les tres fases delmotor, el fet d’aplicar una corrent continua fa que no hi hagi un camp giratori sinó benbe al contrari, que el motor tendeixi a aturar-se, ja que la freqüència és 0, a resultesd’això la velocitat del camp també és 0

2

0·60

p

60·f n sinc == =0 (1.4)

3.2.2 Frenat a rotor lliure

temps de aturada = 5.86-1.11=4.75 segons, T=4.75 s

El motor d’inducció tarda 4.75 segons a aturar-se

3.2.3 Frenat a contracorrentParàmetre Abreviació Resultat Unitat

Temps que tarda el motor aaturar-se

T 1.63-1.11 = 0.52 s

intensitat màxima de pic, faseC

Imax 372.11 A

intensitat eficaç durant en laposta en marxa, fase A

Iarranc 118.48 Min-1

intensitat eficaç durant elfrenat, fase A

Icontracorrent 167.58 N.m




la posta en marxa


parell de pic que dona el motoral frenat

Γ’motor max 430.44 N.m

parell resistent màxim queofereix la carrega mecànica al

frenat

Γ’resistent max 75.33 N.m

-

+



Pagina 32de 98

3.2.3 Frenat amb corrent continua

Amb una font de tensió de 25 V.Paràmetre Abreviació Resultat Unitat


T 2.54-1.11 = 1.43 s

intensitat màxima de pic, faseC

Imax 372.11 A

intensitat eficaç en el instant enla posta en marxa, fase A


intensitat eficaç en el instantdel frenat, fase A





la posta en marxa





frenat


Amb una font de tensió de 15 V.Paràmetre Abreviació Resultat Unitat


T 3.20-1.11 = 2.89 s


Imax 260.99 A

intensitat eficaç en el instant enla posta en marxa, fase A


intensitat eficaç en el instantdel frenat, fase A





la posta en marxa





frenat




Pagina 33de 98

3.2.4 Conclusions generals

A continuació es mostraran les gràfiques comparatives de intensitat velocitat iparell de els tres frenats conjuntament.

Fig. 3.4: Gràfica de les totes les intensitats (roig frenat amb corrent continua de 15V, blau frenat a contracorrent, verd frenat a rotor lliure, violeta frenat amb correntcontinua de 25 V) que els hi sortirà als alumnes.

Fig. 3.5: Gràfica de les tres velocitats (roig frenat amb corrent continua de 15 V,blau frenat a contracorrent, verd frenat a rotor lliure, violeta frenat amb correntcontinua de 25 V) que els hi sortirà als alumnes.

Fig. 3.6: Gràfica de les tres parells motor (roig frenat amb corrent continua de 15 V,blau frenat a contracorrent, verd frenat a rotor lliure, violeta frenat amb correntcontinua de 25 V) que els hi sortirà als alumnes.



Pagina 34de 98

Avantatges i desavantatges que es veuen en els tres tipus de frenat.

Frenat a rotor Lliure

Avantatges

no aporta cap cost addicional a la màquina

no malmet els aï llants del bobinat del motor

Desavantatges

no es controla el temps de aturada

Frenat a contracorrent

Avantatges

para la maquina ràpidament

es relativament barat

Desavantatges

malmet els aï llants del bobinat del motor

Frenat amb corrent continua

Avantatges

es pot regular el temps de aturada del motor

Desavantatges

aporta un cost addicional a la màquina



Pagina 35 de 98

4 PRÀCTICA - 4

4.1 DIFERÈNCIA ENTRE L’ANÀLISI D’UN MOTOR ASÍNCRONMITJANÇANT EL MÈTODE TRADICIONAL I EL PSIM

4.1.1 OBJECTIU

L’objectiu d’aquesta pràctica es el de veure quines diferències hi ha entre elmètode tradicional i gràfic del diagrama del cercle l’obtenció del mateix mitjançant elPSIM. Aquesta pràctica no pretén demostrar que el PSIM és un mètode d’anàlisi millor,sinó que és un mètode d’assaig teòric en que és pretén simular el comportament d’unmotor abans de la seva fabricació o si més no el seu comportament amb diferentssituacions d’una manera simple i didàctica.

També servirà per a recordar com es realitza el diagrama del cercle.


El diagrama del cercle es construeix a partir de dos assaigs:

Assaig en curtcircuit

Assaig en buit

Primer es realitzaran aquests dos assaigs i els compararem amb un altre assaig acurtcircuit a tensió nominal per tal de comparar-lo, aquest valor serà la intensitat decurtcircuit que agafarem per realitzar el diagrama del cercle.

4.1.2.1 Assaig en curtcircuit.

En aquest assaig heu d’anar canviant la tensió de font trifàsica fins arribar a laintensitat de nominal, per tal de determinar l’intensitat de curtcircuit del diagrama delcercle.



V= 35.8 V f=50 Hz δ=0º





Velocitat mecànica constant

Elements->power->Motor Drive->MLOAD_P

CS=0 min-1 Jres=0 Kg·m2





Pagina 36 de 98

Fig 4.1: Esquema de l’assaig a curtcirtcuit d’un motor d’inducció alimentat amb unafont de tensió senoidal i frenat per una càrrega que fixa la velocitat, havent-hi tambésensors d’intensitat i velocitat.(el sensor de velocitat n només serveix per comprovarque el rotor no es mou)

4.1.2.2 Esquema a utilitzar en el assaig a curtcircuit

4.1.2.3 Aparells a utilitzar per a prendre mesures del motor en buit i a règimnominal

El esquema a utilitzar en els assaigs en buit i el funcionament a règim nominal esel mateix, només canvia que el motor no suporta cap càrrega mecànica.

La tensió és de 240 V per a tots dos assaigs

a) paràmetres dels elements en buit

Càrrega mecànica ( Γres = Tc +K1·|ωm|+K2·|ωm|2 + K3·|ωm|3)

Tc=0 N·m K1=0 K2=0 K3=0Jres=0.1 Kg·m2



b) paràmetres dels elements a regim permanent

Càrrega mecànica ( Γres = Tc +K1·|ωm|+K2·|ωm|2 + K3·|ωm|3)

Tc= 54.785 N·m K1=0 K2=0 K3=0Jres=0.1 Kg·m2





Pagina 37 de 98

Fig 4.2: Esquema per a agafar mesures del motor en buit o a regim nominal d’unmotor d’inducció alimentat amb una font de tensió senoidal amb una càrregamecànica, havent-hi també sensors de intensitat i velocitat, i parell.

4.1.2.4 Esquema a utilitzar per agafar mesures del motor en buit o a règimnominal


4.1.3.1 Diagrama del cercle

a) L’assaig en curtcircuit ja s’ha fet a tensió de curtcircuit, s’han de trobar elsaltres valors representatius per a la construcció del diagrama del cercle.

Vcc= tensió de curtcircuit (és la tensió que amb el rotor bloquejat s’arriba aintensitat nominal ) (V)

Icc= intensitat de curtcircuit , en el nostre cas és la mateixa que la nominal (A)

Pcc= potencia de curtcircuit (W)

Cosϕcc= factor de potencia de curtcircuit, IV

P

··3cos =ϕ (4.1)

formula 4.1

Cosϕ = factor de potència

P = potencia activa (W)

V = tensió (V)

I = intensitat (A)

Amb aquestes dades heu de trobar Icc nominal, amb la que realitzareu eldiagrama del cercle.

cc

cc

rp

rpcc IU

UI ·, = (4.2)

formula 4.2

Icc,rp = intensitat de curtcircuit a règim permanent

Urp = tensió a règim permanent (W)

Ucc = tensió de curt circuit(V)

Icc = intensitat de curtcircuit (A)



Pagina 38 de 98

Ja que amb el PSIM podem simular el curtcircuit agafeu aquesta dada per tal decomparar-la amb la intensitat de curtcircuit deduï da en el apartat anterior.

b) realitzeu l’assaig en buit i trobeu les variables

I0= intensitat en buit es la intensitat que el motor consumeix quan funciona sensecàrrega (A)

P0= potencia que consumeix el motor en buit (W)

Cosϕ0= factor de potencia quan el motor funciona en buit

c)- desenvolupeu el diagrama del cercle i trobeu els valors de

- S= lliscament en regim permanent.

- nrp = RPM velocitat en regim permanent, (min-1)

- ηrp = rendiment del motor a regim permanent

- cosϕrp = factor de potencia a regim permanent

- ηmax = rendiment màxim del motor.

