Automatiserte anlegg 8258511300 [PDF]

Zitiervorschau

AUTOMATISERTE ANLEGG ELLEF WAHLSTRØM

BOKMÅL

YRKESOPPLÆRING ANS 1998

©Yrkesopplæring ans, Oslo 1998

© Gyldendal Norsk Forlag AS 2002 2. opplag 2002 3. opplag 2004

Læreboka er godkjent av Nasjonalt læremiddelsenter april 1997 til bruk i den videregående skole på studieretning for elektrofag, VK1 elektro, i faget automatiserte anlegg. Godkjenninga er knyttet til fastsatt læreplan av mai 1994 og gjelder så lenge læreplanen er gyldig.

Grafisk utforming: Scalare Data, Fjerdingby Omslag: Scalare Data, Fjerdingby Illustrasjoner: Ellef Wahlstrøm, Ove Auli og leverandører av utstyr. Forsidefoto: ©Don Landwehrle/THE IMAGE BANK Printed in Norway by: PDC Tangen, 2004 ISBN 82-585-1130-0

Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverk­ loven eller avtaler om kopiering inngått med KOPINOR, interesseorgan for rettighetsshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan føre til erstatningsansvar og inndraging, og kan straffes med bøter eller fengsel.

FORORD

Automatiserte anlegg dekker modul 8, 9 og 10 i studieretning for elektrofag i læreplanen for videregående kurs I elektro. Boka er også et godt utgangspunkt for opplæring i modulene Motoranlegg og Styre- og reguleringsteknikk i lære­ planen for VKII/Bedrift elektrikerfaget. Boka er godkjent etter Reform 94. Automatiserte anlegg er delt inn i fem deler:

•

generell del, som dekker fellesmål for studieretningsfagene, internkontroll og kvalitetssikring i modul 8, 9 og 10

•

motoranlegg, modul 8 mål 1

•

reléstyringer, modul 9 mål 1

•

programmerbare styringer, modul 9 mål 2

•

reguleringsteknikk, modul 10 mål 1

Det er lagt vekt på at sikkerheten i styresystemer ivaretas ut over kravene i for­ skriften FEB 91. Spesielt er det lagt vekt på arbeidstilsynets forskrift for maskiner (maskindirektivet) og europanormen NEK -EN 60204-1 Maskinsikkerhet Elektrisk utstyr i maskiner. Det gjør det mulig å konstruere en styring etter kravene til CE-merking. En orientering om risikovurdering av maskiner er tatt med, slik at kravene til et styresystem kan vurderes. Boka er bygd opp slik at den kan brukes uavhengig av hvilken lærebok som ble benyttet i grunnkurs elektro. Nødvendig lærestoff om givere, logikk og liknende er tatt med på en grunnleggende måte.

En del av illustrasjonene er hentet fra produktkataloger, brosjyrer, forskrifter og normer. De firmaene som er nevnt nedenfor, har velvillig stilt sine data og illus­ trasjoner til rådighet. Jeg vil rette en takk til

Siemens A/S, motordata og normer Omron A/S, PLS og styringskomponenter

Kløkner Moeller, sikringsautomater Sampson in Control, reguleringsventiler

Alcatel Norge, Telemekanikk kontaktorer og motorvernbrytere NEK Norsk Elektroteknisk Komité, diverse normer

Danfoss A/S, frekvensreguleringer og industritermostater Fluke, instrumenter SKF, industrilager Philip Hauge, sikkerhetsbrytere

Haugesund Maritime videregående skole, internkontrollsystem Jacob safety, sikkerhetsreleer MicroMatic, termostater og givere

Peppel+Fuchs, berøringsløse givere

Trimod- Besta, nivåbrytere Solberg Andersen, elektronisk temperaturregulator Clausen & Kaldager, trykkbrytere

Rosemount Measurement, måleverdiomformere i prosessindustrien

Haugesund, januar 1998 Ellef Wahlstrøm

Innhold 5

INNHOLD

FORORD, 3 0 GENERELL DEL, 11 Felles mål for studieretningsfagene, 12 Internkontroll og kvalitetssikring, 13 Internkontroll. 14 § 11 Utforming av internkontroll­ systemet, 15 § 12 Internt tilsyn, 15 § 13 Samordning, 15 § 14 Dokumentasjon. 16 Kvalitetssikring, 16 Mål, 17 Organisasjonsplan. 19 Planlegging og styring, 20 Avvik og korrigerende tiltak, 22 Evaluering underveis, 24 Sammendrag, 26

1 MOTORANLEGG OG LIKERETTING. 27 Enfasede og flerfasede likeretterkoblinger, 29 Enfasekoblinger, 29 Enveis enpulskobling, 29 Enveis topulskobling (midtpunktkobling av en puls), 30 Toveis topulskobling (brokobling av to pulser), 31 Trefasekoblinger, 32 Enveis trepulskobling (midtpunktkobling av tre pulser), 32 Toveis sekspulskobling (brokobling av tre faser), 33 Filtrering (glatting) av en likespenning, 33 Rippel- eller brumspenning, 34 Rippelspenningens størrelse og frekvens, 34 Rippelspenningens størrelse, 34 Rippelspenningens frekvens, 35 Passive filter. 36 Kondensator som glattefilter. 36 LC glattefilter (n-filter), 37

LC-filter, 38 Aktive filter - spenningsregulering, 39 Svitsjemodusstrømforsyninger, 40 Litt måleteknikk. 41 Effektiv- og middelverdi og amplitude, 42 Effektivverdi (RMS), 42 Middelverdi. 42 Maksimalverdi eller amplitude, 43 Forholdet mellom maksimalverdi, middelverdi og effektivverdi, 43 Formfaktoren, 43 Måling av ikke-sinusformet strøm og spenning. 45 Sann effektivverdi, «True RMS», 45 Måling av kraftforsyningens strøm­ forbruk, 45 Motornormer, standarder og vedlikehold, 48 Byggeformer, 48 IM-normen (IEC 34-7), 48 Kjøling, 51 Kapslingsarter, 53 IP-normen (NEK-EN 60 529) (FEB 91 § 202), 53 Isolasjonsklasser, 54 Kontroll av en motors temperatur­ økning ved merkelast. 55 Likestrømsmotorer. 55 Standard klemmemerking, 56 Prinsipper. 57 Ankerreaksjon og vendepoler, 59 Drift, 60 Start, 60 Beregning av en startmotstand., 61 Shuntmotoren, 62 Turtallsregulering av en shuntmotor. 64 Viktig for shunt- og kompoundmotorer:, 64 Bruksområder, 65 Sammendrag, shuntmotoren. 65 Seriemotoren. 66

6 Innhold

Turtallsregulering av en seriemotor, 67 Beregning av startmotstand og moment, 67 Bruksområder, 68 Sammendrag, seriemotoren, 68 Kompoundmotoren. 69 Moment- og reguleringskarakteristikk, 70 Bruksområder, 71 Sammendrag, kompoundmotoren, 71 Motor med fremmedmagnetisering, 71 Egenskaper, 71 Regulering av likestrømsmotorer, 72 Ankerspenningsregulering, 72 Ward-Leonard-omformeren, 72 Autotransformatorregulering av en likestrømsmotor, 74 Tyristorregulering av en likestrøms­ motor, 74 Vekselstrømsmotorer, 75 Standard klemmemerking og grafiske symboler, 75 Asynkronmaskiner, 76 Statoren, 76 Rotoren, 77 Kortslutningsrotoren, 77 Sleperingsrotoren, 78 Det synkrone dreiefeltet, 79 Endring av dreieretning, 81 Rotorens asynkrone turtal 1. 82 Rotorens sakking (slipp). 83 Asynkronmaskinens koblingsbilder, 84 Strøm- og spenningsforhold ved stjerneog trekantdrift, 85 Virkningsgrad, 89 Merkeskilt, 89 Enfasede asynkronmaskiner, 90 En enfaset asynkronmotor med hjelpevikling. 91 Endring av dreieretning, 92 En enfaset asynkronmotor med to like viklingen 93 Skyggepolmotoren, 93 Trefasemotoren som enfaset motor (Steinmetz-kobling), 94 Ulike startmetoder, 95 Belastningens krav til momentet. 95 Heisbevegelse, 95 Stempelpumpe, 95 Vifte, 96 Svinghjul, 96 Direktestart, 98 Vekselstrømsmotorens moment, 100 Normalmoment og maksimalmoment (kippmomentet), 101 Valg av motor, 102 Start med redusert startstrøm, 104 Resistansstart, 104

Kusa-kobling, 105 Transformator-Ælrosselstart, 105 Y/D-start, 106 Mykstart, 108 Sleperingsstart, 111 A beregne startmotstanden, 112 Turtallsregulering av asynkronmotoren, 114 Polomkobling, 114 Separate viklingen 114 Dahlander- og PAM-viklinger, 116 Sleperingsmotor, 118 Frekvensregulering, 119 Konstant moment, 119 Oppbygning, 119 PWM-og PAM-regulering, 122 PAM, 122 PM W. 123 Bremsing, 124 Elektromekanisk brems, 124 Elektrisk bremsing, 126 Motstrømsbrems, 126 Likestrømsbrems, 127 Oversynkron brems, 128 Valg av kabel og utstyr i et motoranlegg, 128 Kontaktorer, 129 Strøm- og spenningsforhold. 129 A bryte lysbuestrømmen, 129 Driftskategoriene AC 1-4, 11. 130 Valg av kontaktor. 131 Elektroniske kontaktorer. 133 Kompaktstartere, 135 Motorvernbryter, 136 Overbelastningsvern (motorvern), 139 Bimetallet. 142 Elektronisk vern, 145 Motorer med tung start eller lang starttid, 145 Midlertidig utkobling av motorvernet, 146 Motorvern for lang starttid. 146 Valg av motorvern. 147 Motorvern ved Y/D-drift. 149 Vern og enfasemotorer, 149 Tilkobling av motorer til IT-, TT- og TN-nett. 150 Kortslutningsvern for motorkurser, 151 Motorvernbrytere. 153 Kompaktstartere, 153 Utløsekarakteristikker. 153 Utløsekarakteristikker for B-, C- og Delementautomater. 155 Dimensjonering av kabel og kortslutnings­ vern. 157 Huskeliste for beregning og kontroll av motorkurser:. 157 A velge kabel ut fra Ib, forlegning og strømføringsevne, 158

Innhold 7

Kortslutningsberegninger, 158 Beregning av impedanser, 161 Beregning av den ytre impedansen, 163 A beregne minste kortslutningsytelse i enden av kabelen ved IT-, TT- og TN-nett, 163 Kobberkabel - Cu, 164 Aluminiumskabel - Al, 164 Å beregne minste lederareal ut fra kravet til et maksimalt spenningsfall, 166 A velge kortslutningsvern, 167 A beregne hva kabelen tåler av gjennomsluppet energi, 168 A undersøke hva vernet slipper igjennom av energi ved Jk3 maks, 169 A undersøke vernets utløsetid ved minste kortslutningsytelse, 171 A beregne berøringsspenning og utløsetid, 172 IT-nett, 172 TT-nett, 173 TN-nett, 175 Eksempel på en komplett beregning av en motorkurs for IT- og TN-nett, 176 Vedlikehold av maskiner, 182 Mekaniske kraftoverføringer, 182 Koblingsdrift, 182 Reimdrift, 184 Lager, 185 Rullingslager, 185 Lagertetninger, 187 Smøring, 187 Demontering og rengjøring, 188 Rengjøring, 189 Montering, 189 Verneutstyr og miljøhensyn, 190 Kjemisk helsefare, 190 Personlig verneutstyr, 191 YL-merking, 192 Stoffkartotek og produktdatablad, 193 Tekniske innretninger, 193 Sikkerhetsbrytere. 193 Arbeidstilsynets forskrift for tekniske innretninger (1994):, 194 FEB 91:, 194 Europanorm EN 60204 - 1, 195 Fargekode og merking av sikkerhets­ brytere, 197

2 STYREKRETSER - KOMPONENTER, DOKUMENTASJON OG SIKKERHET. 198 Releer og givere, 199 Releer, oppbygning og bruksområde, 199 Momentane kontakter, 200 Kontaktsett med en spesiell funksjon, 201

Tidskontakter (påbygginssblokker), 202 Kontakter som har et forsinket tilslag, 202 Overlappende kontakter («make before break»), 203 Kontakter som opererer ørlite raskere eller ørlite senere enn en vanlig momentankontakt, 203 Tidsreleer, 204 Elektroniske og totråds mekaniske tidsreleer (rene tidsreleer), 204 Tidsrelé med forsinkelse ved både til­ slag og fraslag, 206 Tidselementer (toleder-forsinkelseselementer), 207 Tellere, 208 Remanensrelé, 210 Givere, 212 Givere, mekaniske, 213 Grensebrytere, 213 Nivåbrytere, 217 Trykkbrytere, 219 Berøringsløse givere (næreffekt). 221 Induktive givere, 222 Internasjonale fargekoder på ledere, 226 Givere med bare to ledere. 226 NAMUR. 228 Kapasitive givere, 229 Magnetstyrte givere, 232 Strømningsvakter, 233 Optiske givere (fotoceller), 235 Skumringsbrytere (fotocellebrytere), 241 Forskriftskrav til styring av automatiserte anlegg, 242 CE-merking, 242 Maskindirektivet, 243 EMC-direktivet, 244 Lavspenningsdirektivet, 245 Maskinforskriftens krav til et styresystem. 245 § 19 Styresystemets sikkerhet og pålitelighet, 245 § 21 Igangsetting (bare delvis referert), 245 § 22 Stoppinnretninger (bare delvis referert), 246 § 24 Svikt i energitilførselen (bare delvis referert), 246 § 25 Svikt i styringskretsen, 247 § 36-37 Krav til verneinnretninger og sikkerhetsinnretninger (bare delvis referert), 247 § 55 Frakobling av energikilder (bare delvis referert), 247 Norske normers krav til et styresystem, 248 § 9 Styrekretser og styresystemer, 248