- cosϕmax = factor de potencia a màxim

- Pu = potència útil a règim permanent (W)

- Prp = potència activa a règim permanent absorbida (W)

- Srp = potència aparent a règim permanent absorbida (VA)

- Qrp = potència reactiva a règim permanent absorbida (VAr)

- Pfixes = pèrdues fixes Pfe + Pme (W) a règim permanent

- Pj2rp = pèrdues del coure al rotor a règim permanent (W)

- Pj1rp = pèrdues del coure al estator a règim permanent

- Γrp = parell útil nominal

- Γa = parell útil de posta en marxa

- Γmax = parell útil nominal

- Relació entre parell màxim i el nominal rpΓ

Γmax

- Grau de estabilitat (relació entre parell màxim i el nominal) rp

a

ΓΓ

4.1.3.2 Obtenció de mesures a règim nominal

Obtén les mesures més representatives del motor, per tal de comparar-les amb

- S = lliscament en règim permanent.

- nrp = RPM velocitat en règim permanent, (min-1)

- cosϕrp = factor de potencia a règim permanent

- Pu = potència útil a règim permanent (W)



Pagina 39 de 98

- Prp = potència activa a règim permanent absorbida (W)

- Srp = potència aparent a règim permanent absorbida (VA)

- Qrp = potència reactiva a règim permanent absorbida (VAr)

- Γrp = parell útil a règim permanent

- Γa = parell útil de posta en marxa

- Γmax = parell útil màxim

4.1.3.3 Qüestions

a)Analitza les diferències que hi ha entre l’anàlisi amb el diagrama del cercle i elPSIM

b) Explica les conclusions que extreus d’aquest anàlisi.



Pagina 40de 98

4.2 INFORME SOBRE DIFERÈNCIA ENTRE L’ANÀLISI D’UN MOTORASÍNCRON MITJANÇANT EL MÈTODE TRADICIONAL I EL PSIM

4.2.1 Introducció

Abans, quan no hi havien ordinadors per realitzar càlculs d’integració i derivaciónumèrica no era pràctic realitzar càlculs en règim dinàmic, per aquesta raó es realitzavamitjançant mètodes analítics o gràfics, és el cas del diagrama del cercle.

4.2.2 Assaig en curtcircuit

De l’assaig en curtcircuit obtenim les següents dadesParàmetre Abreviació Resultat Unitat

Tensió de curtcircuit Vcc 35.8 VIntensitat de curtcircuit, en el

nostre cas la nominalIcc

674.232

48.33=

A

Potència de curtcircuit Pcc 821 WFactor de potencia Cosϕcc 0.559

Intensitat de curtcircuit deduïdacc

cc

rp

rpcc IU

UI ·, =

158.7 A

Intensitat de curtcircuit Icc67.158

2

4.224=

A

4.2.3 Assaig en buitParàmetre Abreviació Resultat Unitat

Intensitat en buit I082.7

2

07.11=

A

Potència en buit P0 36.7 WFactor de potencia Cosϕcc 0.0113

4.2.4 Construcció del diagrama del cercle

Determinació de les escales:

El dibuix al estar realitzat amb autocad i desprès inserit en un procesador de textno manté les seves propietats d’escala. També cal destacar que els valors en que s’haconstruï t el diagrama del cercle són tots per fase.

1) primer es busca quines seran les escales

Intensitats 1mm. = 1 A

Potències 1mm. = 3 ·V·I = · 3 ·240·1= 415.7 W

2) és marca un eix de coordenades d’on sortiran totes les intensitats.



Pagina 41de 98

3) és traça la intensitat en buit i la de curtcircuit amb el seu angle corresponentI0f ϕ0 Iccf ϕcc

Real 7.82 89.35 158.7 56.01Diagrama(mm) 7.82 158.7

4) és busca el centre de la circumferència.

- unir Po amb Pcc i realitzar una mediatriu.

- fer una vertical des de Po fins el punt Pcc i traçar una mediatriu de la mateixafins que creui amb l’altra mediatriu i allí estarà el centre.

- realitzar la circumferència.

5) posar Pj1cc (pèrdues per efecte Joule a l’estator) per trobar la línia del par itambé per trobar la P∞, que ens servirà per a trobar el lliscamen:

.975.17.415

821

7.415Pj1cc mm

tcurtcircuipotenciade===

Fig. 4.3: Gràfica del diagrama del cercle on es troba el centre de la circumferència iels punts pcc i p0



Pagina 42de 98

1) fer una paral·lela a la recta P∞

2) allargar la recta Pcc fins a trobar-se amb aquesta.

3) fes una circumferència des de el centre del eix de coordenades per a trobar In

4) fer una perpendicular des de I0 per a trobar ja unint dues interseccions la rectaMN i des de la P0 una altra que passi per la S obtenint el punt R

5) el lliscament és MNMR

Resultats:

El lliscament a In : %23.60623.053.152

5.9====

MN

MRS

Rpm a In :

15002

50*60*60

57.1406)0623.01·(1500)1(*

1

1

1

1

===

=−=−= −

P

fn

rpmSnn

Fig. 4.4: Gràfica del diagrama del cercle on es veuen les pèrdues per efecte joule delestator i el lliscament



Pagina 43de 98

Per trobar el rendiment:

1) allargar la recta P0 –Pcc fins que arribi a les del eix x amb el objectiu de feruna perpendicular.

2) desprès es fa una recta paral·lela al eix x.

3) després hi ha dos punts d’interès, el de la intensitat nominal, que trobarà el parnominal i el de la recta tangent a la circumferència que marca el rendiment màxim

4) per trobar els rendiments s’allarguen els segments fins trobar-se amb laparal·lela del eix x

Mesures

Rendiment a In %18.93100·9318.0100·46.170

85.158===

nIη

Factor de potencia a In 9113.067.23

57.21==

−−

=BO

AOCos Inϕ

Rendiment màxim %34.98100·9834.0100·46.170

63.167max ===η

Factor de potencia màxima 9317.068.38

04.36max ==

−−

=DO

COCosϕ

Potencia útil nominal Pn = 15mm · 415.7 = 6235.5 W = 6.2 Kw = 8.46 cv

Fig. 4.5: Gràfica del diagrama del cercle on es veuen els rendiments i els cosinus



Pagina 44de 98

Mesures:

Potencia activa nominal absorbida: P = 21.57 mm · 415.7 = 8966.65 W = 8.9KW

Potencia aparent nominal absorbida S = 23.67 mm · 415.7 = 9839 VA = 9.8KVA

Potencia reactiva absorbida Q = 9.7482 mm · 415.7 = 4052.32VAr = 4KVAr

Pèrdues fixes Pfixes = Pfe + Pme = 0.0887 mm · 415.7 = 36.87 W

Pèrdues del coure al rotor (In) Pj2 (In)= 6.42 mm · 415.7 = 2668.8 W

Pèrdues del coure a l’estàtor (In) P j1 (In) = 0.014 mm · 415.7 = 5.82 W

Fig. 4.6: Gràfica del diagrama del cercle on es veuen totes les potències d’un motorassincron.



Pagina 45de 98

Per a els parells:

Per obtenir els parells principals del motor realitzem una mediatriu de la rectapar=0, la que marca el punt P∞, i on talla amb el cercle vertical als punts d’interès, ladiferència serà el par.

Mesures:

Par útil nominal: Γn = 21.57 mm · 415.7 = 8966.65 W síncrons

Par útil de posta en marxa: Γa = 86.74 mm · 415.7 = 36057 W síncrons

Par útil màxim: Γmax = 92.99 mm · 415.7 = 38656 W síncrons

Relació entre par màxim i el nominal 02.465.8966

36057max ==Γ

Γ

n

Relació entre par de posta en marxa i nominal

Grau de estabilitat: 933.038656

36057==

ΓΓ

n

a

cronsWnn

NmmKg sin1

1 *01.160

21.91 =→

π

Fig. 4.7: Gràfica del diagrama del cercle on es veuen els parells d’un motorassincron.



Pagina 46de 98

4.2.5 Obtenció de dades a règim permanentParàmetre Abreviació Resultat Unitat

lliscament en regim permanent S 4.3%RPM velocitat en regim

permanent, (min-1)nrp 1435.43 Min-1

factor de potencia a règimpermanent

Cosϕrp 0.9184

potència activa a règimpermanent absorbida

Prp 9017.28 W

potència aparent a règimpermanent absorbida

Srp 9817.55 VA

potència reactiva a règimpermanent absorbida

Qrp 3882.4 Var

parell útil a règim permanent Γrp 54.783 N·mparell útil màxim Γmax 378.5 N·m


a)Analitza les diferències que hi trobem entre l’anàlisi amb el diagrama del cerclei el PSIM

El mètode tradicional o diagrama del cercle és un mètode que s’utilitza tenint encompte les pèrdues d’energia per efecte joule i mecàniques, això fa que el lliscamentdoni un pèl superior, d’altra banda trobem que molts valors, com ara el triangle depotències consumides i el cosinus, el manté. No succeeix el mateix amb els parells,propietat que depèn directament (per construir el cercle) de les pèrdues per a trobar elseu valor.

b) Explica les conclusions que en treus d’aquest anàlisi.

El PSIM al no considerar les pèrdues mecàniques, ni les pèrdues per efecte jouledel debanat no seria un programa per a la creació de motors; però si que ens dóna unaidea molt aproximada de com funcionarà el motor, per aquesta raó és útil per a ladocència.

Podem veure amb més detall el diagrama del cercle al apartat de annexes.



Pagina 47 de 98

5 PRÀCTICA - 5

5.1 FUNCIONAMENT DELS INVERSORS EN FONT DE TENSIÓ (VSI)AMB UNA CÀRREGA R-L

5.1.1 OBJECTIU

L’objectiu de la pràctica és el d’entendre el funcionament dels inversors d’onaquadrada i PWM, realitzar els esquemes equivalents amb el PSIM i analitzar elsresultats de forma que es pugui analitzar com converteixen els inversors la correntcontínua en alterna.


5.1.2.1 Aparells a utilitzar en el inversor VSI amb dos i tres interruptorstancats simultàniament.

Aparells de mesura:

3 Voltímetres

3 Amperímetres

Dispositius:

Font de tensió continua:

V= 5 V

Contactors:

a) amb 2 interruptors tancats simultàniament

Els interruptors de l’esquema de la Fig. 5.1. han de commutar a una freqüènciadeterminada i en un ordre que permet obtenir a la sortida una alimentació trifàsicasimètrica.

El primer exemple és el de 2 interruptors tancats simultàniament, a la taula esmostra la cadència de la commutació.

F= 50 Hz.

Els angles de tall els determinarem segons aquesta taula, que és la que corresponal VSI de 2 interruptors tancats simultàniament

6 1 2 3 4 5 6 11 2 3 4 5 6 1 2

0º 60º 120º 180º 240º 300º 360º

La taula indica quan estan tancats els contactors; per exemple el contactor 1 estàtancat entre 0 i 60 graus i entre 300 i 360

b) amb 3 interruptors tancats simultàniament

F= 50 Hz.



Pagina 48 de 98

Fig 5.1: Esquema del inversor VSI amb 2 i 3 interruptors tancats simultàniament,

Els angles es determinaran segons aquesta taula, que és la que correspon al VSIde 3 interruptors tancats simultàniament

1 2 3 4 5 6 1 22 3 4 5 6 1 2 33 4 5 6 1 2 3 4

0º 60º 120º 180º 240º 300º 360º

La taula indica quan estan tancats els contactors, per exemple el contactor 1 estàtancat entre 180 i 360 graus.

5.1.2.2 Esquema a utilitzar en el inversor VSI amb dos i tres interruptorstancats simultàniament

5.1.2.3 Aparells a utilitzar l’ inversor VSI-PWM

L’inversor VSI-PWM funciona d’una manera diferent, és un mètode més adientper realitzar la conversió a corrent alterna, ho realitza fent la suma d’una ona modulant(senoidal) més una de portadora (triangular).

Índex de modulació: relaciona la tensió pic a pic de la ona modulant amb

p

m

V

VM = (5.1)

Fòrmula 5.1

M= índex de modulació

Vm= tensió de pic a pic de la ona modulant (V)

Vp= tensió de pic de l’ona modulant (V)

Ratio de freqüència: el ràtio de freqüència és la relació entre la freqüència de laona portadora i la modulant. Per tal d’eliminar els harmònics parells i múltiples de tresnomés el ratio de freqüència (Formula 5.2) ha de ser senar i no ha de ser múltiple detres.



Pagina 49 de 98

Fig 5.3: Esquema del Inversor VSI-PWM

Fig 5.2: Esquema del circuit per a generar una ona PWM per comparació d’una onasenoidal amb una de triangular.

m

p

f

fIf = (5.2)

Formula 5.2

If: ratio de freqüència

Fp: freqüència de la ona modulant (Hz)

Fm: freqüència de la ona portadora (Hz)

5.1.2.4 Esquema del inversor VSI-PWM



Pagina 50 de 98


5.1.3.1 Inversor VSI amb dos i tres interruptors tancats simultàniament

Per a les pràctiques de dos i tres interruptors tancats simultàniament s’han derealitzar les següents proves:

1) ficar a la càrrega 1 Ω i 0 H., a no ser que es necessiti modificar-los elsparàmetres de la simulació son:

TS=0.00005s TT=0.2s PT=0s PS=1

2) visualitza V1, V2 i V3 i comprova que estan desfasades 120º

3) analitza les intensitats, tensió de línia i tensió de fase, I1, V1 i V1-V2 i els seusharmònics, per analitzar els harmònics de cada corba recorda que s’han d’agafar unnombre sencer de períodes i pitja la opció FFT.

4) comprova que l’amplitud dels harmònics va disminuint a mesura queaugmenta l’ordre d’aquest, per a comprovar-ho agafa una amplitud de 1 Mhz.

5) repeteix els passos 2 3 i 4 amb una càrrega de 1 Ω i 0.01 H.

5.1.3.2 Inversor VSI-PWM

1) realitzar el circuit de la figura 5.2 i fica els següents paràmetres

Font de tensió senoidal

Vmax= 1 V f=50 Hz ϕ=18º DC offset = 0 V Tstart= 0 s


Vpp=2.4 V f=250 Hz. D=0.5 DC offset= -1.2 V Tstart = 0 s

Resistència

R= 1 Ω


TS=0.00002s TT=0.08s PT=0.02s PS=1

2) visualitza en una mateixa gràfica les tres tensions del sistema.

3) agafa un nombre sencer de períodes de l’ona de sortida i comproveu que elsharmònics més importants apareixen al voltant de la freqüència de l’ona portadora i elsseus múltiples. Cal fixar-se també en la gran magnitud que presenten els harmònicsrespecte la ona fonamental.

4) modifica els paràmetres adients en el cas de que l’ona portadora tingui unafreqüència de 450 Hz. (If=9). Cal que l’ona de sortida sigui perfectament simètrica(ϕ=9º).

5) comprova que en aquest cas els harmònics de l’ona de sortida apareixen alvoltant de la freqüència de l’ona portadora.



Pagina 51 de 98

6) realitza el circuit de la figura 5.3 i introdueix els valors a la càrrega 1 Ω i 0 H. iels següents paràmetres:

Font de tensió trifàsica

V= 0.8 V f=50 Hz ϕ=6º


Vpp=2.4 V f=750 Hz. D=0.5 DC offset= -1.2 V Tstart = 0 s

Resistència

R= 1 Ω

Fonts de tensió continua

V=5 V


TS=0.00002s TT=0.08s PT=0.02s PS=1

7) visualitza V1-V2, i V2-V3 i comprova que estan desfasades 120º

8) analitza els harmònics i de les intensitats, tensió de línia i tensió de fase, I1, V1i V1-V2, per analitzar els harmònics de cada corba recorda que s’han d’agafar unnombre sencer de períodes i polsar la opció FFT, aquest cop.

9) comprova que l’amplitud dels harmònics va minvant a mesura que augmental’ordre d’aquest, per a comprovar-ho agafa una amplitud de 1 Mhz.

10) repeteix els passos 7 8 i 9 amb una càrrega de 1 Ω i 0.01 H.



Pagina 52de 98

5.2 INFORME FUNCIONAMENT DELS INVERSORS AMB UNA CÀRREGAR-L

5.2.1 Introducció

En un principi si en les màquines elèctriques es necessitava una velocitat variableper fer un procés es realitzava mitjançant motors de corrent contínua. Però degut alsavenços que s’han produï t en l’electrònica aquest mètode de regular la velocitat s’haquedat obsolet.

Avui en dia quan volem una velocitat diferent per a un procés el que fem esacoblar un variador de freqüència a un motor d’inducció. Aquest aparell consta de tresparts principals (figura 5.4); el rectificador, que passa de corrent alterna a continua, elfiltre que rebaixa els harmònics sortints del rectificador, i el inversor o ondulador, quetransforma la continua en una senyal alterna en que nosaltres escollim la freqüència i latensió, a fi efecte de regular la velocitat.

De inversors en tenim dediferents tipus:

1) VSI d’ona quadrada

a) Amb 2 interruptorstancats simultàniament

b) Amb 3 interruptorstancats simultàniament

2) VSI PWM

3) CSI

VSI = voltage source inverter

PWM = power wide modulation

Si veiem la figura 5.5 podem observar l’esquema equivalent amb interruptors decada inversor per determinar quins són el angles de salt.

Fig 5.4: Representació esquemàtica d’un variador de freqüènciaalimentat per una tensió trifàsica i alimentant un motor de inducció

Fig 5.5: Representació esquemàtica d’un inversor per observar quins son elsangles de salt de cada rele per als diferents models d’inversor.