8 Innhold

Farge på koblingsledninger i styreskap og startere, 251 Minstearealer på styrestrømsledere, 251 Startbrytere, 252 Stoppfunksjoner, 252 Stopp, 253 Start og stopp, 253 Nødstopp, 254 Sikkerhetsbrytere, 257 Farge på brytere og signallamper, 260 Risikovurdering av maskiner, 261 Risikoanalyse, 261 Sikkerhetskategori:, 263 Sikkerhetsreleet, 264 Sikkerhetskategori B, 265 Sikkerhetskategori 1,266 Sikkerhetskategori 2, 266 Sikkerhetskategori 3 og 4, 267 Elektroniske styresystemer (PLS) og sikkerhet, 268 Dokumentasjon generelt. 269 5.01 Generell informasjon. 270 5.02 Tekniske og økonomiske beregningen 270 5.03 Oversikt, 270 5.04 Installasjon. 271 5.05 Kretsbeskrivelse. 271 5.06 Apparat- og utstyrsbeskrivelse, 271 5.07 Beskrivelse av programvare, 271 5.08 Sammenkobling. 272 5.09 Drift og vedlikehold. 272 Tegningsformater og tittelfelt. 272 Tegningsformater, 272 Tittelfelt. 273 Rammer og strektyper, 274 Linjer, 275 Referansesystemer. 275 Funksjonsmerking =, 276 Produktbasert merking 277 Plasseringsmerking +, 280 Oversiktsskjema, 282 Installasjon, 283 Kursfortegnelse, 283 Enlinjet representasjon, 285 Enlinjede skjemasymboler, 286 Kretsbeskrivelse, 286 Systemoversikt (prosessoversikt), 286 Hovedstrømsskjema, 287 Funksjonsrett representasjon, 288 Apparatbilde og tabell, 288 Henvisningssystemet, 288 Merking av komponenter, 288 Forlegningsrett representasjon, 290 Identifisering av forbindelseslinjer, 291 Symboler til bruk i kretsskjemaer, 292 Koblingstabeller, 292 Feilsøking og reparasjon, 295

Sikkerhet ved arbeid i lavspenningsanlegg - SL, 295 Strømmens virkning på kroppen, 295 Hjertemassasje og kunstig åndedrett, 297 Brannskader, 297 Forebyggende tiltak, 297 Tekniske forskrifter, 297 Sikkerheten til driftspersonellet, 298 Slike driftsforskrifter er, 298 Ulykker ved industrianlegg, 298 Elektromontør skadet etter kort­ slutning i 400 V anlegg, 298 Strømgjennomgang medførte at en montør måtte amputere en del av en finger, 299 Elektromontørlærling skadet av lysbue, 299 Grunnlaget for sikkerhetsforskriftene, 299 Planlegging og informasjon, 300 Foranstaltninger, 300 Et frakoblet anlegg, 301 Et spenningsførende anlegg. 301 Verneutstyr. 301 Utdrag av sikkerhetsforskriftene. 302 Sikkerhet ved arbeid i lavspennings­ anlegg - SL. 302 3 LOGIKK OG PROGRAMMERBARE STYRINGER. 304 Logikk, logisk algebra og sannhetstabeller, 304 Logisk funksjonsligning, 305 Inverterte signaler, 307 Logiske grunnelementer. 309 " 0G?AND), 309

ELLER (OR), 310 NOG(NAND), 310 NELLER(NOR), 311 Eksempler på bruk av OG, ELLER og IKKE, 312 Sannhetstabeller, 313 de Morgans teoremer, 316 Holdekretser og bruk av vipper, 318 Flere logiske elementer, 322 EKSKLUSIV NELLER eller XNOR, 322 EKSKLUSIV ELLER eller XOR. 323 PULSFORKORTER eller «single shot», 324 Pulsforkorter for stigende flanke, 324 Pulsforkorter for synkende flanke, 324 Tidselementer, 326 Taktgivere og tellere, 328 Tellere, 330 PLS-styrte anlegg, 332 PLS-ens oppbygning, 333 Programmeringsenheten, 335 Inngangsmodulen, 336 CPU, sentralenheten, 337

Innhold 9

Brukerminnet, 338 Digitale utvidelser, 338 Digitale utvidelser, innganger, 339 Digitale utvidelser, utganger, 340 Analoge utvidelser, 342 Programmering, 344 Tilordningslister, minnebruk, 346 Bit, byte og ord, 349 Instruksjonsliste, kontaktplan og funksjonsblokk, 350 Instruksjonsliste (IL), 350 Strukturert tekst (ST), 352 Kontaktplan (LD), 353 Funksjonsblokk (FBD), 355 Programmering av grunnelementene, 357 OG- og ELLER-funksjonen, 358 Inverterte signaler, 359 Kombinasjoner av OG og ELLER, 360 Flere kombinasjoner, 360 Tidselementer og tellere, 362 Tidselementer, forsinket inn, 362 Tidselementer, forsinket ut, 363 Tellere, 363 Reversible tellere, 364 Vipper, 364 Minneadresser med remanens, 365 Syklustider, 366 Syklustid og reaksjonstid, 367 Overføring fra PC til PLS, 367 Tilkobling av ytre komponenter, 369 Test av inngangs- og utgangssignaler, 373 Inngangssignaler, 373 Utgangssignaler, 375 Sikkerhetskrav, nødstopp, vern, start og stopp, 375 Primær og sekundær styring, 375 Kommentar til forskriftene, 377 Sekvensielt funksjonskart (SFC) etter IEC 848 oglEC 1131-3, 378 Trinnsymboler, 379 Aktivitetssymboler, 382 Aktivitetssymboler med indeks, 384 N - ingen («non»), 384 D - forsinket («delayed»), 384 L - begrenset («limited»), 385 P - puls («pulse»), 386 S - lagret («set»), 386 R - resett («overriding reset»), 386 C - betingelse (conditional), 387 Kombinasjoner av flere indekser, 388 Et eksempel på bruk av aktivitetsrektangler:, 388 Referanser, 390 Valg mellom flere sekvenser, 391 Parallelle sekvenser, 392 Dokumentasjon av PLS-anlegg, 393 Programdokumenter, 393

Systembeskrivelse, 393 Programspesifikasjon, 393 Program og datalister, 394 Koblingsdokumenter, 394 Internt koblingsskjema, 394 Eksternt koblingsskjema, 395 Rekkeklemmeskjema eller -tabell, 395 Kabelliste, 395 Eksempel på programdokumentasjon, 396 Systembeskrivelse =A3 Uttransport, 397 Programspesifikasjon =A3 Uttransport, 397 Oversiktsskjema, 398 Funksjonsforklaring, 398 Funksjonsskjema, 400 Komponentliste =A3, 401 Tilordningsliste for inngangs- og utgangs­ signaler, 402 Programliste som en kontaktplan (LD) eller en funksjonsplan (FBD) (logikkblokker) med tilhørende forklaring, 403 Et PLS-program presentert som en kontaktplan (LD), 404 Et PLS-program presentert som en funksjonsblokk (FBD), 406 Instruksjonsliste -IL, 409 Tilordningsliste over minnebruk (hjelpeminner, vipper, tidselementer, tellere o.L), 410 Internt koblingsskjema, 411 Eksternt koblingsskjema, 412 Rekkeklemmeskjema eller -tabell, 414 Kabelliste, 416

4 REGULERINGSTEKNIKK, 417 Reguleringsprinsipper, 418 Innledning, 418 Symboler og koder, 418 Regulatortyper, 423 Av/på-regulering, 423 Termostater, 425 Bimetalltermostaten, 425 Akselerasjonselementet, 427 Nattelementet, 428 Den elektroniske termostaten, 428 Industritermostaten, 429 Trykkbrytere, pressostaten, 431 Flottører, 433 Tungereleets oppbygning, 434 Trepunktregulering av varme, 436 To termostater og en enfasekobling, 436 To termostater og en Y/Dregulering, 436 Kontinuerlig regulering - P, PI og P1D, 437 P-regulering, 438 Blokkvis oppbygning, 439

10 Innhold

Definisjoner, 440 Standardsignaler, 441 Standard pneumatiske signaler:, 442 Standard elektriske signaler:, 442 Forsterkning, 442 Direktevirkende og reverserte regulatorer, 443 Formel for P-regulering, 444 Skjematisk P-regulering. 444 Grafisk P-regulering, 445 Proporsjonalbånd, 447 Varmeregulator med pulsutgang, 449 Pl-regulatoren, 450 PID-regulatoren, 452 Å velge P, PI eller PID etter hvilket krav som stilles i prosessen, 454 «Fuzzy»-regulatoren, 455 Måling av fysiske størrelser. 456 Måleverdiomformere (transmittere). 456 Firelederomformere, 456 Tolederomformere, 456 Temperaturmåling, 457 Termoelektriske elementer, 457 Forskjellige typer termoelementer, 460 Resistanstermometer, 461 Termistorer. 465 Et eksempel på regulering av temperaturen. 466 Trykkmåling og trykkgivere. 467 Trykkmåling i SI-systemet, 467 Overtrykk, undertrykk, differansetrykk og absolutt trykk, 468 Overtrykk. 468 Undertrykk, 468 Differansetrykk, 468 Absolutt trykk. 468 Trykkgivere. 469 Bruk av trykkmålere til nivåmåling, 471 Differensialtrykkmåling, 472 Kapasitiv målemetode. 474 Strømningsmålere. 476 Dp-cellen som mengdemaler. 476 Magnetiske mengdemålere, 478 Virvelstrømsmålere («vortex flowmeter»), 479 Rotameter, 480 Turbinmålere, 481 Justering av måleverdiomformere (kalibrering), 482 Maksimalområde («range»), 482 Nullpunkt («zero»), 482 Maksimalpunkt («span»), 482 Linearitet, 483 Hysterese, 484

Justering av måleverdiomformere, 485 Generell justeringsprosedyre, 485 Nullpunkt og maksimalpunkt, 485 Linearitet, 486 Smart teknologi, 486 Prosedyre (Rosemount), 488 Pådragsorganer og forstillingsmekanismer, 488 Ventiltyper, 489 Ventilkarakteristikker, 490 Ventiler med en membranmotor (pneumatiske aktuatorer), 491 Ventilstillingsmekanismer («positioners»), 492 Ventiler med en elektrisk motor, 493 Signalomforming I/P og P/I, 493 Effektregulatorer, 496 Turtallsregulering, 497 Prosesstyper og prosessdata, 499 Sprangresponskurver, 499 Dødtid og tidskonstanter. 501 Tidskonstanter, 501 Dødtid, 502 Flere dødtider og tidskonstanter i kombinasjon, 503 Prosessforsterkning, 505 Åpen og lukket sløyfe, 506 Lukket sløyfe, 506 Åpen sløyfe. 506 Kritisk forsterkning (kritisk proporsjonalitet) og kritisk svingetid. 506 Funksjonsprøving og optimalisering. 508 Å beregne beste innstilling I (Ziegler og Nichols første regel), 508 Å beregne beste innstilling II (Ziegler og Nichols andre regel), 510 4 : 1-kriteriet (kontroll av resultatet). 511 Automatisk justering, 512 Dokumentasjon av reguleringssløyfer, 512 Forslag til dokumentasjon:, 513 Liste over dokumentene i beskrivelsen. 513 Anleggsbeskrivelse. 513 Oversiktstegning, 514 Prosessbeskrivelse, 514 Instrumentert flytskjema, 514 Arrangementstegning. 514 Kretsskjema for hver reguleringssløyfe, 514 Instrumentliste, 515 Kalibreringsskjema for givere og omformere, 515 Beregninger, 515 Innholdsfortegnelse:, 516

STIKKORD. 527

Generell del 11

0

GENERELL DEL

Etter dette kapitlet skal eleven a) kjenne de grunnleggende prinsippene for kvalitetssikring og internkontroll ifølge dokumentasjon, revisjon og dokumentasjon av avvikskontroll

b) kunne foreta en analyse av lærings- og arbeidsmiljøet og kunne delta i å for­ bedre helse-, miljø- og sikkerhets­ messige forhold

Figur 0.001

Et moderne menneske er helt avhengig av den teknologien som elektrisiteten gir oss. Elektrisitet finner stadig nye anvendelsesområder i industri, hjem og fritid. Elektriske maskiner er grunnlaget for all industri. Det skjer en kontinuerlig utvikling av elektriske verktøy og redskaper som brukes i håndverk og industri­ produksjon. Elektriske signaler brukes i stadig større omfang til å styre og regulere alle typer maskiner og utstyr. Kommunikasjon mellom mennesker skjer i større og større grad med elektriske systemer som telefon, televisjon, telefaks og elektronisk post.

12 Generell del

På alle plan blir vi mer og mer avhengige av elektroteknikk og elektrisitet som drivkraft og som styrings- og formidlingsredskap.

Arbeidet med elektrisitet krever stor nøyaktighet og kunnskap om hvilke krefter som kan slippes løs, og om risikoen ved feil i de elektriske systemene. Arbeidet krever en logisk tenkemåte i kombinasjon med gode teoretiske og praktiske kunnskaper. Fagfeltet er i en rivende utvikling, noe som krever kontinuerlig opplæring og fornying av kunnskap for alle som arbeider i faget. Samfunnet kre­ ver at vi som elektrofagfolk ikke bare skal kunne den rent elektrotekniske hver­ dagen, men at vi også i større og større grad kan se faget i sammenheng med det miljøet som omgir oss. Det er viktig at vi ved planleggingen av anlegg og syste­ mer ikke bare tenker rent elektrofaglig, men samtidig ivaretar miljøet og om­ givelsene på en god måte.

Videregående kurs I elektro kvalifiserer for videre opplæring i en rekke yrker der det utføres installasjoner, vedlikehold og reparasjoner av elektriske systemer og anlegg.

FELLES MÅL FOR STUDIERETNINGSFAGENE Utdrag av mål og hovedmomenter i læreplanen for den videregående opplæringen: Eleven skal • kunne utføre arbeidet etter gode arbeidsprosedyrer. bruke verktøy og utstyr riktig, arbeide nøyaktig og være i stand til å utnytte materialene godt

• kunne utføre arbeidet fagmessig og holde orden under arbeidet • kjenne de grunnleggende prinsippene for kvalitetssikring og internkontroll ifølge dokumentasjon, revisjon og dokumentasjon av avvikskontroll • kjenne den betydningen elektrisk energi har hatt for samfunnsutviklingen i Norge • vise respekt for og kunne anvende lover, forskrifter og regler og kunne arbeide etter etiske normer som gjelder for området • kjenne til de nordiske lands energikilder og samarbeidsformer for energi­ overføring og kunne sette dette inn i et globalt perspektiv • kunne legge til rette for samarbeid og kunne samarbeide med andre på skolen og i arbeidsforhold • vise kreative, praktiske og eksperimentelle evner til å løse oppgaver • vise en god serviceinnstilling og kunne kommunisere med andre •

vise omsorg, ansvar og respekt for andre

Generell del 13

• kunne ta selvstendige avgjørelser • kunne ta ansvar for sin egen læring ved å organisere arbeidet, sette seg mål og delta i evalueringen • kunne foreta en analyse av lærings- og arbeidsmiljøet og kunne delta i å for­ bedre helse-, miljø- og sikkerhetsmessige forhold • kunne bruke erfaringer og kunnskap tverrfaglig • kjenne til den tekniske utviklingen i fagene og hvordan ny teknologi brukes • ha grunnleggende kunnskaper og systemforståelse som kan danne grunnlaget for videre utdanning og yrkesvalg

Fellesmålene for den videregående opplæringen er til sammen uhyre krevende. Både institusjoner som driver opplæring, og den enkelte eleven har foran seg en enorm oppgave. Det vil føre for langt å ta for seg alle enkeltdelene i felles­ målene i denne boken, men mange av momentene inngår i de kapitlene som føl­ ger utover i boken. Andre deler av momentene hører mer naturlig til fag som fel­ les allmenne fag, produksjon, overføring og fordeling av elektrisk energi, elek­ triske bygningsinstallasjoner og kommunikasjons-, signal- og alarmanlegg.