Pagina 53de 98

El problema amb els inversors són els harmònics o corrents paràsits que són lacausa de l’increment del consum de corrent elèctrica, be per que va en sentit contrari(ordre 5, 11, 17 ...) a la ona principal(50 Hz. normalment) o per l’efecte skin que puja laresistència del debanat(ordre 1, 7, 13, 19 ...).

a) VSI amb 2 interruptors tancats simultàniament

Aquest inversor funciona amb dos interruptors (electrònics) tancatssimultàniament, com veurem en la següent taula:

6 1 2 3 4 5 6 11 2 3 4 5 6 1 2

0º 60º 120º 180º 240º 300º 0º

b) VSI amb 3 interruptors tancats simultàniament

Aquest inversor funciona amb dos interruptors (electrònics) tancatssimultàniament, com veurem en la següent taula:

1 2 3 4 5 6 1 22 3 4 5 6 1 2 33 4 5 6 1 2 3 4

0º 60º 120º 180º 240º 300º 0º

c) VSI PWM

Aquest es un model d’inversor diferent, està fet per eliminar harmònics, i el seufuncionament es basa en tres senyals, la modulant i la portadora que se sumen i lamodulada, que es el resultat de la mescla com es veu en la figura 5.6

Si volem eliminar els harmònics parells i múltiples de tres només cal que el ratiode freqüència (Formula 5.2)sigui senar i no sigui múltiple de tres.

Tampoc és manté la proporcionalitat dels harmònics, i els harmònics amb unaamplitud més gran estan al voltant de la portadora; per exemple si el ratio de freqüènciaés 9, els harmònics més importants seran el 7 i el 11.

m

p

f

fIf = (5.2)

Formula 5.2

If: ratio de freqüència

Fp: freqüència de la ona modulant (Hz)

Fm: freqüència de la ona portadora (Hz)

Fig 5.6: Dalt: senyal portadora(triangular) i modulant(senoidal) superposades l’una aldamunt de l’altra. Baix: Senyal modulada, resultat de fer passar les dos per anteriors perun operacional.



Pagina 54de 98

5.2.2 VSI amb 2 interruptors tancats simultàniament

Per veure que estan desfasats 120º tenim que el temps en que comença cada onaés diferent.

El temps que tarda a realitzar-se un cicle es 02.050

1= segons, per tant el que

estiguin desfasats 120º significa que d’una ona a la següent triga

006666.002.0·360

120= segons.

Desfasament entre V1 i V2

Temps en que comença V2 menys temps que comença V1= 0.1 – 0.0044=0.0066segons

Desfasament entre V2i V3

Temps en que comença V3 menys temps que comença V2= 0.166 – 0.01=0.0066segons

Desfasament entre V3 i V1 del següent cicle

Temps en que comença V2 menys temps que comença V1= 0.232 –0.0166=0.0066

Fig 5.7: senyal de les tensions de fase per a comprovar que estan desfasades 120º



Pagina 55de 98

En l’anàlisi dels tres tipus d’ona és pot veure clarament que la tensió i laintensitat estan en fase, i respecte els harmònics tenim la següent figura

En la representació gràfica podem veure clarament on estan els harmònics, i comvan minvant a mesura que augmenta la freqüència.

Fig 5.9: representació dels harmònics en el PSIM amb una escala de 1Mhz

Fig 5.8: representació de la tensió de fase i de línia i la intensitat



Pagina 56de 98

Els harmònics per a les tres variables són dels següents ordres:

Fp

FiH = (5.3)

H= ordre del harmònic

Fi= freqüència del cicle

Fp= freqüència principal

Els ordres dels harmònics són: 5, 7, 11, 13, 17, 19.

Ara repetirem el mateix però afegint una càrrega inductiva de 10 mH.

En aquest cas veiem que el efecte de la bobina es el de fer la senyal mésquadrada, tot i que és manté el mateix desfasament.


Temps en que comença V2 menys el temps que comença V1= 0.1 –0.0044=0.0066 segons


Temps en que comença V3 menys el temps que comença V2= 0.166 –0.01=0.0066 segons


Temps en que comença V2 menys el temps que comença V1= 0.232 –0.0166=0.0066




Pagina 57de 98

En aquesta altra gràfica observem que hi ha un desfasament entre tensió iintensitat, que és aproximadament de 72.34º o be 0.004 segons que vindria a ser elmateix, aquesta xifra la podem comparar amb la teòrica

=

R

Lartg

ϖϕ (5.4)

ϕ = desfasament (º)

ϖ = velocitat angular

L = inductància (H)

R = resistència (Ω)

3432.721

01.0·50·14159.3·2=

= artgϕ




Pagina 58de 98

En aquesta gràfica podem veure com han canviat els harmònics, només per afegiruna càrrega inductiva trobem que els harmònics han canviat. Fins i tot han desaparegut

Els ordres dels harmònics són:

Per a la intensitat: gairebé només ens queda la fonamental

Per a la tensió de fase: 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19 han aparegut més harmònicsque en l’anterior assaig

Per a la tensió de línia: 5, 7, 11, 13, 17, 19

5.2.3 VSI amb 3 interruptors tancats simultàniament

Per veure que estan desfasats 120º tenim que el temps en que comença cada onaés diferent.





Pagina 59de 98


Temps en que comença V2 menys temps que comença V1= 0.0066 – 0=0.0066segons


Temps en que comença V3 menys temps que comença V2= 0.0132 –0.0066=0.0066 segons


Temps en que comença V2 menys temps que comença V1= 0.198 –0.0132=0.0066

En l’anàlisi dels tres tipus d’ona es pot veure clarament que la tensió i laintensitat estan en fase.




Pagina 60de 98

Respecte els harmònics tenim la següent figura

En la representació gràfica podem veure clarament on estan els harmònics, i comvan minvant a mesura que augmentem la freqüència.


Per a la intensitat: 5, 7, 11, 13, 17, 19








Pagina 61de 98

En aquest cas no s’observa cap canvi en els desfasaments al respecte en l’apartatanterior.


=

R

Lartg

ϖϕ (5.4)

ϕ = desfasament (º)

ϖ = velocitat angular

L = inductància (H)

R = resistència (Ω)

3432.721

01.0·50·14159.3·2=

= artgϕ




Pagina 62de 98

En aquesta gràfica podem veure com han canviat els harmònics, només per afegiruna càrrega inductiva trobem que els harmònics han canviat. Fins i tot han desaparegut

Els ordres dels harmònics son:

Per a la intensitat: gairebé només ens queda la fonamental






Pagina 63de 98

5.2.3 VSI-PWM

El primer que hem de fer es realitzar el circuit per a fer l’ondulació, i ficant elsparàmetres de l’enunciat tenim la següent gràfica.

Llavors només ens queda comprovar que els harmònics més importants de latensió modulada estan al voltant de la freqüència de les fonts de tensió senoidal itriangular.

Podem veure que la ona modulada presenta dos harmònics importants al voltantdels 50 i els 250 Hz, que són els de les fonts senoidal i triangular.

Fig 5.20: harmònics de les senyals portadora modulant i modulada(sortida)

Fig 5.19: representació de la tensió modulant, portadora i modulada(sortida)



Pagina 64de 98

Amb la freqüència de 50 Hz. Tenim les següents gràfiques.

Llavors només ens queda comprovar que els harmònics més importants de latensió modulada estan al voltant de la freqüència de les fonts de tensió senoidal itriangular.

Podem veure que la ona modulada presenta dos harmònics importants al voltantdels 50 i els 450 Hz, que són els de les fonts senoidal i triangular.

Fig 5.22: : harmònics de les senyals portadora modulant i modulada(sortida)

Fig 5.21: representació de la tensió modulant, portadora i modulada(sortida)



Pagina 65de 98

Per a veure que estan desfasats 120º tenim que el temps en que comença cada onaés diferent.


Temps en que comença V23 menys temps que comença V12= 0.0266 –0.02=0.0066 segons

Per tant estan desfasades 120º

En l’anàlisi dels tres tipus d’ona es pot veure clarament que la tensió i laintensitat de línia estan en fase,

Fig 5.23: senyal de dues tensions de línia per a comprovar que estan desfasades 120º




Pagina 66de 98

i respecte els harmònics tenim la següent figura

En la representació gràfica podem veure clarament on estan els harmònics, i comvan disminuint a mesura que augmentem la freqüència.


Per a la intensitat: 13, 17.

Per a la tensió de fase: 13, 15, 17.

Per a la tensió de línia: 13, 17.

Aquí s’observa que han desaparegut tots els harmònics parells i múltiples de tres



Fig 5.26: senyal de dues tensions de línia per a comprovar que estan desfasades 120º



Pagina 67de 98

En aquest cas no s’observa cap canvi en els desfasaments al respecte en l’apartatanterior.


Es poden veure els mateixos harmònics, només és que els harmònics de laintensitat estan baixant d’amplitud.





Pagina 68 de 98

6 PRÀCTICA - 6

6.1 FUNCIONAMENT DELS INVERSORS AMB UN MOTOR D’INDUCCIÓI UNA CARREGA MECÀNICA

6.1.1 OBJECTIU

Ja s’han vist el funcionament dels inversors d’ona a la pràctica anterior. Arapodrem saber com es comporten aquests inversors quan alimentem un motord’inducció, realitzar els esquemes pertinents amb el PSIM i analitzar els resultats per talde veure com afecta el seu comportament a la velocitat del motor.


En aquesta pràctica s’estudia com es comporta un motor d’inducció amb elsinversor VSI, utilitzarem dos tipus de esquemes:

a) VSI amb tres interruptors tancats simultàniament

b) VSI-PWM

6.1.2.1 Aparells a utilitzar en el esquema del VSI amb tres interruptorsconnectats simultàniament

Aparells de mesura:

3 Voltímetres

1 Amperímetre

Dispositius:


V= 150 V





Tc=0N·m K1=0.2 K2=0 K3=0Jres=0.1 Kg·m2



Pagina 69 de 98

Fig 6.1: Esquema del inversor VSI amb tres interruptors connectats simultàniament iaccionant una cà rrega mecànica genèrica, havent-hi també sensors de intensitat,parell i velocitat

Contactors:

F= 50 Hz.

La taula, que es correspon al VSI de 3 interruptors tancats simultàniament1 2 3 4 5 6 1 22 3 4 5 6 1 2 33 4 5 6 1 2 3 4

0º 60º 120º 180º 240º 300º 360º

La taula indica quan estan tancats els contactors; per exemple el contactor 3 estàtancat entre 0 120, 300 i 360 graus.


TS= 0.0002 TT=1 PT=0 s PS=1

6.1.2.2 Esquema a utilitzar en el en VSI amb tres interruptors connectatssimultàniament



Pagina 70 de 98

Fig 6.2: Esquema del inversor VSI-PWM accionant una cà rrega mecànica genèrica,havent-hi també sensors de intensitat, parell i velocitat

6.1.2.3 Aparells a utilitzar el inversor VSI-PWM.

3 Voltímetres

1 Amperímetre

Dispositius:


V= 215 V



V= 0.8 V f=50 Hz δ=6º


Vpp=2 V f=750 Hz. D=0.5 DC offset= -1 V Tstart = 0 s


Rs= 0.2 Ω Ls=0.001146H Rr=0.3ΩLr=0.001146H Lm=0.05507H p=4 Jm=0.3Kg·m2



Tc=0N·m K1=0 K2=0 K3=0Jres=0.1 Kg·m2


TS= 0.002 TT=2 PT=0s PS=10

6.1.2.4 Esquema a utilitzar en VSI-PWM



Pagina 71 de 98


6.1.3.1 VSI amb tres interruptors connectats simultàniament

Realitzar el circuit de l’inversor VSI amb tres interruptors tancats simultàniamenti realitza les següents tasques

1) representació temporal de la tensió de línia a la sortida de l’inversor, veurequina és la tensió nominal(opció rms del SIMVIEW), i comprova que els harmònics vanminvant a mesura que augmenta el seu ordre.

2) determina quina és la corrent, el parell i la velocitat de règim permanent, aixícom els valors màxims de corrent i parell.

3) omple la següent taula i ensenya les gràfiques composades de les velocitats iparells motors

V(V) F(Hz) nrp(min-1) Irp Γrp Imax Γmax n/nn

75 25112.5 37.5150 50150 60

Per definir aquesta taula s’han de tenir en compte dos criteris:

a) si la freqüència és menor que la nominal és manté una relació constanttensió/freqüència

b) si la freqüència és major que la nominal la tensió és manté constant.

6.1.3.2 VSI-PWM

Realitza el circuit del inversor VSI-PWM i realitza les següents tasques

1) repeteix els punts 1 i 2 del apartat anterior amb el esquema del VSI-PWM

2) omple la següent taula i ensenya les gràfiques composades de les velocitats iparells motors

V(V) Fmodulant(Hz) Fportadora(Hz) ϕ(º) nrp(min-1) Irp Γrp n/nn

75 15 225 1.8112.5 25 375 3215 50 750 6215 60 900 7.2

Per definir aquesta taula s’han de tenir en compte tres criteris:

a) si la freqüència és menor que la nominal és manté una relació constanttensió/freqüència

b) si la freqüència és major que la nominal la tensió és manté constant.

c) l’índex de freqüència és constant

6.1.3.3 Qüestions

a) Observant les gràfiques, quin dels dos mètodes injecta més harmònics a laxarxa i al motor?

b) Que implica que hi hagin menys harmònics al motor?



Pagina 72de 98

6.2 INFORME DEL FUNCIONAMENT DELS INVERSORS AMB UNMOTOR D’INDUCCIÓ I UNA CÀRREGA MECÀNICA

6.2.1 Introducció

En la pràctica anterior, s’esmentava que avui en dia quan necessitem unavelocitat controlada i diferent per a un procés ens agafem als motors d’inducció amb unvariador de freqüència.

El variador de freqüènciavaria la velocitat del motor, envelocitats per sota de la velocitatnominal es varia la tensió i lafreqüència en la mateixaproporció per a mantenir el fluxconstant; però en canvi per avelocitats superiors el que fem esaugmentar la freqüènciamantenint constant la tensiónominal, debilitant-se així el fluxde la màquina. Encara que esdebiliti el flux,com que la corba parell velocitat és bastant rígida (figura 6.3) no hihaurà massa diferència entre la velocitat que te el flux constant i la que no.

6.2.2 VSI amb tres interruptors tancats simultàniament

Ara veurem la representació temporal de la tensió de línia a la sortida:

La tensió de línia te un valor eficaç de 246.5 Volts

fig 6.3: Corba parell velocitat per a diferents freqüències

Fig 6.4: representació de la tensió de linea



Pagina 73de 98

I respecte els harmònics podem veure com es va atenuant:

En la següent figura podem observar el parell tensió i velocitats del motor

En la gràfica podem observar els resultats màxims que ens dóna.

Imax=264.13 A

Γmax= 401 N·m

Fig 6.5: representació dels harmònics de la tensió de línia, on es pot veure que es vanatenuant a mesura que el seu ordre es més gran.




Pagina 74de 98

Agafant una nombre sencer de períodes desprès de 0.8 segons és quan el motor jaha arribat la velocitat de règim permanent.

Trobem els següents valors:

nrp=1456 min-1

Γrp=31.43 N·m

Irp=20.2 AV(V) f(Hz) nrp(min-1) Irp ΓΓrp Imax ΓΓmax n/nn

75 25 728 14.28 16.4 177 298 .5112.5 37.5 1092.6 17 22.9 229 379 0.75150 50 1456 20.2 31.43 264.13 401 1150 60 1720 23.45 40.2 236.2 228.8 1.18

Fig 6.7: Representació de les velocitats amb el diferent tipus de freqüències roig 25 Hz.Blau 37.5 Hz. Verd 50 Hz. Violeta 60 Hz.

Fig 6.8: Representació dels parells amb el diferent tipus de freqüències roig 25 Hz. Blau37.5 Hz. Verd 50 Hz. Violeta 60 Hz.



Pagina 75de 98

6.2.3 VSI-PWM

Ara veurem la representació temporal de la tensió de línia a la sortida:

La tensió de línia te un valor eficaç de 243.5 Volts

I respecte els harmònics en aquest cas es veu clarament que no s’atenuen, sinóque te un ordre proper al de modulació:

Fig 6.9: representació de la tensió de linea

Fig 6.10: representació dels harmònics de la tensió de línia, on es pot veure el seu ordre.



Pagina 76de 98

En la següent figura podem observar el parell tensió i velocitats del motor

En la gràfica podem observar els resultats màxims que ens dóna.

Imax=193.84 A

Γmax= 50.9 N·m

I agafant una nombre sencer de períodes desprès de 1.5 segons es quan el motorja ha assolit la velocitat de règim permanent.

Trobem els següents valors:

nrp=1419.6 min-1

Γrp=30.8 N·m

Irp=19 A




Pagina 77de 98

V(V) Fmodulant(Hz) Fportadora(Hz) ϕ(º) nrp(min-1) Irp Γrp n/nn

75 15 225 1.8 432 11.2 13.8 0.3112.5 25 375 3 713 11.4 15 0.5215 50 750 6 1419.6 19 30.8 1215 60 900 7.2 1650 27.6 36.9 1.16

Fig 6.12: Representació de les velocitats amb el diferent tipus de freqüències roig 15 Hz.Blau 25 Hz. Verd 50 Hz. Violeta 60 Hz.

Fig 6.8: Representació dels parells amb el diferent tipus de freqüències roig 15 Hz. Blau25 Hz. Verd 50 Hz. Violeta 60 Hz.



Pagina 78de 98


a) Observant les gràfiques quin dels dos mètodes injecta més harmònics a laxarxa, i al motor?

El inversor que injecta menys harmònics a la xarxa és el VSI-PWM, encara qued’una major amplitud, i el que més el VSI de 3 interruptors tancats simultàniament.

b) Què implica que hi hagin menys harmònics al motor?