INTERNKONTROLL OG KVALITETSSIKRING Kvalitetssikringssystemer slik de for eksempel er beskrevet i ISO 9000-serien, har mye til felles med internkontrollsystemer i oppbygning og systematikk. Mens den tradisjonelle kvalitetssikringen tar for seg kvaliteten på produkter og tjenester, dreier internkontrollen seg om kvalitetssikring av arbeidsmiljøet. Mange bedrifter har valgt å utvikle kvalitetssikringen og internkontrollen som integrerte eller delvis integrerte systemer. Hvilken modell som velges, er opp til den enkelte bedriften eller institusjonen. Men kravene til systematikk, ansvar og dokumentasjon er de samme.

14 Generell del

Internkontroll (Delvis gjengivelse av forskrift om internkontroll) Forskrift om internkontroll gir bestemmelser om at den som er ansvarlig for en virksomhet (en virksomhet er for eksempel en bedrift, en skole eller et sykehus), plikter å sørge for en systematisk oppfølging av de gjeldende kravene i arbeids­ miljøloven, forurensingsloven, brann- og eksplosjonslovgivingen, produktkontrolloven, sivilforsvarsloven og lov om tilsyn med elektriske anlegg og elektrisk utstyr. Formålet er å fremme helse, miljø og sikkerhet. Forskriften understreker ledelsens særlige ansvar, men forutsetter bred medvirkning fra alle i virksomheten. Formålet med internkontrollforskriften er derfor bl.a. å få den ansvarlige for virksomheten til å

- klargjøre sine mål for virksomhetens helse-, miljø- og sikkerhetsarbeid - få til en tydelig og hensiktsmessig fordeling av oppgaver i helse-, miljø- og sikkerhetsarbeidet og en oppfølging av tiltakene - passe på at virksomhetens ansatte har tilstrekkelig kunnskap og andre forut­ setninger for å klare oppgavene

- systematisk identifisere og bedømme risikoen i arbeidet og ved de produk­ tene som benyttes, tilvirkes, importeres eller omsettes

- systematisk gjennomføre tiltak for å bedre helse, miljø og sikkerhet bl.a. gjennom en aktiv tilpasning av målene for hele virksomheten og for eksem­ pel ved planlegging og oppfølging i skriftlige og tidfestede handlingsplaner - dokumentere organisasjonen i den utstrekning det er av betydning for hånd­ teringen av helse-, miljø- og sikkerhetsspørsmål, og dokumentere rutiner for styring og kontroll av virksomheten - kontinuerlig følge opp, vurdere og eventuelt endre systemet for internkon­ troll I mange bedrifter finnes det allerede rutiner og prosedyrer for å ivareta helse, miljø og sikkerhet. Kravet til systematikk innebærer at virksomheten skal videreutvikle og skape en helhet i de rutinene og prosedyrene som finnes. Det er meget viktig at helse-, miljø- og sikkerhetsspørsmål håndteres i tråd med denne forskriften. Det er ikke nødvendigvis hensikten at det skal utvikles et helt nytt system eller en ny organisasjon ved siden av den som trengs for å drive virk­ somheten.

En medvirkning fra arbeidstakerne er både en grunnleggende forutsetning og en demokratisk rettighet når virksomhetens internkontrollsystem skal bygges opp

Generell del 15

og følges opp, og når handlingsplaner skal utarbeides. Arbeidstakerne utgjør en vesentlig ressurs fordi de har daglig erfaring med virksomheten. Medinnflytelse er også viktig i seg selv som arbeidsmotivasjons- og læringsfaktor. Medinn­ flytelse vil skape en større sikkerhet for at de rutinene som blir etablert, faktisk også blir etterlevd.

§11 Utforming av internkontrollsystemet

Det framgår av forskriften at den som er ansvarlig for virksomheten, skal utforme internkontrollsystemet. Internkontrollsystemet skal bl.a. inneholde 1 ledelsens mål for virksomhetens miljø- og sikkerhetsaktiviteter

2 en beskrivelse av hvordan virksomheten er organisert, herunder myndighetsog ansvarsområdet for virksomhetens miljø- og sikkerhetsaktivitet med hen­ visning til eventuelle stillingsinstrukser

3 beskrevne rutiner og prosedyrer for hvordan virksomheten skal etterleve lover og forskrifter, der det også framgår hvem som er ansvarlig for under­ søkelser og for å gjennomføre de nødvendige tiltakene, og for hvordan disse tiltakene skal utføres og følges opp 4 en beskrivelse av hvordan internkontrollsystemet systematisk og regelmessig oppdateres, og hvordan endringer i systemet blir meddelt virksomhetens ansatte og andre berørte

§ 12 Internt tilsyn

Den som er ansvarlig for virksomheten, skal føre tilsyn med internkontrollsyste­ met. Tilsynet skal foregå i samarbeid med representanter for de ansatte.

§ 13 Samordning

Den som er ansvarlig for virksomheten, er også ansvarlig for å samordne intern­ kontrollen for alle aktivitetene i virksomheten og skal

- så vidt mulig bygge på de internkontrollsystemene som er etablert hos de entreprenørene og leverandørene som benyttes - vurdere om det bør foretas tilpasninger i internkontrollsystemet og/eller i de internkontrollsystemene som er etablert av de entreprenørene og leveran­ dørene som benyttes

16 Generell del

§ 14 Dokumentasjon

Den som er ansvarlig for virksomheten, skal skriftlig dokumentere internkon­ trollsystemet og hvordan det gjennomføres. Sertifikater kan inngå som en del av dokumentasjonen. Den som er ansvarlig for virksomheten, skal til enhver tid holde dokumentasjonen tilgjengelig for myndighetene.

Kvalitetssikring Haugesund maritime/tekniske videregående skole har utarbeidet og satt i drift et kombinert kvalitetssikringssystem, heretter kalt KS, og et internkontrollsystem. KS-systemet baserer seg på NS-ISO 9004-2-standarden og vil teknisk være til­ nærmet lik de standardene som benyttes i næringslivet. Med tillatelse fra skolens ledelse gjengir jeg her korte utdrag av KS-systemet som et eksempel på hvordan slike systemer kan bygges opp.

Generell del 17

Mål

Haugesund Maritime/Tekniske videregående skole

KVALITETSHÅNDBOK

Dok.nr: Side Rev.nr: Dato: Lsign:

av

Vsign:

1.3 OFFENTLIGE MYNDIGHETER OG INTERNKONTROLL Kvalitetssystemet skal ivareta de kravene til internkontroll som er fastsatt i Forskrift for intern­ kontroll ved kgl.res. av 22.03.91. 1.3.1. MÅL Skolens målsettinger og kvalitetspolitikk er uttalt i KS-systemet og er en del av Rogaland fylkeskommunes overordnede mål. Internkontroll er å påse at gjeldende lover, forskrifter og interne retningslinjer og bestemmelser blir overholdt innen områdene helse, miljø og sikkerhet.

Internkontrollen skal være et av de redskapene som skolen vil bruke i et aktivt arbeid med helse, miljø og sikkerhet for ansatte og elever. Skolens KS-system skal være et styringsverktøy for virksomheten, og rektor er ansvarlig for at - lover og forskrifter om helse, miljø og sikkerhet blir fulgt - statistikk over sykefravær, yrkesskader og nestenskader blir ført - ledelsen og de ansatte vet hvilke bestemmelser som gjelder - det planlegges og iverksettes tiltak for å forebygge helseskader - det nøye undersøkes hva som er årsaken når noe går galt, og at tiltak iverksettes for å hindre gjen­ takelse - det tas hensyn til helse, miljø og sikkerhet ved innkjøp, nybygging og ombygging - det etableres et dokumentasjonssystem Internkontrollforskriften understreker lederens ansvar for helse, miljø og sikkerhet, jfr arbeidsmiljø­ loven § 14.

Dette fritar imidlertid ikke arbeidstakerne for ansvar for å medvirke til: - internkontroll - å iverksette tiltak for å forebygge skader og ulykker - å skape et godt arbeidsmiljø - å utføre arbeidet i samsvar med påbud og instrukser - å melde fra om feil eller mangler gjennom avvikssystemet - å rette feil umiddelbart

1.3.2 ORGANISASJONSPLAN - Skolens organisasjonsplan - Verneombud og koordinerende verneombud - Elevvernombud/tillitsvalgt - Organisering av en arbeidsmiljøgruppe, AMG 1.3.3 VERNETJENESTEN For å ivareta vemetjenesten for ansatte og elever skal det etableres verneområder og verneombud i henhold til arbeidsmiljøloven.

1

Verneområder: Teorirom, brakker og kjemilab Maskinverksted, maskinhall og sjøhus Elektrolab, hovedbygg, lab A. B, C. D og E Radiohus, Smedesundet 21 og prosesshall Hele skolen for andre tilsatte

Figur 0.002

18 Generell del

I tillegg til målene beskriver den første delen av KS-systemet forholdet til - offentlige myndigheter - organisasjonsplaner - vernetj enesten - helse, miljø og sikkerhet (HMS) - stoffkartotek - brannvern - avfallshåndtering - statistikk - forsikring

- distribusjonsprosedyre

Generell del J9

Organisasjonsplan

Organisasjonsplan for hele skolen Som det framgår av organisasjonsplanen, har alle berørte parter innflytelse på og er en del av det totale KS-systemet. Elevene har medvirkning gjennom elev­ rådet, skoleutvalget, tilsettingsutvalget og direkte gjennom tillitsvalgte eller gjennom lærere.

Haugesund Maritime/Tekniske videregående skole

1.3.2

KVALITETSHÅNDBOK

Dok.nr: Side av Rev. nr: Dato: Lsign:Vsign:

ORGANISASJONSPLAN Haugesund Maritime/Tekniske videregående skole

20 Generell del

Planlegging og styring

Planlegging og styring er en svært omfangsrik del av KS-systemet. For elektro­ avdelingen er planleggingen delt opp i detaljerte, spesifikke planer for hver klasse og for hvert enkelt fag. Se figur 0.004.

Haugesund Maritime/Tekniske videregående skole

KVALITETSHÅNDBOK

INNHOLDSFORTEGNELSE KAPITEL 3, Elektro

3.

Planlegging og styring

3.1

Generelt

3.2

Undervisningsplaner

3.2.1

Undervisningsplaner grunnkurs elektrofag

3.2.2

Undervisningsplaner VIElektro (VIE)

3.2.3

Undervisningsplaner VIElektronikk (VIS)

3.2.4

Undervisningsplaner V2 Elektro/automasjon (V2EA)

3.2.5

Undervisningsplaner V2Elektronikk (V2S)

3.2.6

Undervisningsplaner TF l.kl. Elektronikk (T1S)

3.2.7

Undervisningsplaner TF 2.kl. Elektronikk (T2S)

3.2.8

Undervisningsplaner TF l.kl. El.kraft (TIE)

3.2.9

Undervisningsplaner TF 2.kl. El.kraft (T2E)

3.3

3.4

Kvalitetsplaner

3.5

Helse-,miljø- og sikkerhetsplaner

3.6

Ansvar og myndighet

Figur 0.004

Dok.nr: Side ......... av......... Rev.nr: Dato: sign :

Generell del 21

Hvert enkelt fag deles opp i temaer, med henvisning til lærestoff og prøveplaner. Se figur 0.005.

Haugesund maritime/tekniske videregående skole

|UKE

KVALITETSHÅNDBOK

FREMDRIFTSPLAN FOR Automatiserte anlegg reform 94 Læreplan for videregående opplæring , studieretning for elektrofag, VK1 elektro_______ FAGPLAN HENVISNING. EMNE

j| Uke

35 36 36 36 37 37 38 38 38 39 40 40 14

Dok.nr.: Side.nr.: Rev.nr.: 1 Sign. EW Dato.: 18.4.95 Skoleår.: 95-96

Modul 8 75 årstimer Mål 1 En og flerfase likerettere Introduksjon til like- og vekselretting Filtrereing (glatting ) av likespenning LAB. MODUL Ml.l LIKERETTING Måling av like- og vekselspenning LAB. MODUL M1.2 GLATTING Motomormer og standarder Introduksjon Byggeformer Kapslingsarter PRØVE Driftsformer Isolasjon

Automatiserte anlegg Fagplan kapittel 2.5 Side:

5- 10 11 -14 15-16 Elektrolab 17 - 18 Elektrolab 20-21 22 23-24

2.5 mål la 2.5 mål lb

2.5 mål 1c

2.5 mål 1c

2 timer 2.5 mål Id

Figur 0.005

Figuren viser en liten del av framdriftsplanen for faget automatiserte anlegg for vkl elektro. Faget deles opp i planlagte aktiviteter for hver uke, med henvisning til lærestoff og fagplan. Prøver og laboratorieøvelser er med i framdriftsplanen.

22 Generell del

Avvik og korrigerende tiltak

Ingen planlegging er så god og ingen oppfølging så perfekt at det ikke vil oppstå avvik fra planene. I noen tilfeller er det nødvendig å endre rutinene i KS-systemet, andre ganger er det framdrift, tempo eller prøveplaner som må korrigeres. Slike nødvendige endringer underveis dokumenteres i en avviksrapport. Se figur 0.006.

Haugesund Maritime/Tekniske videregående skole

KVALITETSHÅNDBOK

Dok.nr: Side av Rev.nr: Dato: Lsign:Vsign:

AVVIKSRAPPORT Rapport skrevet av:

Rapport dato:

Fortrolig:

Ja □

Nei □

Rapport sendt til:

Beskrivelse av awik:

Awik behandlet i møte:

Møteleder.

Korrigerende tiltak:

Ansvarlig for korrigerende tiltak:

Signatur møteleder:

Korrigerende tiltak avsluttet:

Signatur korr. ansvarlig:

Rapport mottatt av KS-leder:(dato)

(sign)

Tiltak iverksatt av KS-leder:

Resultat. Saken avsluttet:

Signatur KS-leder/rektor:

Figur 0.006

Arkiv:

Generell del 23

Haugesund Maritime/Tekniske videregående skole

KVALITETSHÅNDBOK

6.3.2 FLYTSKJEMA FOR AVVIKSBEHANDLING

Figur 0.007

Dok.nr: Side Rev.nr: Dato: Lsign:

av

Vsign:

2A Generell del

Evaluering underveis

Det er liten vits i en detaljert plan for undervisning, prøver og øvelser hvis ikke planen blir fulgt opp med kontroll av framdriften. Gode planer har ingen verdi hvis de støver ned i en skuff og bare tas fram ved begynnelsen av skoleåret. Det er sjelden at slike detaljerte planer vil stemme helt uten avvik i løpet av et under­ visningsår. Det er derfor nødvendig å kontrollere framdriften med bestemte mellomrom. Figur 0.006 kan stå som et eksempel på en framdriftsmåling. Den aktuelle klassen og de tillitsvalgte gjennomgår undervisningsplanen sammen med faglæreren fire ganger i løpet av skoleåret. Resultatet meddeles klassestyre­ ren, som igjen rapporterer videre til skoleledelsen. Resultatet av framdriftsmålingene vedlegges karakterprotokollene for den enkelte klassen. Se figur 0.008. Dokumentasjonen av framdriften skal oppbevares sammen med eksamensproto­ kollene. En generell karakterprotokoll skal inneholde alle prøveresultatene, ter­ min- og standpunktkarakterene, referatene fra klasselærermøtene og skriftlige meldinger til elevene. Summen av all denne dokumentasjonen utgjør skolens internkontroll og KS av undervisningen.

Generell del 25

2

£

(f)

3

£ 70

£ 3

CD m

m

7o

CD CD m CD

ID m

> £D

zr.

cn

Q 3 Sign:__________________

Klassestyrer / elevtillitsvalgt

m m

5 □r” æ r~ 0

Sign:__________________

Klassestyrer / elevtillitsvalgt 0)

æ CD OJ

Sign:__________________

Klassestyrer / elevtillitsvalgt

Sign:__________________ Klassestyrer / elevtillitsvalgt

Figur 0.008

FREMDRIFTSMALING UNDERVISNING

m

26 Generell del

SAMMENDRAG De felles målene for alle studieretningsfagene munner ut i at alle elever skal øves opp til i stor grad å tenke tverrfaglig. Internkontroll, helse, miljø og sikker­ het er stikkord som går igjen i alle læreplaner. A vise omsorg og ansvar og kunne bruke kunnskapen i nye sammenhenger tillegges stor vekt. Internkontrollen er en lovpålagt oppgave for alle private og offentlige bedrifter og institusjoner. Internkontrollsystemet er bedriftslederens ansvar, men alle ansatte har sin del av ansvaret for at et internkontrollsystem skal fungere. Intern­ kontrollsystemet skal sikre helsen, miljøet og sikkerheten i bedriftene, som er pålagt å følge forskriften.

Et internkontrollsystem skal - inneholde mål for bedriftens HMS-aktivitet - beskrive hvordan bedriften er organisert, og hvordan HMS-aktiviteten er organisert

- beskrive rutiner for hvordan lover og forskrifter skal etterleves, og hvem som har ansvaret for den enkelte rutinen - beskrive hvordan internkontrollsystemet regelmessig oppdateres, og hvordan berørte parter informeres - ha rutiner for hvordan avvik fra beskrevne rutiner skal behandles

- sikre at all internkontrollaktivitet skal finnes i skriftlig form og skal kunne kontrolleres av myndighetene

Internkontrollsystemet kan innarbeides i et kvalitetssikringssystem som bygger på de samme administrative rutinene. Kvalitetssikringssystemet er ikke pålagt bedriftene og institusjonene ved lov. KS tar for seg kvaliteten på produktene og tjenestene, mens internkontrollsystemet tar for seg helse, miljø og sikkerhet.

Motoranlegg og likeretting 27

D

Figur 1.00

MOTORANLEGG OG LIKERETTING

28 Motoranlegg og likeretting

Eleven skal ha kunnskaper om oppbygning, virkemåte, egenskaper, motorstandarder og motordata for de vanligste likestrøms- og vekselstrømsmotorene. Elevene skal kunne forklare den prinsipielle virkemåten, oppbygningen og bruksområdet for slike motorer. Elevene skal ha kunnskaper om oppbygning, virkemåte og bruk av motoranlegg og skal kunne koble opp, sette i drift, måle, feilsøke og reparere motorer og motoranlegg.

Etter å ha lest dette kapitlet skal eleven kunne a) forklare virkemåten og kunne koble opp ulike enfase- og trefaselikerettere gitt ut fra dokumentasjon b) forklare prinsippet for filtrering av likestrøm og måle effekt, spenning, toppspenning og rippelspenning c) forklare den prinsipielle virkemåten, oppbygningen og bruksområdet for likestrømsmotorer som serie-, shunt- og kompoundmotorer

d) koble opp likestrømsmotorer med startapparater og utstyr for turtallsregulering og kunne feilsøke på koblingen e) forklare den prinsipielle virkemåten til asynkronmotorer med ett viklingssett, dahlanderkoblede motorer og motorer med atskilte viklinger

f) koble opp energikretsen til trefasede vekselstrømsmotorer med ulike start­ apparater og kunne feilsøke på motorer, startapparater og energikretser

g) utarbeide anleggsdokumentasjon for enkle motoranlegg

h) bestemme ledertversnitt, vern og kontaktorer for motoranlegg og kunne velge vern og kontaktor ut fra leverandørens kataloger i) drøfte fordeler og ulemper med ulike startmetoder

j) forklare prinsippet for turtallsegulering av asynkronmotorer og utføre opp­ kobling av turtallsreguleringen k) bruke riktig verneutstyr og være seg bevisst de helse- og miljøfarene som kan være knyttet til arbeidet

l) behandle og oppbevare miljøfarlige produkter på en forsvarlig måte

Motoranlegg og likeretting 29

ENFASEDE OG FLERFASEDE LIKERETTERKOBLINGER Svært ofte har vi bruk for likespenning i forskjellige spenninger og kvaliteter, alt fra den helt enkle likerettertransformatoren som vi bruker på bilbatteriet, til en stabilisert og filtrert likespenning til forbrukselektronikk og datamaskiner. Like­ retting av vekselspenninger forekommer fra både enfasede og trefasede kilder. En likerettet vekselspenning er ikke en ren likespenning, men består av enkeltpulser som senere glattes til en tilnærmet ren likespenning. Likeretterens egen­ skaper klassifiseres etter hvor mange pulser den omdanner vekselspenningen til i løpet av en periodetid (vekselspenningens periodetid).

Enfasekoblinger Enveis enpulskobling

1 puls ut fra like­ retteren i en tilført periode Figur 1.01

30 Motoranlegg og likeretting

I en enveis enpulskobling får vi ut bare den ene halvperioden av en tilført sinusspenning. Forholdet mellom den avgitte spenningen (7d (d = diode) og den til­ førte spenningen U{ (t = tilført) = — = 0,45 er i dette tilfellet definert som en ideell tomgangslikespenning, der tap i dioden ikke er medregnet.

Eksempel: Vi tilfører en likeretterkobling en vekselspenning på 50 V (som på figur 1.01). Belastningsmotstanden er på 10 Q. Hva blir spenningen over belastningen, og hvor stor blir effekten? U2

Fra Ohms lov kjenner vi

P = ~r

Spenningen over belastningen:

U d = Ut ■ 0,45 = 50• 0,45 = 22,5 V

Effekten blir:

P = — = —-— - 50,63 W R 10 —

U2

22 52

Enveis topulskobling (midtpunktkobling av en puls)

Figur 1.02

2 pulser ut fra likeretteren i en tilført periode

Motoranlegg og likeretting 31

En enveis topulskobling benytter seg av en transformator med midtuttak i sekundærspolen. Hver sekundærspole med likeretter utgjør en enveis enpulskobling. Forholdet mellom den avgitte spenningen Ud (d = diode) og den tilførte spenningen Ut (t = tilført) = — = og. Transformatorens sekundærspenning = 2 • Ut. Eksempel: Spenningen over belastningen: Ud -Ut • 0,9 = 50• 0,9 = 45 V f/2 452 Effekten blir: p =— =---- = 202,5 W R 10 -

Toveis topulskobling (brokobling av to pulser)

Figur 1.03

2 pulser ut fra likeretteren i en tilført periode

32 Motoranlegg og likeretting

En toveis topulskobling, eller brokoblingen, likeretter direkte fra en sekundærvikling. Forholdet mellom den avgitte spenningen Ud og den tilførte spenningen er — = 0,9. Den avgitte effekten blir den samme som for likeretteren på figur 1.02. ~

Trefasekoblinger Enveis trepulskobling (midtpunktkobling av tre pulser)

Figur 1.04

3 pulser ut fra likeretteren i en tilført periode

Ved å likerette en trefaset spenning oppnår vi å få en overlapping mellom pulsene. Resultatet blir en jevnere likespenning. En enveis trepulskobling får et forhold mellom t/t og Ud som — = o,676. Denne likeretterkoblingen blir lite brukt.

Motoranlegg og likeretting 33

Toveis sekspulskobling (brokobling av tre faser)

Figur 1.05

6 pulser ut fra likeretteren i en tilført periode

Det er denne typen kobling som gir den jevneste likespenningen før en eventu­ ell glatting av rippelspenningen (se neste avsnitt). Koblingen brukes både direkte nettkoblet og koblet gjennom en transformator. Forholdet = 1,35. Hvis vi sammenligner forholdet mellom den tilførte fasespenningen og likespen­ ningen over belastningen, får vi dette forholdet: = ^-7^ = °’78

FILTRERING (GLATTING) AV EN LIKESPENNING Ved likeretting av en vekselspenning får vi alltid en likespenning som pulserer eller en likespenning som har en overlagret vekselspenning (rippel). Lyspærer, varmeovner, batterier osv. er ikke følsomme for denne typen av unøyaktighet i likespenningen. Elektronisk utstyr stiller derimot langt større krav til kvaliteten på likespenningen.

34 Motoranlegg og likeretting

Rippel- eller brumspenning Rippel- eller brumspenning er et uttrykk for hvor mange volt eller millivolt som er overlagret en likespenning.

Figur 1.06 viser rippelspenningen ved en topuls-, en trepuls- og en sekspulskobling. Ved en topulskobling utgjør hele den likerettede pulsen en rippel ~/JP. Vi har en pulserende likespenning. Ved en trepulskobling overlapper pulsene hver­ andre med 30°. Likespenningen har en fast del pluss en overlagret rippel. Sekspulskoblingen har 60° overlappende pulser.

Rippelspenningens størrelse og frekvens Rippelspenningens størrelse

For å kunne «glatte ut» rippelspenningen ved hjelp av et filter må vi kjenne ti] størrelsen på rippelen. Rippelspenningens størrelse -^p defineres som differan­ sen mellom rippelens minimumsverdi og pulsens amplitude eller maksimal­ verdi. —Up — Um —

Motoranlegg og likeretting 35

Umn er avhengig av i hvor stor grad likespenningspulsene overlapper hverandre. Ved en topulskobling er det ingen overlapping, slik at (/min = 0 V uansett hvor høy pulsens amplitude ellers måtte være. Ved en trepulskobling har vi en 30° overlapping. t/min kan beregnes ut fra hvor stor spenningens øyeblikksverdi er i 30°. t/min = Um ■ sin (overlappingsvinkel).

trepulskobling:

Umin = Um • sin 30°

sekspulskobling:

(7min = Um • sin 60°

Rippelspenningens frekvens

Rippelspenningens frekvens er avhengig av hvor mange pulser som blir like­ rettet i løpet av en periode av vekselspenningen. I en trepuls likeretterkobling får vi tre rippelperioder per vekselstrømsperiode. Rippelfrekvensen eller brumfrekvensen fP =f- Zp. Zp = antall likerettede pulser per periode. Ved en nettfrekvens på 50 Hz:

topulskobling:

/p = 50-2 = 100 Hz

trepulskobling:

/P = 50 • 3 = 150 Hz

sekspulskobling:

fP = 50 • 6 = 300 Hz

Eksempel: Ut fra en transformator har vi en vekselspenning med en amplitude Um = 50 VAC, 50 Hz. Spenningen likerettes i en trepulskobling.

Rippelspenningens størrelse blir: ^P = Um -^nun = 50 V - 50 V • sin 30° = 25 V

Rippelfrekvens = 150 Hz. Ved bruk av sekspulskobling blir rippelspenningen:

/Zp = Um -Umn = 50 V-50 V -sin 60°= 6,7 V

Rippelfrekvens = 300 Hz.

36 Motoranlegg og likeretting

Passive filter Kondensator som glattefilter

En kondensator som er plassert etter likeretterne, har en utjevnende virkning på en pulserende likespenning og en rippelspenning. Kondensatoren lader seg opp ved en stigende spenning og lades ut ved en synkende spenning. Denne glatteeffekten ser du på figur 1.07. Hvor stor glattingen blir, er avhengig av kondensatorens størrelse og belastningsstrømmen. Ved en liten belastningsstrøm opp­ når vi god glatting. Dersom belastningsstrømmen øker, trengs det en større kon­ densator for å oppnå samme glatteeffekt.