Ens ajuda a que el seu comportament sigui més constant.



Pagina 79 de 98

7 PRÀCTICA - 7

7.1 ARRANC I FRENAT D’UN MOTOR DE CORRENT CONTINUA

7.1.1 OBJECTIU

Vistos ja els motors de corrent alterna ara analitzarem els motors de correntcontínua i es veurà com afecta el parell a la posta marxa al motor de corrent contínua enrègim transitori; amb diferents connexions, derivació i sèrie, veurem com afecta la postaen marxa amb una resistència al induï t.

El frenat d’un motor amb connexió derivació fent servir les dos formes de frenatelèctric, el frenat regeneratiu i el frenat a contra corrent.


7.1.2.1 Posta en marxa del motor de corrent contínua

El motor de corrent contínua presenta tres tipus de connexió principals, Connexióderivació, connexió sèrie, connexió compound, aquest últim cas no serà possibleanalitzar-lo perquè el model de motor de corrent continua del PSIM no disposa de unabobina inductora dividida en dos, per tant no es poden fer dues connexions a la vegada.

Les connexions que veurem seran la connexió derivació i la sèrie,

a) Connexió derivació

En el cas de la connexió derivació es veurà la posta en marxa amb una càrregaconstant, aquesta connexió provoca que el motor es comporti d’una manera molt similaral motor d’inducció, també veurem l’efecte que te afegir una resistència addicional al’induï t en el cas del parell constant.

b) Connexió Sèrie

El motor de corrent contínua amb connexió sèrie, està indicat per a postes emmarxa de un gran parell resistent, i no s’utilitza per a funcionar en règim permanent, peraixò s’analitzarà aquesta connexió amb dos càrregues diferents, encara que totes duesconstants.

7.1.2.1 Aparells a utilitzar en la connexió derivació i sèrie

Aparells de mesura:

1 Amperímetre

2 Voltímetres



Pagina 80 de 98

Fig 7.1: Esquema de posta en marxa directe d’un motor de corrent contínuaconnectat en derivació accionant una càrrega mecànica genèrica, havent-hi tambésensors de intensitat, parell i velocitat.

Fig 7.2: Esquema de la posta en marxa directe d’un motor de corrent continuaconnectat en sèrie accionant una càrrega mecànica genèrica, havent-hi també sensorsde intensitat, parell i velocitat.

Dispositius:


V= 150 V

Motor de corrent continu(serà el mateix en tots els apartats):

Ra= 0.5Ω La=0.01H Rf=75ΩLf=0.02H Jm=0.1Kg·m2 Vt=150V Ia=10 A

n=1200 min-1 If=1.6 A


7.1.2.2 Esquema a utilitzar en la connexió derivació

7.1.2.3 Esquema a utilitzar en la connexió sèrie



Pagina 81 de 98

Fig 7.3: Esquema del frenat a rotor lliure en un motor de corrent continua enconnexió derivació, també te sensors de intensitat, parell i velocitat.

Fig 7.4: Esquema del frenat regeneratiu en un motor de corrent continua enconnexió derivació, també te sensors de intensitat, parell i velocitat.

7.1.2.4 Frenat del motor de corrent contínua

En el frenat del motor de corrent contínua tenim diferents casos analitzar, el derotor lliure, el frenat a contracorrent i el regeneratiu,

7.1.2.5 Esquema a utilitzar en el frenat a rotor lliure

7.1.2.6 Esquema a utilitzar en el frenat regeneratiu



Pagina 82 de 98

Fig 7.5: Esquema del frenat a contracorrent en un motor de corrent contínua enconnexió derivació, també te sensors de intensitat, parell i velocitat.

7.1.2.7 Esquema a utilitzar en el frenat a contracorrent


Es recomana guardar tots els circuits que feu perquè en el apartat de qüestions seus demanaran preguntes relacionades amb els diferents tipus de postes en marxa i frenata la vegada.

7.1.3.1 Posta en marxa amb connexió derivació

1) fer el circuit de la connexió derivació i parametritza-ho amb els següentsparàmetres:


Tc=55N·m K1=0 K2=0 K3=0Jres=0.3 Kg·m2


TS=0.001s TT=3 s PT=0s PS=2

S’han de trobar diferents variables:

- Imax (intensitat màxima de pic, pot ser positiva o negativa, i pot estar enqualsevol de les tres fases)

- Irp (intensitat a regim permanent, es pot agafar la de la fase a)[1]

- nrp(velocitat a regim permanent)



Pagina 83 de 98

Fig 7.6: Esquema del arranc d’un motor de corrent continua connectat enderivació i amb dues resistències al induït per tal de atenuar el parell dearranc accionant una càrrega mecànica genèrica, havent-hi també sensors deintensitat, parell i velocitat.

- Γmotor (parell que dona el motor en regim permanent)

- Γresistent (parell resistent en regim permanent)

- Γmotor max(parell de pic que dona el motor al arranc)

- Γresistent max(parell resistent màxim que ofereix la carrega mecànica al arranc)

- T (temps que tarda a assolir la nn mes o menys a ull)

Ara afegeix al circuit dos resistències de 0.5Ω com es veu en la següent figura

I parametritza els contactors

Contactor (G1)


Contactor (G2)

Frequency = 0 Hz nº of points = 2 Switching Points = 0.3 3s

Un cop realitzat s’han de buscar les següents variables.

- Imax, Irp,nrp, Γmotor,Γresistent, Γmotor max, Γresistent max, T.



Pagina 84 de 98

7.1.3.2 Posta en marxa amb connexió sèrie

En aquest apartat es tracta de veure que la connexió sèrie és un mètode ideal per aposar en marxa el motor amb grans moment d’inèrcia o grans parells de posta en marxa,seria el cas dels trens.

Prova-ho amb les següents càrregues:


Tc=55N·m K1=0 K2=0 K3=0Jres=0.3 Kg·m2


Tc=500N·m K1=0 K2=0 K3=0Jres=0.3 Kg·m2

I busca en tots dos casos els paràmetres:

- Imax, Irp,nrp, Γmotor,Γresistent, Γmotor max, Γresistent max, T.

7.1.3.3 Frenat a rotor lliure


TS=0.001s TT=5 s PT=0s PS=2

Els paràmetres de simulació i la càrrega mecànica ens serviran també per alsaltres tipus de frenat


Tc=5.965N·m K1=0 K2=0.0017 K3=0Jres=0.3 Kg·m2

En el PSIM tenim el problema de la desconnexió, i es que no podem fer ladesconnexió a la vegada de l’inductor i l’induï t com es faria en un cas real, perquè al sermodels teòrics ens crea una f.e.m. transitòria que ens atura molt ràpidament el motor, ésper això que haurem de desconnectar un instant abans l’inductor que l’induï t.

Contactor (G1)


Contactor (G2)


- Troba quan tarda el motor a aturar-se.

7.1.3.4 Frenat regeneratiu

Contactor (G1)


Contactor (G2)




Pagina 85 de 98

S’han de trobar les següents variables primer amb una resistència de 5 Ω idesprès amb una de 10 Ω:

- T= temps que tarda en frenar el motor.

- Imax=(intensitat màxima de pic en el instant en que el motor deixa el seu estat derepòs)

- Iarranc = intensitat eficaç del motor durant la posta en marxa, entre 0 i 0.3 s

- Icontracorrent= intensitat eficaç del motor durant el frenat(a la resistència) 0.5 i 2.4 sa la resistència de 5Ω i 0.5 i 3 s a la de 10Ω.

- Γmotor max(parell de pic que dona el motor en la posta en marxa, instant en que elmotor deixa el seu estat de repòs)

- Γresistent max(parell resistent màxim que ofereix la càrrega mecànica en la posta enmarxa)


- Γ’resistent max(parell resistent màxim que ofereix la càrrega mecànica al frenat)

7.1.3.5 Frenat a contracorrent

Contactor (G1)


Contactor (G2)

Frequency = 0 Hz nº of points = 2 Switching Points = 0.51 0.585s

Contactor (G2)

Frequency = 0 Hz nº of points = 2 Switching Points = 0 0.7s

amb els paràmetres dels contactors:

Troba les mateixes variables del apartat anterior:

Per a la Iarranc agafa el temps entre 0 i 0.3 s

Per a la Icontracorrent= agafa el temps entre 0.5 i 0.6 s

7.1.3.6 Qüestions

Realitzar les gràfiques de velocitat, intensitat i parell motor dels les postes enmarxa conjuntament, i a part els dels frenats (opció merge, si teniu algun dubte podeuconsultar el manual del PSIM), també us podeu basar en els resultats anteriors de lespràctiques.

a) Quin dels dos frenats és més ràpid, en tots el casos?

b) Quan és aconsellable el frenat a contra corrent?