Beregning av rippelens størrelse etter glattingen

pP= rippelspenningens topp-til-topp-verdi

/ = belastningsstrømmen C]= glattekondensator zP= antall likerettede pulser per periode f= nettfrekvens

UP = brumspenningens effektivverdi

0,75 • / “ Zp • / • c, uP = " 2-V2

Motoranlegg og likeretting 37

Eksempel: En enfaset vekselspenning med en frekvens på 50 Hz likerettes i en toveis topulskobling som på figur 1.07. Belastningsstrømmen er på 4 A. Glattekondensatoren er 4700 pF. En trefaset vekselspenning med en frekvens på 50 Hz likerettes i en toveis sekspulskobling som på figur 1.05. Belastningsstrømmen er på 4 A. Glattekondensatoren er på 4700 pF.

a)

----------------- =------------------------------ - - 0,4 V

Zp/G Up

2-V2

b)

pP —

0,75 ■ 4 = 2,1 V 6-50-4700 10-6

0,75 • /

Up

2-y[2

—

6,4 = 2,3 V 2-VI

zp ■ f

t/p

2-50-4700 10’6

—4= = 0,74 V 2-V2 —

LC glattefilter (n-filter)

Filterfaktoren -S En glatting av en rippelspenning kan forbedres ytterligere ved å koble en glattespole i serie med belastningen. En glattespole har en relativt lav resistans (/?), men en høy induktiv reaktans (XL). Det medfører at likestrømmen nesten ikke forårsaker noe spenningsfall i glattespolen. Rippelspenningen forårsaker derimot et høyt spenningsfall over glattespolen. Hvor godt filteret demper rippelspenningen, uttrykkes ved forholdet mellom rippelspenningen foran filte­ ret og rippelspenningen etter filteret. Upi

s =----UP2

Motoranlegg og likeretting £C-filter

LC-filterets demping bestemmes av induktansen i glattespolen filterkondensatoren C2 og rippelspenningens frekvens fP. Resistansen i glattespolen er så lav i forhold til induktansen at vi i praksis kan se bort fra den. s=(^-fpfLC2-i

Figur 1.08

Eksempel: Likeretterkoblingen i forrige eksempel utvides med et LC-filter, der glattespolen har en induktans på 11 mH (millihenry), og der filterkondensatoren C2 er lik CP

Ved en toveis topulskobling: Filterfaktoren

.y = (2^/p)2LC2 -1 = (2æ ■ 100)2l 1 ■ 10“3 -4700 10'6 -1 = 19,4

Den resulterende rippelspenningen

Up

2=£-=2A = o,12V 5

19,4

=

Ved en toveis sekspulskobling: 5 = (2æ /p)2£ C2

-1 = (2æ■ 3OO)2l 1 • 10~3 -4700 -1(F6 - 1 = 182,7

Den resulterende rippelspenningen jj

= ~ P1 = .21= 4 my 5-

182,7

—

Motoranlegg og likeretting 39

Aktive filter - spenningsregulering Spenningsforsyningen til elektronikk krever ofte en stabil og rippelfri tilførsel. Ved å ta i bruk integrerende kretser som er konstruert for å regulere en likespen­ ning, kan vi oppnå en konstant og nesten rippelfri spenning. MC 78xx til Motor­ ola eller pA78xx til Texas Instrument er en serie integrerte spenningsregulatorer med en fast utspenning. Serien omfatter spenninger fra 5 V til 24 V og strømmer fra 100 mA til 1500 mA.

Figur 1.09

Figur 1.09 viser en enkel strømforsyning med en IC-stabilisert spenning på 5 V ut. IC-en har en innebygd strømbegrensing. I mange anvendelser utelates glattespolen helt.

Ved større ytelser brukes en krafttransistor som regulator i serie med belast­ ningen. IC-en regulerer nå bare transistorens styreinngang (basis). Se figur 1.10.

Figur 1.10

40 Motoranlegg og likeretting

Svitsjemodusstrømforsyninger Vanlige strømforsyninger transformerer ned den tilførte vekselspenningen til et passe nivå før den blir likerettet og glattet. Svitsjemodusstrømforsyninger like­ retter nettspenningen direkte uten noen transformering. Den likerettede spen­ ningen hakkes, svitsjes, opp til en mye høyere frekvens (ca. 20 kHz), før den blir nedtransformert og glattet. Fordelen med denne teknikken er at transforma­ torens jernareal kan reduseres betraktelig på grunn av den høye frekvensen, slik at hele strømforsyningen kan gjøres svært kompakt. Svitsjemodusteknikken har svært mange bruksområder, som personlige datamaskiner TV-mottakere kopimaskiner lade likerettere maritim elektronikk

Figur 1.11 viser den prinsipielle oppbygningen av en primærsvitsjet pulsbreddemodulert strømforsyning.

Frekvensen er konstant (pulstakten) Pulsbredden varierer (PWM) Figur 1.72

Motoranlegg og likeretting 41

Nettspenningen likerettes i en toveis topulslikeretterbro og glattes ut i et LCfilter. Likespenningen hakkes opp av en transistorbryter. Transistoren er enten helt av eller helt på. Transistoren er styrt av en PWM-krets («pulse width modulation»). Internt i kretsen sitter en oscillator med en fast frekvens (20 kHz). Pulsene ledes fram til transistorens basis med varierende pulsbredde, alt etter om spenningen på utgangen fra strømforsyningen er synkende eller stigende. Se figur 1.12. Ved en stigende spenning på utgangen (belastningen reduseres) reduserer PWM-kretsen pulsbredden. Ved en synkende spenning (belastningen øker) økes pulsbredden. Transformatorens sekundærspenning likerettes og glattes på vanlig måte.

0

LITT MÅLETEKNIKK Multimeteret eller universalinstrumentet brukes i nesten alle sammenhenger i elektro­ fagene. Instrumentet måler like­ strøm og vekselstrøm, spenning og resistans, i noen tilfeller også frekvens, kapasitans og transistorforsterkning. Når vi skal måle vekselstrøm og spenning, må vi ha klart for oss hvilken kurveform som skal måles. De aller fleste instrumenter er gjennomsnittsmålere, det vil si at instrumentet registrerer den gjennomsnittlige kurveformen og presenterer denne kurve­ formen som effektivverdien. Gjennomsnittsmålere viser rett effektivverdi bare hvis kurve­ formen på vekselspenningen er sinusformet.

Figur 1.13

42 Motoranlegg og likeretting

Effektiv- og middelverdi og amplitude Effektivverdi (RMS)

Effektiv verdien til en vekselspenning er definert som den verdien en veksel­ spenning må ha for å avgi samme mengde varme i en motstand som den en like­ spenning ville ha utviklet i den samme motstanden. Se figur 1.14.

En sinusformet vekselspenning

En tilsvarende likespenning (effektivverdi)

Figur 1.14

Middelverdi

Middelverdien er den spenningen som framkommer når vi måler arealet under en kurve og regner det om til et rektangel som har samme utstrekning som sinuskurven. Se figur 1.15.

Figur 1.15

Motoranlegg og likeretting 43

Maksimalverdi eller amplitude

En kurves maksimalverdi kalles ofte kurvens amplitude. En sinusformet spen­ ning har en maksimalverdi som er mye høyere enn både effektivverdien og middelverdien. Få universalinstrumenter er i stand til å gjengi en kurves maksi­ malverdi nøyaktig. Et oscilloskop er derimot godt egnet til å måle maksimal­ verdier.

Forholdet mellom maksimalverdi, middelverdi og effektivverdi

Formlene er gyldige bare for en sinusformet vekselspenning! «p

= spenningens maksimalverdi

t/eff = spenningens effektivverdi (RMS)

L/

= f/etf (når U brukes, skal U alltid oppfattes som (/eff)

t/mid - spenningens middelverdi Frnid ' Up

2

F = Feff

UP y[2

Eeff ’ Fmid

_ FrTn(j ' 7T V2-2

2-2

2 ■ uP

n

Formfaktoren

Et vanlig universalinstrument registrerer middelverdien til en strøm eller en spenning. Instrumentet justeres slik at den målte verdien presenteres som effektivverdien. Denne justeringsfaktoren mellom effektivverdien og middelverdien ved et sinusformet målesignal kalles kurvens formfaktor.

u formfaktor = —— ^mid

Mp 72 2-Mp 7T

K

44 Motoranlegg og likeretting

Dersom vi måler på en kiirveform som avviker fra sinus, vil en gjennomsnittsmåler vise feil verdi, fordi forholdet mellom middelverdien og effektiv verdien ikke lenger er lik 1,11. Eksempel: Ved måling av en firkantspenning der uP = t/eff = t/mid, vil en gjennomsnittsmåler vise 11 % for mye, fordi middelverdien korrigeres med den innebygde formfaktoren på 1,11. Se figur 1.16.

Figur

7.76

En firkantformet vekselspenning

En tilsvarende likespenning (effektivverdi)

Toppfaktoren eller crestfaktoren

Forholdet mellom en kurves toppverdi uP og effektivverdien U kalles toppfakto­ ren. I engelsk litteratur nyttes betegnelsen crestfaktor, CF. For en sinusformet spenning er toppfaktoren 1,414. Qp -

Up C eff

- ^eff ' V

VI = 1,414

Feff

Ved kurveformer som avviker fra sinus, vil CF være forskjellig fra 1,414. Ved en firkantet vekselspenning der U = i/P, blir toppfaktoren = 1.

Motoranlegg og likeretting

Måling av ikke-sinusformet strøm og spenning Vanlige universalinstrumenter er konstruert for å måle en ren likespenning eller en sinusformet vekselspenning. Dersom vi skal måle på strøm- og spenningssignaler som avviker fra disse «rene» kurvene, må vi ty til instrumenter som gir oss sann effektivverdi uansett hvilken form kurven har. Denne typen instrumen­ ter er som regel merket TRMS. TRMS er en engelsk forkortelse for «True Root Mean Square», som hos oss blir sann effektivverdi (sann RMS).

Sann effektivverdi, «True RMS» TRMS-instrumenter har en elektronikk som er så rask og følsom at den opp­ fatter målesignalets øyeblikksverdi og toppverdi. Virkelig effektivverdi bereg­ nes, og verdien presenteres i en analog eller en digital form nesten uavhengig av kurveformen på målesignalet. Et TRMS-multimeter er nok atskillig dyrere enn en god gjennomsnittsmåler. Se figur 1.17.

Figur ].17 Sann effektivverdi (True RMS)

Måling av kraftforsyningens strømforbruk Strømforsyninger, enten det er vanlige strømforsyninger med transformator og likeretter og glattefilter eller en svitsjemodusforsyning, har en strømkurve i tilo førselsstrømmen som er svært avvikende fra sinusformen. Årsaken til dette er glattefilteret, som inneholder kondensatorer.

46 Motoranlegg og likeretting

Kondensatorene blir ladet Figur 1.18

Spenningen til strømforsyningen er sinusformet. Diodene begynner ikke å lede før sinusspenningen er så høy at den overstiger spenningen i kondensatorene. Det fører til at all strøm til strømforsyningen trekkes fra nettet mens sinuskurven er på sitt høyeste. Resultatet blir at strømmen trekkes fra nettet støtvis som vist på figur 1.18. Måling av strøm og effekt til strømforsyninger må utføres med instrumenter som kan gi et riktig måleresultat selv om kurveformen avviker fra sinus.

Eksempel: Sammenligning av måleresultater utført med vanlig DMM og True RMS DMM. (DMM er en mye brukt forkortelse for «Digital Multi Meter».)

Motoranlegg og likeretting 47

Figur 1.19

Figur 1.19 viser en måleoppkobling for strøm til en vanlig datamaskin. Data­ maskiner har en innebygd svitsjemodusstrømforsyning. All strøm til PC-en føres gjennom et multimeter som viser sann effektivverdi, og gjennom et vanlig multimeter. I tillegg kobles et oscilloskop over måleinngangene til ett av instru­ mentene. Alle multimeter bruker en seriekoblet motstand (mQ) som måleshunt, slik at spenningsfallet over motstanden måles av instrumentet og presenteres som en strømverdi på skalaen. Oscilloskopet måler på denne måten det samme spenningsfallet og presenterer strømkurven.

Oscilloskopet gjengir en kurveform som tydelig viser at strømforsyninger har alt annet enn et sinusformet strømtrekk. Av den grunn får vi et svært stort avvik i målt strøm (330 mA med et TRMS-multimeter og 160 mA med et vanlig multi­ meter).

48 Motoranlegg og likeretting

MOTORNORMER, STANDARDER OG VEDLIKEHOLD

Figur 1.20

Motorer som blir drevet med elektrisk kraft, er til nå helt overlegne alle andre motortyper i virkningsgrad og vedlikeholdskostnader. Elektromotorene har i stor grad en standardisert ytelse, størrelse og merking.

Byggeformer IM-normen (IEC 34-7)

Elektromotorens mekaniske utforming er definert i lEC-norm 34-7. Denne delen av normen betegnes IM xxxx, der IM står for International Mounting, og der x-ene erstattes av bokstaver og tall som definerer hvordan festemåten og akselhøyden til motoren er utformet.

Motoranlegg og likeretting 49

Eksempel: Se figur 1.21 a-b. Ved siden av byggeform IM B 3 blir motorene også levert i andre byggeformer. De byggeformene som er aktuelle for hver enkelt motortype, er opp­ gitt i utvalgstabellene.

En sammenstilling av kodene etter DIN IEC 34, del 7 og tidligere koder etter DIN 42950. DIN IEC 34, del 7 Code II Code 1

IM IM IM IM

IM B 5

IMV1

IM V 3

IM B 9

IM V 8

IM V 9

B V V B

3 5 6 6

1001 1011 1031 1051

B 3 V5 V6 B 6

IM B 7 IM B 8

IM 1061 IM 1071

B 7 B 8

IM B 35 IM B 34

IM 2001 IM 2101

B 3/B 5 B 3/B 14

IM B 5 IM V1 IM V 3

IM 3001 IM 3011 IM 3031

B 5 V1 V3

IM B 14 IM V 18

IM 3601 IM 3611

B 14 V18

IM IM IM IM IM

IM IM IM IM IM

V19 B 10 V10 V14 V16

V 19 B 10 V10 V 14 V16

IM B 9 IM V 8 IM V 9 IM B 14

IM V 18

IM V 19

IM B 35

DIN 42950 tidligere

IM IM IM IM

3631 4001 4011 4031 4131

IM 9101 IM 9111 IM 9131

B 9 V8 V9

IM B 34

Figur 1.21a

IM B3

Fotmotor med to lager, aksel med en fri tapp. Statorstammen har en fot for feste av motoren.

IM B5

Flensmotor med to lager, aksel med en fri tapp. Statorstammen har ikke noen festefot, men motoren festes ved hjelp av en flens som har frittgående festehull.

IM B14 Flensmotor med to lager, aksel med en fri tapp. Statorstammen har ikke noen festefot, men motoren festes med en liten flens med gjengede festehull. IM B35 Fot- og flensmotor med to lager, aksel med en fri tapp. Statorstammen har en fotplate og et lite flensfeste med gjengede festehull.