Pagina 86de 98

7.2 INFORME DE ARRANC I FRENAT D’UN MOTOR DE CORRENTCONTINUA

7.2.1 Introducció

S’estudia la posta en marxa directa del motor de corrent contínua, aquest motorfunciona amb corrent contínua, el motor consta de debanat inductor i induï t.

Tenim diferents formes de connectar el motor de corrent contínua, aquestes sónla connexió sèrie, derivació i compound, encara que aquest últim no el veurem degut aque per a realitzar-ho necessitem dos bobinats, l’un per a la connexió sèrie i l’altre enderivació.

Si analitzem els dos mètodes de posta en marxa de la pràctica d’avui veurem quepresenten una corba parell velocitat bastant diferent (figura 7.7), la connexió sèrie te unfort parell de posta en marxa i desprès baixa; en canvi la connexió en derivació esbastant constant, podríem dir que te un comportament similar al motor d’inducció.

Abans dels variadors defreqüència tots els trens funcionavenamb motor de corrent continua,aquests trens degut al gran parell deposta en marxa del motor el posavenen marxar amb connexió sèrie idesprès, quan ja estava en marxaficaven la derivació amb diferentsresistències a l’induï t per controlar lavelocitat.

Un motor de corrent contínuaes comporta de la següent forma:

ωφ··KEA = (7.1)

Formula 7.1:

EA= tensió aplicada, en volts

K = constant

φ = flux, en Tesles

ω= velocitat angular, en rad/s

Fig 7.7: Corba característica del moment Parell-velocitat d’unmotor de corrent continu, l’un amb una connexió sèrie i l’altre ambuna connexió derivació



Pagina 87de 98

En el segon apartat de la pràctica s’analitza la forma de parar d’un motor decorrent contínua.

D’una banda, tenim el frenat a contracorrent que es realitza canviant la tensió; enel nostre cas ho farem canviant-lo al induï t. S’ha de canviar de polaritat a un del doselements, ja que si ho féssim als dos continuaria girant en el mateix sentit, aquest fet esfàcilment comprovable aï llant la variable velocitat, d’aquesta manera es mostra:

Variable depenent de la tensió de l’induï t

φω

·K

EA= .

Variable depenent de la tensió de l’inductor(el sentit del flux)

Posem el cas que tot es positiu, si canviem el flux seria negatiu i la tensió també,de manera que negatiu entre negatiu dóna positiu un altre cop i seguiria girant el motoren la mateixa direcció. Però en canvi, si només ho fem un dels dos el resultat és negatiu,i el motor ha de girar en sentit contrari.

El frenat regeneatiu és un mètode diferent, funciona substituint la connexiód’alimentació a l’induï t per una resistència, de forma que el que era un motor de correntcontinua passa a ser una dinamo, i es crea una parell en sentit contrari al de gir, a més amés aquest parell es fa cada cop inferior, ja que:

Ei↓ → Ii↓ → Γi↓ → ω↓ → E↓ ...

La velocitat en que frenarà el motor es pot canviar canviant resistència que actuacom a càrrega.

7.2.2 Arranc amb connexió derivació

a) Arranc del motor en derivació directeParàmetre Abreviació Resultat Unitat

intensitat màxima de pic Imax 238.4 Aintensitat a regim permanent Irp 40.1 Avelocitat a regim permanent nrp 866 Min-1


Γmotor 55 N.m


Γresistent 55 N.m


Γmotor max 341 N.m


la posta en marxa





Pagina 88de 98

b) Posta en marxa en un motor en connexió derivació mitjançant dues resistènciesde 0.5

Paràmetre Abreviació Resultat Unitatintensitat màxima de pic Imax 97.8 A

intensitat a règim permanent Irp 40.1 Avelocitat a règim permanent nrp 866.8 Min-1

parell que dóna el motor enrègim permanent

Γmotor 55 N.m

parell resistent en règimpermanent

Γresistent 55 N.m

parell de pic que dóna el motoren la posta en marxa



la posta en marxa



7.2.3 Posta en marxa amb connexió sèrie

a) amb un parell de 55 N·mParàmetre Abreviació Resultat Unitat

intensitat màxima de pic Imax 48.9 Aintensitat a règim permanent Irp 21.8 Avelocitat a règim permanent nrp 517.28 Min-1


Γmotor 55 N.m


Γresistent 55 N.m




la posta en marxa



b) amb un parell de 500 N·mParàmetre Abreviació Resultat Unitat

intensitat màxima de pic Imax 77.24 Aintensitat a règim permanent Irp 65.8 Avelocitat a règim permanent nrp 137.3 Min-1


Γmotor 500 N.m


Γresistent 500 N.m




la posta en marxa





Pagina 89de 98

7.2.4 Frenat a rotor lliure

El temps d’aturada és 4.5-.5 =4 segons

7.2.5 Frenat regeneratiu

a) amb una resistència de 5 ΩParàmetre Abreviació Resultat Unitat

temps que tarda el motor aaturar-se

T 2.24-0.5=1.74 S

intensitat màxima de pic Imax 230.3 Aintensitat eficaç durant la posta

en marxaIarranc 125.16 Min-1

intensitat eficaç durant el frenat Icontracorrent 10.7 N.mparell de pic que dóna el motor

en la posta en marxaΓmotor max 329.4 N.m

parell resistent màxim queofereix la càrrega mecànica en

la posta en marxa


parell de pic que dóna el motoral frenat


parell resistent màxim queofereix la càrrega mecànica al

frenat


b) amb una resistència de 10 ΩParàmetre Abreviació Resultat Unitat


T 3-0.5=2.5 s



intensitat eficaç durant el frenat Icontracorrent 5.8 N.mparell de pic que dona el motor



la posta en marxa





frenat


7.2.6 Frenat a contracorrentParàmetre Abreviació Resultat Unitat


T 0.6-0.5=0.1 s



intensitat eficaç durant el frenat Icontracorrent 327.3 N.mparell de pic que dóna el motor


parell resistent màxim queofereix la càrrega mecànica en

la posta en marxa




parell resistent màxim queofereix la càrrega mecànica al

frenat




Pagina 90de 98

Fig 7.7: Representació de velocitats, intensitats i parell motor de la posta en marxa delmotor de corrent continua, roig posta en marxa directe en connexió derivació, blau.amb resistències al induït, verd connexió sèrie amb una carrega de 55 N·m i violetaconnexió sèrie amb una carrega de 500 N·m

Fig 7.8: Representació de velocitats, intensitats i parell motor del frenat del motor decorrent contínua en connexió derivació, roig frenat ha rotor lliure, blau .frenatregeneratiu amb una resistència de 5Ω, verd amb una de 10Ω i violeta frenat acontracorrent.

7.2.7 Qüestions

a) Representació dels mètodes de posta en marxa en els diferents tipus deconnexió del motor.

b) Representació conjunta dels frenats dels motor en connexió derivació.



Pagina 91de 98

a) Quin dels dos frenats és més ràpid, en tots el casos?

El frenat més ràpid és el de contracorrent i sempre en tots els casos ho serà; jaque per petita que sigui la resistència del frenat regeneratiu no serà més gran que el creatinicialment

b) Quan es aconsellable el frenat a contra corrent?

Només en casos d’emergència quan necessitem frenar sobtadament la màquina, sino és més aconsellable qualsevol altre mètode de frenat; perquè es pot malmetre elaï llant del col·lector de delgues.



Pagina 92 de 98

Fig 8.1: Esquema del circuit chopper reductor alimentant una càrrega RL

8 PRÀCTICA - 8

8.1 CONTROL DE LA VELOCITAT DE UN MOTOR DE CORRENTCONTINUA MITJANÇANT UN CONVERTIDOR CONTINUA - CONTINUA

8.1.1 OBJECTIU

Analitzar el comportament de un convertidor continua-continua (en el nostre casreductor) amb diferents càrregues i un motor de corrent continua.


8.1.2.1 Aparells a utilitzar en el chopper amb una càrrega elèctrica

Aparells de mesura:

1 Amperímetre

1 Voltímetre

Dispositius:

La font de tensió continua serà de 500V

8.1.2.2 Esquema a utilitzar en el chopper amb una càrrega elèctrica

8.1.2.3 Aparells a utilitzar en el chopper amb un motor de corrent continua

Les fonts de tensió continua seran de 150V


Tc=55N·m K1=0 K2=0 K3=0Jres=0.3 Kg·m2

Motor de corrent continu:

Ra= 0.5Ω La=0.01H Rf=75ΩLf=0.02H Jm=0.1Kg·m2 Vt=150V Ia=10 A

n=1200 min-1 If=1.6 A




Pagina 93 de 98

Fig 8.2: Esquema del chopper alimentant un motor de corrent continua ambexcitació independent i alimentant una càrrega mecànica genèrica, havent-hi tambésensors de intensitat, parell i velocitat.

8.1.2.4 Esquema a utilitzar el chopper amb un motor de corrent continua


8.1.3.1 Chopper amb una carrega elèctrica

1) realitza el circuit de la figura 8.1 amb una carrega de 5Ω i 0 H

2) omple la següent taula (agafant 4 cicles com a mínim, per exemple 50 hz ->TT = 0.08 segons)

F(Hz) θθ (º) Vpic(V) Ipic(A) Vmitj(V) Imitj(A) Vmitj/Vfont θθ tall/36050 0-18050 0-240

500 0-180500 0-240

Essent:

F = freqüència del interruptor (Hz)

θ = angles de salt del interruptor (º)

Vpic =tensió de pic (V)

Ipic = intensitat de pic (A)

Vmitj =tensió mitjana (V)

Imitj = intensitat mitjana (A)

Vfont =Tensió de la font (V)

θ tall= Angle de tall (º)

3) ara amb una càrrega de 5Ω 10mH omple la següent taulaF(Hz) θθ (º) Vpic(V) Ipic(A) Vmitj(V) Imitj(A) Vmitj/Vfont θθ tall/360

50 0-18050 0-240

500 0-180500 0-240

4) explica quina diferencia hi ha entre alimenta una càrrega purament resistiva iuna inductiva.



Pagina 94 de 98

8.1.3.2 Chopper amb un motor de corrent continua

Es recomana guardar els resultats per tal de poder fer una gràfica amb totes lesvelocitats conjuntament.

1) realitza el circuit de la figura 8.2 i emplena la següent taula


TS= 0.00001 TT=3 PT=0 s PS=50F(Hz) θθ (º) nrp(min-1) Irp ΓΓrp Imax ΓΓmax n/nrp Vmitj/Vn

0 0 3500 0-1811000 0-181500 0-2901000 0-290

Essent

F = freqüència del interruptor (Hz)

θ = angles de salt del interruptor (º)

nrp = velocitat del motor de corrent continua (min-1)

n = velocitat del motor de corrent continua a regim permanent i en condicionsnormals (min-1)

Irp = intensitat del motor de corrent continua a regim permanent(A)

Γrp = parell a regim permanent(N·m)

Imax = intensitat pic (A)

Γmax= parell de pic (N·m)

Vn = tensió nominal de la font (V)

Vmitj = Tensió mitjana (tensió mitjana)

- Realitza la gràfica de totes les velocitats a la vegada i explica quin és elcomportament del motor de corrent continua quan esta controlat per un chopper.



Pagina 95de 98

8.2 INFORME DEL CONTROL DE LA VELOCITAT DE UN MOTOR DECORRENT CONTINUA MITJANÇANT UN CONVERTIDOR CONTINUA -CONTINUA

8.2.1 Introducció

Els convertidors continua/continua també anomenats trossejadors o choppers sonuns aparells electrònics que transformen una corrent continua en una altra de continuaamb una tensió diferent.

De choppers n’hi ha de diferents tipus, però nosaltres estudiarem el chopperreductor, que converteix sempre d’una corrent continua mes gran a una de més baixa.

El funcionament del chopper reductor es senzill, tenim una font de correntcontinua, i la tallem a espais temporals petits per a reduir la tensió eficaç i ja tenim unatensio continua diferent de la que teníem en un principi.

Desprès per tal de controlar-lo o tenir un comportament més constant d’aquest, hipodem afegir bobines i condensadors, que ens amortirien els harmònics creats per eltrossejador.

8.2.2 Chopper amb una carrega elèctrica

El circuit del chopper reductor amb una càrrega de 5Ω dona els següents resultatsF(Hz) θθ (º) Vpic(V) Ipic(A) Vmitj(V) Imitj(A) Vmitj/Vfont θθ tall/360

50 0-180 500 100 250 50 .5 .550 0-240 500 100 333 81.6 .66666 .66666

500 0-180 500 100 250 50 .5 .5500 0-240 500 100 333 81.6 .66666 .66666

El circuit del chopper reductor amb una càrrega de 5Ω i 10mH dona els següentsresultats

F(Hz) θθ (º) Vpic(V) Ipic(A) Vmitj(V) Imitj(A) Vmitj/Vfont θθ tall/36050 0-180 500 100 250 50 .5 .550 0-240 500 100 333 66.6 .6666 .6666

500 0-180 500 62.13 250 49.8 .5 .5500 0-240 500 77.7 334 66.7 .6666 .6666



Pagina 96de 98

Fig 8.3: Representació de la intensitat que circula per una carrega elèctrica, roigcarrega resistiva pura, blau carrega resistiva i inductiva, a 500 Hz i activada entre 0-240 º

Fig 8.4: Representació de la intensitat que circula per una carrega elèctrica, roigcarrega resistiva i inductiva a 50 Hz., blau carrega resistiva i inductiva a 500 Hz.activades totes dues entre 0-240 º

Podem veure que el comportament del chopper canvia en funció de la càrrega quesoporta, en el cas de una càrrega purament resistiva obtenim un comportament lineal,però com podem veure al afegir una component inductiva el comportament canvia iobtenim una intensitat que és va atenuant en funció de la freqüència, com es pot veureen la figura 8.4

Aquest fet succeeix d’acord amb la fórmula 8.1 que ens descriu la relació entre lavariació de corrent i la diferencia de potencial induï da. Així doncs quan pugem defreqüència no li estem donant temps a la bobina de carregar-se i descarregar-se, agafantenergia quan el interruptor del chopper esta tancat i tornant-la quan esta obert i no tenimtensió.

dtdI

LV ·= (8.1)

D’altra banda veiem que la tensió es comporta seguint la següent fórmula:

fontV·360

Vmitj

θ= (8.2)

i la tensió no depèn de la freqüència.



Pagina 97de 98

Fig 8.3: Representació de les velocitats de un motor de corrent continua en diferentsangles de salt. Roig i blau 0-181, verd i violeta 0-290 i groc tot el temps activat

D’altra banda tenim que quan la freqüència és molt baixa li donem temps a labobina de carregar-se i descarregar-se totalment essent la energia emmagatzemadadintre una bobina igual a la fórmula 8.3

2

2

1LIU = (8.3)

Es conserva en tot cas les mitjanes de tensió i intensitat.

8.2.3 Chopper amb un motor de corrent continuaF(Hz) θθ (º) nrp(min-1) Irp ΓΓrp Imax ΓΓmax n/nrp Vmitj/Vn

0 0 3 866.8 40.13 55 238.6 341.2 1 1500 0-181 375.3 38.13 55 127.8 184.3 0.43 0.51000 0-181 370 38.13 55 124.8 180 0.43 0.5500 0-290 673 38 55 194.4 280.4 0.77 0.81000 0-290 678 38 55 193 279 0.77 0.8

Amb els circuits que hem realitzat per a omplir aquesta taula realitzem unagràfica

Com es va esmentar en el informe de la pràctica nº 7 el motor de corrent continuaes comporta seguint la següent formula:

φω

·K

EA= .

Al tenir el flux constant veiem clarament que la velocitat es directamentproporcional a la tensió.

Així doncs, si això ho ajuntem a la fórmula 8.2 obtenim que a mes freqüènciatindrem en el interruptor més constant serà el comportament del motor, i a més angle dedesfasament més tensió.

Podem veure que el motor és comporta d’una forma molt similar a una carregaresistivo-inductiva.

Bibliografia - Laboratori de Control de Màquines Elèctriques


Pagina 98de 98

9 BIBLIOGRAFIAEn la redacció de aquest projecte s’han fet servir els següents llibres i direccions a

internet.

Llibres

D. Enrique Oñós Prados MANIBRA, MANDO Y CONTROL ELECTRICOSEditorial, CEAC, 1992

D. Juan María Ortega Plana MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA, CEAC,1994

STHEPHEN J. CHAPMAN, MAQUINAS ELECTRICAS, Mc Graw Hill, 1998

Kurt & Reiner Gieck, MANUAL DE FÓRMULAS TÉCNICAS, Marcombo(Boixareu editores) 30a. Edició, 2000

Direccions de internet

http:\\www.etse.urv.es\~llguasch

http:\\www.powersimtech.com

http:\\www.electronicworkbench.com

http:\\www.microcode.com

http:\\www.orcad.com

http://www.esi.unav.es

http://www.uned.es

http://www.upc.es

http://www.ipn.mx

http://spectrum-soft.com

http://ibfriendrich.com

http://www.intusoft.com

http://www.cadmigos.com

http://www.looking.co.uk/spice

http://www.newburytech.co.uk/

http://www.penzar.com/topspice.htm

http://www.designsoftware.com/

http://www.islandlogix.com

http://electrica.uc3m.es/Docencia

Manual de Pràctiques de Màquines Elèctriques en règim ...deeea.urv.cat/DEEEA/lguasch/AlbertCid...

Documents

Transcript of Manual de Pràctiques de Màquines Elèctriques en règim ...deeea.urv.cat/DEEEA/lguasch/AlbertCid...