50 Motoranlegg og likeretting

Moto ra vbildinge r

Biide 1 1LA5, senterhøyde 63 til 90 L (Senterhøyde 56 har ikke kjølevifte, senterhøyde 90 S/L har doble festehull BS)

Bilde 2 1LA5, senterhøyde 100 L og 112 M Klemmekasse på toppen Normalutførelse

Bilde 3 1LA5, senterhøyde 100 L og 112 M Klemmekasse på høyre side

Bilde 4 1LA5. senterhøyde 132 S til 160 L Klemmekasse på toppen Normalutførelse

Bilde 5 1LA5, senterhøyde 132 Stil 160L Kemmekasse på høyre side

Bilde 6 1LA6. senterhøyde 180 M til 400 Klemmekasse på toppen Normalutførelse

Bilde 7 1LA6, senterhøyde 180 M til 400 L Klemmekasse på høyre side

Bilde 8 1LA6, senterhøyde 180 M til 400 L i byggeform IM V 1 med beskyttelses deksel

Bilde 9 1MJ6. senterhøyde 180 M til 315 M Klemmekasse på toppen Normalutførelse

Figur /.21b Motoravbildinger Kopi av datablad

Motoranlegg og likeretting 51

Kjøling Alle motorer har behov for kjøling. Selv om virkningsgraden er god, må varme­ utviklingen i motoren ledes bort. Motorer som går med en tilnærmet konstant hastighet, har som regel en vifte montert på en egen aksel for kjøling. Enten skjer kjølingen med luft som blåses igjennom motoren (fri ventilasjon), eller med mantelkjøling, der luften blåses utenpå motormantelen (kjøleribbene). Motorer der turtallet reguleres, vil ofte få problemer med kjølingen hvis de blir kjølt med en vifte på akselen. Disse motorene har ofte en egen viftemotor som sørger for tilstrekkelig ventilering. IC-normen (IEC 34-6) IC (International Cooling) bygges opp av IC og to siffer. Det første sifferet beskriver hvordan kjølekretsen er bygd opp. Det andre sifferet beskriver hvor kjøleeffekten tas fra.

Eksempler: IC 01

Fri sirkulasjon (åpen), med en vifte på en egen aksel

IC 06

Fri sirkulasjon (åpen), med en påbygd vift

IC 11

Fremmedventilert, med et påbygd rør for luftkjøling

IC 41

Mantelkjølt, med en vifte på en egen aksel

52 Motoranlegg og likeretting

Første tall 0 ■E

Andre tall

4b

Motorer med frie innog utløp

Naturlig kjøling

0 E----------

—

Motorer med rørtilkobling på innløpet

i

E

1 e

— i-

Motorer med rørtilkobling på utløpet

2

c

ilf

-------------------------------------------------- 1

Selvkjølt med vifteopplegg som ikke er koblet direkte på motorakslingen

Motorer med rørtilkobling på bade inn- og utløpet

3

i|r

Motorer med et separat påbygd kjølesystem. Systemet krever drift av motoren

Helkapslet overflatekjølte , motorer (kjølemiddelet er } lufta i omgivelsen)

4

Selvkjølt

— Motorer med innebygd varmeveksler (kjølemid­ delet er lufta i omgivelsen)

/tk/-rx

5

Motorer med et separat innebygd kjølesystem. Systemet krever ikke drift av motoren

Motorer med innebygd varmeveksler (kjølemid­ delet er lufta i omgivelsen)

6

-s

h

LLn

7

iviuLuitji

.

iiiuu

__ i

iniieuyyu

t___

I

Motorer med påbygd varmeveksler (kjølemiddelet er ikke lufta i omoivelseni

pOr E

Figur 1.22

Motorer med påbygd varmeveksler

Motorer uten påbygd kjøle­ system. Systemet krever k ikke drift av motoren

3

7

T-

8 9

Motorer med et separat Påbygd kjølesystem. Systemet krever ikke drift av motoren

varmeveksler (kjølemiddelet pr li ift^i ii xj nmni\/plQPn\ Cz i ikkp i luiia 111 y i v o i o o 11/

8

- 22

E

Motorer som blir kjølt pga. bevegelse i lufta, f.eks. på ' rullende kjøretøy (fartsvind)

Motoranlegg og likeretting

Kapslingsarter IP-normen (NEK-EN 60 529) ( FEB 91 § 202)

Forskrifter for elektriske bygningsinstallasjoner m.m. (FEB 1991) § 202 gir regler for kapslingsklasser for elektrisk utstyr. Kapslingsklassene gjelder også for elektriske motorer. FEB 1991 har tatt i bruk deler av NEK-EN 60 529 i for­ skriftene. NEK-EN = Norsk Elektroteknisk Komité, Europa-normen. IP-normen klassifiserer den evnen en kapsling har til å motstå inntrenging av faste gjenstander og støv, vann og fuktighet. Kapslingsgraden markeres av påskriften IP xx, der IP står for International Protection.

IP

X

X

Første siffer

0

Ubeskyttet

1

Beskyttet mot faste fremmedlegemer > 50 mm Beskyttet mot faste fremmedlegemer > 12 mm Beskyttet mot faste fremmedlegemer > 2,5 mm Beskyttet mot faste fremmedlegemer > 1 mm Støvbeskyttet Støvtett

2

3

4

5 6

Andre siffer

0

Ubeskyttet

1 2

3

Beskyttet mot dryppende vann Beskyttet mot dryppende vann når skråstilt opp til 15° Beskyttet mot regn

4

Beskyttet mot vannsprut

5

Beskyttet mot vannstråler

6

Beskyttet mot tung sjø

7 8

Beskyttet ved neddykking i vann Beskyttet ved nedsenking i vann

Figur 1.23

IEC 34-5 har i tillegg til to siffer etter IP innført en bokstavkode. For elektriske motorer kan bokstavene S, M og W brukes for å beskrive hvordan en IP-test av motoren utføres.

S-

Prøvd mot skadelig inntrenging av vann når maskinen ikke er i drift

M-

Prøvd mot skadelig inntrenging av vann når maskinen er i drift

W-

Angir en spesiell konstruksjon som er avtalt med kunden

Flere spesifikasjoner av IP-normen finnes i FEB 1991 § 202.

54 Motoranlegg og likeretting

Isolasjonsklasser Viklingene i elektromotorer bruker lakk som isolasjon. Isolasjonslakkens evne til å tåle høye temperaturer deles inn i forskjellige temperaturklasser. Tempera­ turgrensen for en klasse angir den høyest tillatte viklingstemperaturen. Moto­ rene skal konstrueres slik at temperaturgrensene ikke overskrides ved full belastning og normale driftsforhold. Eksempel: En elektromotor befinner seg i et rom som holder 20 °C. Motoren belastes slik at temperaturøkningen i maskinen blir 60 °C. Temperaturen i viklingen blir 80 °C. Det er ikke likegyldig hvor en maskin står montert. Omgivelsestemperaturen er svært viktig for temperaturen i viklingen. For landbasert industri krever IEC at alle motorer skal kunne yte full effekt ved en omgivelsestemperatur på 40 °C. For elektromotorer på skip er kravet til omgivelsestemperatur 45 °C.

Det finnes fem temperaturklasser. Temperaturklassene angis med bokstavene A, E, B, F og H. Klasse A E B F H

105 120 130 155 180

Omgivelses­ temperatur 40 40 40 40 40

Tillatt tem­ peraturøkning 60 75 80 105 125

Termisk marginal 5 5 10 10 15

Alle tall i °C.

Figur 1.24

En elektromotors levetid er i stor grad avhengig av om viklingsisolasjonen hol­ der på isolasjonsevnen sin. De roterende delene i motoren er oftest dimensjonert slik at det sjelden forekommer skader eller vesentlig slitasje, og lagrene er lett utskiftbare. Dersom motoren utsettes for overlast, er det som regel viklings­ isolasjonen som blir utsatt for overtemperatur. Overtemperatur kan i verste fall føre til at isolasjonen brenner opp. Kortvarig og ikke altfor høy overtemperatur gjør at isolasjonen gradvis svekkes. Tabellen nedenfor viser hvor mye en motors levetid reduseres i forhold til normal levetid hvis viklingene utsettes for tempe­ raturer som ligger over grensetemperaturen for temperaturklassen.

Motoranlegg og likeretting 55

Overtemp. i °C Reduksjon i levetid i %

0

10

0

50

20 70

30 80

40 90

Tabellen er forenklet. Figur 1.25

Kontroll av en motors temperaturøkning ved merkelast

Dersom vi ønsker å kontrollere temperaturøkningen i en motor fra kald tilstand til oppnådd temperatur ved normal drift, kan vi bruke resistansmålemetoden. Nesten alle metaller har en positiv temperaturkoeffisient, det vil si at resistansen i metallet øker når temperaturen øker. Dersom resistansen i en motorvikling måles før motoren startes og så etter at motoren er skikkelig driftsvarm, måles viklingsresistansen på ny. På grunnlag av den målte motstandsendringen kan vi beregne temperaturendringen i motoren. Temperaturendringen i motoren kan beregnes etter denne formelen:

AT =

R —R

a R}

L = T2 - Tx

og R~> = R} (1 + a • AT)

a = lederens varmeresistanstall, temperaturkoeffisienten AT R} R2 T]

= endring i viklingstemperatur = viklingsresistans ved kald motor = viklingsresistans ved driftsvarm motor = omgivelsestemperatur før og under hele testen

T2 - viklingens temperatur i driftsvarm tilstand a = 3,9 ■ 10 Q/°K for kobberledere og 4,0 • 10 T2/°K for aluminiumsledere. Formelen er gyldig bare når omgivelsestemperaturen og kjøleluften holdes til­ nærmet konstant under hele testen.

LIKESTRØMSMOTORER De første økonomisk brukbare generatorene og motorene var likestrømsmaskiner. Selv om trefasede vekselstrømsnett for lengst har fortrengt likestrømsnettet i industrien og i den alminnelige elforsyningen, har likestrøm fort­ satt stor betydning i industrier som bruker likestrøm til elektrolyse. Industri som trenger motorer med et variabelt turtall, bruker i stor utstrekning likestrøms­ motorer, selv om den frekvensregulerte asynkronmotoren overtar mer og mer.

56 Motoranlegg og likeretting

En lang rekke småmotorer, som vinduspussere, motorer i mindre båter, biler osv., er likestrømsmotorer. Likestrømsmaskiner kan konstrueres for både lave turtall og svært høye turtall.

Standard klemmemerking IEC-norm 34-8 og NEK 144-88 angir henholdsvis klemmemerking og symboler for elektromotorer. Figur 1.26 viser symbolene og standard klemmemerking for de mest aktuelle likestrømsmaskinene.

Figur l.26

Figur 1.27

Kompoundmotor der kom­ pensasjons- og vendepolviklingene er synlige

Motoranlegg og likeretting 57

Tabellen viser gjeldende IEC-merking kontra eldre merking etter VDE-normen, som var mye brukt tidligere.

Forklaring

IEC-merking

Anker Shuntvikling Serievikling Vendepolvikling Fremmedmag. vikling Kompensasj ons vikling

Al El Dl Bl Fl Cl

A2 E2 D2 B2 F2 C2

Merking på eldre maskiner B A D C F E H G K J

Figur 1.28

Prinsipper Rotoren er bygd opp av blikk. Ankerviklingen er plassert i spor på rotoren. I enden av rotoren loddes viklingen til kommutatorlamellene. Feltviklingene i motoren er plassert i statorhuset. Mellom hovedviklingene er det plassert vendepoler. De har til oppgave å forbedre magnetfeltforholdene i motoren. Hovedpolog vendepolviklingene er montert til en krans av stål som danner en tilbakevei for det magnetiske feltet.

Figur

/.29

58 Motoranlegg og likeretting

Et forenklet snitt av en firepolet maskin der hoved- og vendepolene er vist. En firepolet maskin består av to sett (nordpol og sørpol) hovedpoler og vendepoler.

Figur J .30

Kommutatoren og kullbørstene sørger for at det bare er den delen av ankerspolen som befinner seg under en av hovedpolene, som fører strøm. Figur 1.30 viser en topolet maskin der kullbørstene og de aktive ankerlederne vises. Figur 1.31a viser virkningen av hovedfeltet. Figur 1.31b viser virkningen av det feltet som oppstår når ankerlederne fører strøm. Det resulterende feltet av a og b vises på figur 1.31c. Feltlinjene fortettes der hovedfeltet og ankerfeltet løper i samme retning. Feltlinjene svekkes der hovedfeltet og ankerfeltet motvirker hverandre. Ankerlederne skyves ut av feltet i den retningen der feltet er svakest. Resultatet er at ankeret roterer mot venstre.

Figur 1.31a-b-c

Motoranlegg og likeretting 59

Børstebroen i en likestrømsmaskin er oftest konstruert slik at den kan dreies om sin egen akse. Børstene justeres slik at gnisting unngås, det vil si at børstene ligger i nøytralplanet. Nøytralplanet for en ubelastet maskin og for en maskin som løper med belastning, er forskjellig. Årsaken er at feltet i ankeret varierer med strømmen. Derfor må vi justere børstebroens vinkel etter den belastningen maskinen har. Se figur 1,32b. o

Forskyving av nøytralplan

Figur 1.32a-b

Ankerreaksjon og vendepoler Forskyvingen av feltet i ankeret kalles ankerreaksjon, ettersom det er strømendringen i ankeret som er årsaken til forskyvingen. Ved å montere inn ett ekstra sett med spoler, som monteres mellom hovedpolene, kan vi unngå forskyvingen av nøytralplanet. Spolene kalles vendepoler eller kommuteringsspoler. Vende polene er spoler som fører ankerstrøm. Magnetfeltet som produseres av polene, varierer med belastningen på motoren. Resultatet er et felt i maskinen som ikke forskyver seg når belastningen varierer. Se figur 1.33.

Figur 1.33

60 Motoranlegg og likeretting

Drift

En motor under drift med en påtrykt spenning U vil ha en motindusert spenning E og et indre spenningsfall A(Å Summen av E og Af/ = U. Vi får da en balanse mellom den påtrykte spenningen og spenningene i maskinen. Spenningsfallet i motoren skyldes resistans i spolene, ankeret og børstene. Spenningsfallene er belastningsavhengige.

U = E +AU

Start

Når en motor startes, står ankeret i ro. Så lenge ankeret står i ro, er den motinduserte spenningen i ankeret lik 0. Bare resistansen i ankeret og børstene begrenser startstrømmen. Ankerets resistans er vanligvis svært lav. Dersom en motor kobles til et likestrømsnett uten at vi har tatt forholdsregler som begrenser start­ strømmen, tar ankeret og børstene skade. U - E + AU - 0 + AU = 0 + /a ■ R.å

/a = ankerstrøm d

= ankerresistans

Startstrømmen /s begrenses bare av R.d

U= — U Startstrømmen bør begrenses til ca. to ganger motorens merkestrøm.

Dersom vi skyver inn en passe dimensjonert motstand i serie med motorstrømmen, kan vi begrense strømmen til en ønsket verdi. Motstanden kobles langsomt ut etter hvert som turtallet øker. Ved en normal drift skal startmotstanden være helt utkoblet. Se figur 1.34. In

Figur 1.34

Motoranlegg og likeretting 61

Beregning av en startmotstand.

For å kunne beregne startmotstanden Æsr må vi kjenne dataene for motoren. Motordata avlest på maskinens merkeskilt: 220 V 0,6 kW magn. 220 V

3,2 A 1400 r/min 0,2 A

Figur 1.35

I tillegg måler vi ankerresistansen, som i dette tilfellet ble målt med en målebro, til 1,2 Q.

Ut fra motorens dataskilt ser vi at motorens hovedstrøm er på 3,2 A. Hoved­ strømmen består av ankerstrømmen Za og magnetiseringsstrømmen lm.

Ankerstrømmen ved nominell drift blir: / = /,=/-/„, =3.2-0.2 = 3A

Tillatt startstrøm: 7ST = /a-2 = 3-2 = 6A Nødvendig startresistans: R

= JL_r = — -1,2 ~ 35 Q

Det utvikles en del effekt i startmotstanden. Selv om motstanden bare er i bruk i relativt kort tid, må vi ta hensyn til den effekten som utvikles.

Varmetapet i startresistansen: PST = /2 fiST = 62 ■ 35 = 1260 W

62 Motoranlegg og likeretting

Shuntmotoren Uttrykket «shunt» er engelsk og betyr parallellkoblet eller avgrenet. Shuntmoto­ ren har en magnetiseringsvikling som er parallellkoblet med ankeret. Motorens momentkarakteristikk er tilnærmet lineær med strømmen i ankeret. Dersom vi ser bort fra spenningsfallet i ankeret, blir momentet: T - moment på akselen

T = k ■ (p ■ f

k = konstant for den aktuelle maskinen

ø = felt fra shuntviklingen

Både k og øer konstante i en shuntmotor. Momentet varierer proporsjonalt med ankerstrømmen /a. Se figur 1.36.

Motorens merkemoment kan beregnes ut fra merkedataene etter denne formelen: P

P

a>

2-71 n

T = -i. = —-—

P.d = motorens avgitte effekt

CD — rotorens vinkelhastighet

n = akselens rotasjonsfrekvens

Den effekten som oppgis på en motors dataskilt, er alltid den avgitte effekten på akslingen. Eksempel: En shuntmotor har følgende data påstemplet merkeskiltet:

p = 600 W n = 1400 r/min 7=3,2 A U = 220 VDC På grunnlag av dataene ovenfor kan vi nå beregne motorens merkemoment Tn, startmomentet ZST, den tilførte effekten PT og maskinens virkningsgrad Zj. Merkemomentet er motorakselens moment ved nominell belastning eller merkebelastning (full last).

o/min 1400 n - ------------ ---------- T. = ~~ = 60 60 2•æ•n

',^0 = 4.09 Nm

2 - 7i oO ■

—------

Motoranlegg og likeretting 63

Startmomentet med en startstrøm som er to ganger merkestrømmen: rST = 2 • rN = 2 ■ 4,09 = 8,18 Nm

Tilført effekt PT: Pt = UI = 220 • 3,2 = 704 W

Maskinens virkningsgrad beskriver hvor godt en maskin utnytter den tilførte effekten. Tilført effekt = avgitt effekt på akselen pluss tap i maskinen. P, = P + AP 1 a

ti-

R

0,6 103 704

— ------------ --

Pt

0,85 —

Store elektriske maskiner kan ha en virkningsgrad som overstiger 0,99.

Fartsregulering Figur 1.36

64 Motoranlegg og likeretting

En shuntmotor som trekker to ganger merkestrømmen når den startes, yter to ganger merkemomentet. Den induserte spenningen i ankeret E kan beskrives med E-k•

• rt

n = motorturtall

Dersom vi setter dette inn i formelen for spenningslikevekten: U = E + At/ = k ■ ø • n + MJ

Omskrevet med hensyn på n\ U -MJ n =------------

Lø

Motorens turtall er tilnærmet konstant og nesten belastningsuavhengig. Se figur 1.36. Bare spenningstapet i rotoren har innvirkning på omdreiningstallet. Både den påtrykte spenningen og shuntfeltet er tilnærmet konstante.

Turtallsregulering av en shuntmotor

Turtallsregulering av en shuntmotor kan skje ved at vi reduserer den tilførte spenningen, eller ved at vi endrer shuntfeltet. Av formelen ovenfor ser vi at vi ved å øke feltet reduserer turtallet. Dersom feltet derimot reduseres, øker turtal­ let. Dersom feltet reduseres drastisk (ved brudd i magnetiseringskretsen), ruser motoren opp i et farlig turtall. Ankerviklingene kan lett bli slynget ut av rotoren, og hele motoren ødelegges.

Viktig for shunt- og kompoundmotorer:

Motorene må alltid startes med full spenning på shuntfeltet. Shuntfeltet mk aldri kobles gjennom sikringen

En shuntmotors reguleringsutrustning kan være utformet som vist på figur 1.37. En start- og shuntresistans kan være koblet til samme mekanisme slik at vi først reduserer startmotstanden. Når den er helt utkoblet, kan turtallet justeres med shuntmotstanden.

Motoranlegg og likeretting 65

Figur 1.37

Bruksområder

Shuntmotoren brukes til belastninger som krever et konstant turtall, som stempelpumper, kompressorer og elektromekaniske omformere (Ward Leonardomformere). Se eget avsnitt.

Sammendrag, shuntmotoren

• Motoren må ha utstyr som begrenser startstrømmen. • Den ruser ut ved brudd i magnetiseringskretsen.

• Den har et tilnærmet konstant turtall med varierende last. • Momentkarakteristikken er lineær. • Startmomentet er lavere enn i serie- og kompoundmotoren.

66 Motoranlegg og likeretting

Seriemotoren Seriemotoren har ikke noen feltvikling som står tilkoblet motorens tilførsel slik som shuntmotoren. Magnetiseringsfeltet lages av en vikling som er seriekoblet med ankerstrømmen. Serieviklingen er grov og består av relativt få vindingen Se figur 1.38.

Figur 1.38

Også seriemotoren krever at starteutstyret begrenser strømmen når motoren startes. Momentet i motoren beregnes etter den samme formelen som for shunt­ motoren: T = k ■ • /a, feltet ø er ikke lenger konstant som i shuntmotoren, men er pro­ porsjonalt med ankerstrømmen. Feltet ø =g ~ , der både n. N og / er konstanter for den aktuelle maskinen. Feltet ø kan nå skrives .0 = k2 • I

Momentet kan skrives som T = k} ■ k2 ■ 1 a • 1 a

=> & • Za

Seriemotorens moment øker med kvadratet av ankerstrømmen. En seriemotor har et større moment når den startes, enn en tilsvarende shuntmotor. Seriemotoren har et sterkt fallende turtall når belastningen øker, noe vi ser av formelen nedenfor. Feltet ø øker når lasten øker, slik at turtallet reduseres. Se figur 1.36b. U-MJ n =------------

Aø

Dersom en seriemotor startes med en svært liten eller ingen belastning, vil seriefeltet være nær 0. Motoren ruser opp til et farlig turtall.

En seriemotor må aldri startes uten belastning.

Motoranlegg og likeretting 67

Turtallsregulering av en seriemotor

Dersom vi kobler en resistans 7?ST i serie med ankeret, får vi ligningen for omdreiningstallet: U-MJ V-/a(/?a + /?ST) n —---------- ~ k & k ø

Av ligningen ser vi at turtallet kan reguleres nedover, men også at det vil avta mer når belastningen øker. Tomgangsturtallet blir imidlertid det samme. Vi får store tap i reguleringsresistansen. Metoden er lite brukt og er uøkonomisk. Se figur 1.39.

Figur 1.39

Beregning av startmotstand og moment

En seriemotor har følgende data: 220 V 1250 r/min

5,8 A 1 kW

Anker- og børsteresistansen Rd måles til 800 mQ.

Seriefeltet Rs måles til 600 mQ.

68 Motoranlegg og likeretting

Det er ønskelig å begrense startstrømmen til 1,5 /n. Nødvendig totalresistans: R = —— =

/n ■ 1,5

22°- = 25,3 Q 5,8 ■ 1,5 -

Startresistansen: Æst = R - (Æa + /?s) = 25,3 - (0,8 + 0,6) = 23.9 Q Motorens merkemoment: R

1°00

T =------ = 7,64 Nm 2 ■ 71 • n 2===== ou

Startmomentet: Dersom motoren startes med en startstrøm som er lik merkestrømmen, opp­ nås merkemomentet (7,64 Nm). Dersom startstrømmen økes til 1,5 /n, øker momentet med kvadratet av strømmen. T = k • /a2 => Tsl = T

• 1,52 = 7,64 ■ 152 = 17,2 Nm

Bruksområder

Seriemotoren brukes når det kreves et stort startmoment, for eksempel i heiser, kraner og elektrisk drevne kjøretøyer. Den brukes ved belastninger som har en kvadratisk momentkarakteristikk, som i vifter og sentrifugalpumper.

Sammendrag, seriemotoren

• Motoren må ha utstyr som begrenser startstrømmen. • Den ruser ut hvis den kjøres uten belastning.

• Turtallet synker raskt når lasten øker. • Den har et stort startmoment, som øker med kvadratet av strømmen. • Startmomentet er høyere enn i shunt- og kompoundmotoren.

• Turtallsregulering er lite økonomisk.

Motoranlegg og likeretting 69

Kompoundmotoren Ordet kompound stammer fra engelsk «compound», som betyr sammensetning, blanding. Kompoundmotoren er en blanding av shuntmotoren og seriemotoren. Motoren har en serievikling som er noe mindre enn i en ren seriemotor, men shuntfeltet er som i en ren shuntmotor. Se figur 1.40.

Figur 1.40

Seriefeltet kan kobles enten slik at det kommer i tillegg til shuntfeltet (medkompoundert), eller slik at det svekker shuntfeltet (motkompoundert).

Medkompounderte motorer får et større startmoment enn shuntmotoren, men turtallet avtar sterkere når belastningen øker. Motkompounderte motorer har et lavere startmoment enn shuntmotorer, men turtallet blir nesten konstant. Kompoundmotorens egenskaper avhenger av i hvor stor grad seriefeltet inn­ virker på magnetiseringen. Noen maskiner har en kraftigere serievikling enn andre. Kompoundmotorer kan på denne måten skreddersys til formålet, slik at motorkarakteristikken passer med den aktuelle belastningen.

70 Motoranlegg og likeretting

Moment- og reguleringskarakteristikk

Figur 1.41 viser hastighets- og momentkarakteristikk for en medkompoundert motor sammenlignet med shuntmotoren og seriemotoren.

Figur 1.41

Starte- og reguleringsutstyret blir som for en shuntmotor. Se figur 1.42.

Figur 1.42

Motoranlegg og likeretting 71

Bruksområder

Kompoundmotoren blir mye brukt når belastningen varierer sterkt. Den ruser ikke ut ved tap av last eller shuntfelt.

Den brukes hvis nettspenningen varierer mye.

Sammendrag, kompoundmotoren

• Motoren må ha utstyr som begrenser startstrømmen. • Seriefeltet kan kobles om slik at egenskapene endres. • Motoren ruser ikke ut hvis den kjøres uten belastning eller mister shuntfeltet. • Turtallet synker noe når lasten øker.

• Startmomentet er stort, men lavere enn i en ren seriemotor.

Motor med fremmedmagnetisering Motorer som har en såkalt fremmedmagnetisering, er egentlig shuntmotorer der shuntfeltet tilføres spenning gjennom en separat forsyning. Magnetiseringsfeltet har egne bokstavkoder som identifiserer feltet. Denne typen motorer brukes mye i forbindelse med tyristorstyrte reguleringer og Ward-Leonard-systemer.

Figur 1.43

Figur 1.43 viser symbol og klemmemerking for en fremmedmagnetisert motor.

Egenskaper

Den fremmedmagnetiserte motoren har nesten identiske egenskaper med shuntmotoren.

72 Motoranlegg og likeretting

Regulering av likestrømsmotorer Når det er aktuelt å regulere hastigheten til likestrømsmotorer, er det viktig å redusere energitapene så mye som mulig.

_ Ua - At/

U.d = den spenningen som blir tilført ankeret.

Å: ø

Den generelle turtallsformelen viser hvordan turtallsendringer kan skje: Hastighetsøking kan skje når feltet reduseres. Hastighetsreduksjon kan skje når ankerspenningen reduseres ved hjelp av en seriemotstand, eller når tilførselsspenningen reguleres på en annen måte. Se figur 1.44.

Figur 1.44

En hastighetsreduksjon ved hjelp av en seriemotstand i ankerkretsen er svært energisløsende.

Ankerspenningsregulering

Dersom vi ser bort fra en seriemotstand i ankerkretsen som en mulig måte å regulere motorturtallet på, ender vi med å redusere den tilførte spenningen. En måte å få dette til på er å la en generator forsyne motorankeret direkte. Feltet til både generatoren og motoren forsynes fra en fremmed kilde.

Ward-Leonard-omformeren

Ward-Leonard-omformeren består av en fremmedmagnetisert likestrømsgenerator og en fremmedmagnetisert likestrømsmotor. Som drivmaskin for generatoren kan vi bruke en trefaset motor (se figur 1.45) eller en hvilken som helst annen motor

Motoranlegg og likeretting 73

som kan kjøres med et konstant turtall. Generatorens ankertilkoblinger er direkte koblet mot motorens ankerklemmer. Magnetiseringen i motoren holdes konstant. Generatorens magnetisering varieres fra 0 til maksimum i begge strømretninger. Ankerspenningen i generatoren varierer nå med magnetiseringsfeltet, og generatoren fungerer som en variabel spenningskilde til motoren. Spenningen varierer fra 0 V til en maksimal positiv og en maksimal negativ verdi. Motorens turtall varierer med endringen i magnetiseringen av genera­ toren. Denne måten å regulere en motors turtall på er energisparende, men ut­ styret er plasskrevende og kostbart i innkjøp. Se figur 1.45.

Figur 1.45

Egenskaper til Ward-Leonard-omformeren: • Omdreiningstallet kan lett reguleres i begge retninger innenfor vide grenser. • Energivirkningsgraden er stor. • Når WL-motoren bremser, avgis energi tilbake til nettet.

• Turtall og moment blir regulert med god nøyaktighet. • Omformeren krever en ytre likestrømskilde til magnetiseringen. • Den er kostbar og plasskrevende.

Roterende Ward-Leonard-omformere brukes en del i eldre anlegg til krandrift, lokomotiver, trykkerier, treforedling, gruveheiser og vinsjanlegg om bord i skip.

74- Motoranlegg og likeretting

Autotransformatorregulering av en likestrømsmotor Ward-Leonarcl-generatoren mater likestrømsmotoren med en variabel ankerspenning, mens magnetiseringsfeltet holdes konstant. En variabel ankerspenning kan oppnås på mange andre måter. Ved å koble en autotransformator gjen­ nom en trefaset likeretterbro som vist på figur 1.46 kan vi oppnå samme slags regulering som med WL-omformeren, men med bare én dreieretning på motoren.

Figur 1.46

Reguleringsmetoden er enkel, men den krever en autotransformator med samme ytelse som motoren. Reguleringen skjer ved en manuell regulering av transfor­ matoren.

Tyristorregulering av en likestrømsmotor Vi kan regulere ankerspenningen i likestrømsmaskiner med hel- eller halvstyrte tyristorbrokoblinger. En helstyrt tyristorbro består av bare tyristorer som like­ retter vekselspenningen. I en halvstyrt tyristorbro er halvparten av elementene dioder og halvparten tyristorer. Se figur 1.47. LI

Figur 1.47

Fullstyrt

L2 L3

Halvstyrt

Motoranlegg og likeretting 75

Med helstyrte tyristorbroer kan vi få en tokvadrantdrift, det vil si at dersom motoren bremses, vil det flyte energi tilbake til nettet. Med halvstyrte broer kan vi ikke få en tokvadrantdrift. Hvis motoren skal kjøres i bare en dreieretning og vi ikke ønsker en tokvadrantdrift, bruker vi halvstyrte broer, som er rimeligere å skaffe.

Figur 1.48

Figur 1.48 viser den prinsipielle oppkoblingen til en helstyrt trefaset tyristorbro. Selve reguleringsutrustningen for tyristorene er ikke vist.

VEKSELSTRØMSMOTORER Vekselstrømsmotorer og særlig asynkronmotoren er de mest utbredte elektro­ motorene. Motorene er enkle å produsere og krever lite vedlikehold.

Standard klemmemerking og grafiske symboler Grafiske symboler referer seg til NEK 144.88 (IEC 617), mens klemmemerkingen refererer seg til IEC 34.8. Bare de mest aktuelle symbolene er tatt med.

76 Motoranlegg og likeretting

Enfaset med hjelpevikling

Trefaset asynkron

Ul VI VI

Ul VI VI

Trefaset asynkron med viklet rotor

Trefaset synkrongenerator

Figur 1.49

ASYNKRONMASKINER Asynkronmaskinen er en maskin som arbeider etter induksjonsprinsippet. Maskintypen utføres i både enfasede og trefasede utgaver. Den trefasede asyn­ kronmaskinen nyttes hovedsakelig som motor, men i mindre utgaver (private elvekraftverk og vindmøller) nyttes den også som generator. Som generator kan den ikke operere uten å være tilknyttet et større kraftnett. Asynkronmotoren deles inn i to hovedtyper: motorer med kortsluttet rotor og motorer med viklet rotor.

Statoren

Figur 1.50a

Statorviklingene fører hele motorens forbruk av strøm fra nettet. Statoren eller selve motorhuset har tre separate viklinger som ligger fordelt i spor rundt den indre sylinderflaten. Viklingene er spredt med en forskyving på 120 elektriske grader. Dersom motoren har bare ett sett viklinger per fase, er den en maskin

Motoranlegg og likeretting 77

med ett polpar. Viklingene vil her være viklet med en forskyving på 120 meka­ niske grader. Dersom motoren vikles med to sett viklinger per fase, har vi en maskin med to polpar. Den mekaniske forskyvingen per vikling er nå halvert til 60 mekaniske grader. Forholdet mellom polpar, elektriske grader og mekaniske grader beskrives som , . , . elektriske grader mekaniske grader =-----------—- -----polpar

Statorviklingene er merket U,V og W. Starten på viklingene merkes med indeks 1 og slutten med indeks 2. Skjematisk vises viklingene i en motor som på figur 1.50b. Ul V1W1 U2___ Ul

U2 V2 W2 Figur 1.50b

Uansett om motoren har ett eller flere polpar, tegnes viklingene med det samme symbolet.

Rotoren Kortslutningsrotoren

Figur 1.51a

Motoranlegg og likeretting

Rotoren fører ikke maskinens hovedstrøm, men er en helt isolert elektrisk krets. Rotorens magnetiske kretsløp består av en blikklamellpakke som er montert rundt rotorakselen. Den elektriske delen av rotoren består av staver av enten kobber eller aluminium som danner et sylindrisk bur (en burvikling) i blikkpakken. Se figur 1.51b.

Figur 1.51b

Sleperingsrotoren

Sleperingsrotoren har viklinger på den samme måten som statoren. Rotoren vikles med det samme antallet polpar som statoren. Viklingene stjernekobles. Den frie enden føres fram til en slepering på rotorakselen, slik at vi kan koble inn en variabel motstand eller kraftelektronikk som kan regulere strømforhol­ dene i rotoren. Viklingene er grove og har få viklinger. Se figur 1.52.

Figur 1.52

Motoranlegg og likeretting 79

Det synkrone dreiefeltet En stator som vikles med ett polpar, illustreres som vist på figur 1.53a. Viklingsendene Ul, V1 og W1 kobles til tilførselslederne LI, L2 og L3 (se figur 1.53b). Viklingenes ende nr. 2 kobles sammen, slik at vi oppnår en stjernekobling. Når statoren tilkobles en spenning, oppstår det et magnetfelt i statorhuset som rote­ rer med urviseren dersom fasefølgen og viklingsrekkefølgen er den samme. Hver enkelt vikling får et magnetfelt som varierer i intensitet etter som spen­ ningen i fasen endres.

Figur 1.53a-b

I et gitt øyeblikk har fase LI sin maksimale positive verdi (se figur 1.54b), og fase L2 og L3 er negative med ca. halv spenning. I dette øyeblikket har vi strøm­ mer i viklingene som vist på figur 1,54a. Dersom vi summerer feltene som opp­ står rundt hver enkelt leder, får vi et resulterende felt som vist på figuren. Retningen til feltet er nå 0°.

Figur l.54a-b

80 Motoranlegg og likeretting

På figur 1.55a-b ser vi hvordan strømmen og magnetfeltforholdene har endret seg når vi forflytter tidspunktet 60°. Fase L3 har nå sin maksimale negative verdi, mens LI og L2 har ca. halv positiv verdi. Det resulterende feltet dreier seg 60° med urviseren.

Figur 1.55a-b

På figur 1.56a-b vises forholdene når vi forflytter tidspunktet ytterligere 60°. Det resulterende feltet har dreid til 120°.

Figur 1.56a-b

Figur 1.57a-b viser situasjonen når fase LI har nådd den maksimale negative verdien, og fase L2 og L3 har ca. halv positiv verdi. Det resulterende feltet har dreid 180° i forhold til utgangspunktet.

Motoranlegg og likeretting 81

Figur 1.57a-b

Statoren har et resulterende magnetfelt (dreiefelt) som roterer synkront med fre­ kvensen på nettet. Magnetfeltet har en synkron hastighet. For en maskin med ett f 50 polpar er den synkrone rotasjonsfrekvensen ns = F- = = 50 (0/sek) ns = synkron rotasjonshastighet

f= nettfrekvensen

p = polpartallet For en maskin med to polpar blir den synkrone hastigheten f

50

»s==v = ===== 25s 100) THEN MB10: = 100; ELSEJF (IB 3 < 0) THEN MB10:=0; END_IF ; ENDJF ;

Logikk og programmerbare styringer 353

Programmet leser inngangsvariabelen IB3 (8 bit). Hvis verdien er større enn 100, settes minnet MB 10 til 100. Hvis inngangen IB3 er mindre enn 0, settes minnet MB 10 til 0.

Kontaktplan (LD)

En kontaktplan, eller et reléskjema, har til nå vært den dominerende grafiske programmeringsmåten for PLS. Symbolikken bygger på amerikanske og japan­ ske relésymboler og er lett å sammenligne med våre egne relésymboler. Se figur 3.28a. forklaring

Symbol i LD I I

Kontakt, normalt åpen. Blir brukt som symbol for inngang eller minneadresse

I I I

Kontakt, normalt lukket. Blir brukt som symbol for invertert inngang eller minneadresse

■ II

Spole, blir brukt som symbol for at utgang eller minneadresse blir sett

Figur 3.28a

Et program som skal ha en funksjon som vist på figur 3.28b, tegnes i henhold til IEC 1131 som vist på figur 3.28c.

b) Figur 3.28b-c

354 Logikk og programmerbare styringer

Et tilsvarende LD-program skrevet for Omron PLS:

Figur 3.2 8d

En liste over kontaktplansymboler og funksjoner i henhold til IEC 1131: Symbol

—I N I—

-( ) -(/) -( S ) -(R ) -(M ) -(SM) —(RM) -( P ) -( N )

Forklaring Normalt åpen kontakt Normalt lukket kontakt Positiv flanke-kontakt. Kontakten gir ut en puls hver gang signalet foran kontakten endres fra 0 til 1 Negativ flanke-kontakt. Kontakten gir ut en puls hver gang signalet foran kontakten endres fra 1 til 0 Spole. Symboliserer en utgang Invertert spole Spole med minne. Settes ved signal, resettes ved tilsvarende R-spole Spole som resettes Spole for internminne Spole for internminne med sett-funksjon. (samme som (S)) Spole for internminne med resett-funksjon (samme som (R)) Spole med pulsutgang, positiv flanke. Gir fra seg en puls når signalet foran endres fra 0 til 1 Spole med pulsutgang, negativ flanke. Gir fra seg en puls når signalet foran endres fra 1 til 0

Logikk og programmerbare styringer 355

Funksjonsblokk (FBD)

En funksjonsblokk er en navnsatt funksjon som kan behandles som en hvilken som helst annen vanlig logisk blokk. Blokken gir et virtuelt bilde av den funk­ sjonen den har. På skjermen framstår den som et grafisk objekt. En blokk kan være et tidligere definert symbol fra standarden IEC 617-12 «Graphical symbols for diagrams - Binary logic elements» (vanlige logiske IEC-normerte sym­ boler). I tillegg er det mulig å definere egne funksjonsblokker som brukes på den samme måten som vanlige logikkblokker. Se figur 3.29a.

Figur 3.29a

Egendefinerte funksjonsblokker, for eksempel en Pl-regulator, kan se ut som på figur 3.29b.

QW2

Figur 3.29b

Inngangssignalene til PI-regulatoren er analogsignaler som er digitalisert. IW1inngangen (inngang ord 1, en inngang med en oppløsning på maksimalt 16 bit) setter regulatorens proporsjonalitetsbånd -P.

Logikk og programmerbare styringer

Funksjonsblokkenes signaler sammenføyes med linjer som har en signalflyt som går enten fra venstre mot høyre eller ovenfra og nedover. Se figur 3.29c. Den signalflyten som er vist på figur 3.29d, er ikke tillatt. Figuren må skrives om som vist på figur 3.29e.

Figur 3.29c

Figur 3.29d

Figur 3.29e

Signaler kan ikke føres sammen til et felles punkt, men må sammenkobles ved hjelp av et ELLER-element som vist på figur 3.29f.

Figur 3.29f

Logikk og programmerbare styringer 357

Programmering av grunnelementene Programmeringseksemplene nedenfor baserer seg på en kontaktplan (LD) og en instruksjonsliste (IL) og er hentet fra PLS-maskiner i Omron serie C. Ettersom det er svært mange forskjellige maskiner på markedet, er det viktig at du gjør deg kjent med de tilsvarende funksjonene for det fabrikatet som du har tilgang til.

Omron-maskinene bruker et felles minneområde til både innganger, utganger og hjelpeminner. Det er adressenes løpenummer som skiller inngangene og utgang­ ene fra hjelpeminnene. I disse eksemplene er alle inngangssignalene tildelt ord nr. 0 (bit 000 til 015). Utgangene er tildelt ord nr. 2 (bit 200 til 215). Hjelpe­ minnene disponerer over resten av minnet, ord nr. 3 til og med ord nr. 246 (bit 300 til 24615). Oversikt over innganger, utganger og hjelpeminneadresser (Omron C20H) Innganger ord 0

adresse 000 001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015

Utganger ord 2

adresse 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215

Hjelpeminner ord 3

ord 4

ord 246

adresse 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 400 401 402 403 404 405 osv. 24600 24601 24602 osv.

Logikk og programmerbare styringer

OG- og ELLER-funksjonen

Instruksjonsliste

001

LD AND OUT

001 002 200

LD OR OUT

001 002 200

002

Figur 3.30

Figur 3.30 viser grunnelementene OG og ELLER programmert i en kontaktplan og som en instruksjonsliste. Bryterne -Si og -S2 er koblet til inngangene 001 og 002, mens utgangssignalet som går til -Kl, kommer fra en utgang med adresse 200.

Logikk og programmerbare styringer 359

Inverterte signaler Kontaktplan 001

002

Instruksjonsliste 200

LD 001 AND NOT 002 OUT 200

LD OR NOT OUT

0 31

200

001 002 200

LD 001 OR NOT 002 OUT NOT 200

F

/ 0 32 Figur 3.31

Figur 3.31 viser hvordan inverterte signaler programmeres. Mange maskiner kan også invertere en utgang eller en adresse.

360 Logikk og programmerbare styringer

Kombinasjoner av OG og ELLER Logikk

Kontaktplan 001

002

Instruksjonsliste

200

003

004

001

003

002

005

LD AND OR OR OUT

001 002 003 004 200

LD AND OR AND OR OUT

001 002 003 005 004 200

200

Figur 3.32

Figur 3.32 viser eksempler på kombinasjoner av OG- og ELLER-forbindelser. Fordi de parallelle grenene bare har et enkelt element i hver gren, kan instruksjonslisten skrives omtrent slik vi leser skjemaet.

Flere kombinasjoner

Figur 3.33 viser kombinasjonen av to OG-betingelser, som i sin tur danner en ELLER-betingelse. Hvis en kontaktplan tegnes direkte på en PC, er denne opp­ gaven vanligvis uproblematisk. Men på en håndterminal må vi dele opp pro­ grammet slik at begge OG-delene først programmeres som selvstendige blok­ ker, se figur 3.34, for så å settes sammen til en ELLER-kombinasjon med komandoen OR LD. OUT-kommandoen tas helt til slutt.

Logikk og programmerbare styringer

001

002

003

004

LD AND LD AND OR LD OUT

200

001 002 003 004 200

Figur 3.33

.LD AND

001 002

LD .-'"AND

003 004

- OR LD OUT

200

4'-''

,1

A.''

Figur 3.34

000

001

002 003

004

000 001

HHh

005