Electrical drive system for plywood industry lay-up tablet
Venemies, Jani (2020)
Diplomityö
Venemies, Jani
2020
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020073147868
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020073147868
Tiivistelmä
Global energy consumption is increasing inevitably. Because of this it is very important to develop new ways to make machines more energy efficient.
The purpose of this study was to compare the differences between industrial induction motors and servomotors, the purpose was also to find the best suited motor solution for plywood industry lay-up devices. Industrial induction motors and servomotors are very similar. Their main difference is that industrial induction motors do not have an embedded rotor position encoder, which is needed in motor control functions depending on the load’s condition. Servomotors always have inbuild encoders. It is, however, possible to install a position encoder in an industrial induction motor as well, which in a way makes it a servomotor.
In this work four different motor braking methods were studied. In a common-intermediate-circuit system, many frequency converters are connected together via their DC intermediate circuit. This way only one frequency converter needs a network power supply. Other frequency converters get power through the common DC link. By using such an arrangement, the braking energy generated by a motor can be used by other drives connected to the common DC link.
When braking resistors are used, they are connected to intermediate circuit of the frequency converter through brake chopper, which is a controlled IGB-transistor. When a motor brakes and the voltage of the intermediate circuit rises high enough, the IGB-transistor starts to feed this extra energy to braking resistors, where it is converted into heat.
A brake capacitor works as a braking energy storage. Now energy is not converted into heat, but it is stored in a capacitor and used again when the motor accelerates. Regenerative braking energy can be transferred to the power supply network through different electrical components, where its other devices can use this electricity for their own use. In a lay-up system, the best suited solution would be this solution. Energian kulutus lisääntyy maailmassa vääjäämättä. Tämän takia on tärkeää koko ajan kehitellä uusia tapoja, jolla energian kulutusta voitaisiin pitää kurissa ja jopa vähentää.
Tässä tutkimuksessa oli tarkoituksena selvittää teollisuusoikosulkumoottoreiden ja servomoottoreiden eroja, mutta myös sitä, kumpi niistä soveltuisi ladontalaitteen moottorivalinnaksi parhaiten. Teollisuusoikosulkumoottorit ja servomoottorit ovat samankaltaisia. Niiden pääeroavaisuus on se, että teollisuusoikosulkumoottorissa ei ole valmiina roottorin asentoanturia, jonka avulla voidaan säätää tarkasti moottorin toimintaa kuorman tilan mukaan. Servomoottoreille tyypillistä on se, että niissä on sisäänrakennettuna tällainen anturi. Oikosulkumoottoriin voi kuitenkin asentaa tällaisen anturin erikseen.
Työssä on pyritty keskittymään neljään moottorin jarrutustapaan. Yhteisen välipiirin tapauksessa monta taajuusmuuttajaa kytketään yhteen niiden DC välipiirin kautta. Tällä tavalla ainoastaan yhdelle taajuusmuuttajalle tarvitaan sähkönsyöttö. Muut taajuusmuuttajat saavat sähkön yhteisen välipiirin kautta. Näin ollen yhden moottorin jarruttaessa voidaan regeneroitava energia kuluttaa muissa moottoreissa.
Jarruvastuksia käytettäessä ne yhdistetään moottorin taajuusmuuttajan välipiiriin jarrukatkojan kautta. Moottorin jarruttaessa ja välipiirin jännitteen noustessa jarrukatkoja alkaa syöttää energiaa jarruvastuksiin, joissa se muutetaan lämmöksi.
Jarrukondensaattori toimii jarruvastuksen tavoin, mutta energiaa ei muuteta lämmöksi vaan se varastoidaan jarrukondensaattoriin ja kulutetaan taas moottorin kiihdytyksessä.
Moottorin regeneraatioenergian syöttäminen verkkoon tapahtuu sitten, kun välipiirin jännite nousee tarpeeksi suureksi ja aletaan sähköä syöttää erilaisten komponenttien kautta takaisin verkkoon. Tällöin kaikki muut sähköverkon laitteet voivat kuluttaa tämän generoidun sähkön omiin käyttötarkoituksiinsa. Kyseisessä ladontalaitteessa parhaiten toimiva ratkaisu olisi moottorin regeneraatioenergian syöttö verkkoon.
The purpose of this study was to compare the differences between industrial induction motors and servomotors, the purpose was also to find the best suited motor solution for plywood industry lay-up devices. Industrial induction motors and servomotors are very similar. Their main difference is that industrial induction motors do not have an embedded rotor position encoder, which is needed in motor control functions depending on the load’s condition. Servomotors always have inbuild encoders. It is, however, possible to install a position encoder in an industrial induction motor as well, which in a way makes it a servomotor.
In this work four different motor braking methods were studied. In a common-intermediate-circuit system, many frequency converters are connected together via their DC intermediate circuit. This way only one frequency converter needs a network power supply. Other frequency converters get power through the common DC link. By using such an arrangement, the braking energy generated by a motor can be used by other drives connected to the common DC link.
When braking resistors are used, they are connected to intermediate circuit of the frequency converter through brake chopper, which is a controlled IGB-transistor. When a motor brakes and the voltage of the intermediate circuit rises high enough, the IGB-transistor starts to feed this extra energy to braking resistors, where it is converted into heat.
A brake capacitor works as a braking energy storage. Now energy is not converted into heat, but it is stored in a capacitor and used again when the motor accelerates. Regenerative braking energy can be transferred to the power supply network through different electrical components, where its other devices can use this electricity for their own use. In a lay-up system, the best suited solution would be this solution.
Tässä tutkimuksessa oli tarkoituksena selvittää teollisuusoikosulkumoottoreiden ja servomoottoreiden eroja, mutta myös sitä, kumpi niistä soveltuisi ladontalaitteen moottorivalinnaksi parhaiten. Teollisuusoikosulkumoottorit ja servomoottorit ovat samankaltaisia. Niiden pääeroavaisuus on se, että teollisuusoikosulkumoottorissa ei ole valmiina roottorin asentoanturia, jonka avulla voidaan säätää tarkasti moottorin toimintaa kuorman tilan mukaan. Servomoottoreille tyypillistä on se, että niissä on sisäänrakennettuna tällainen anturi. Oikosulkumoottoriin voi kuitenkin asentaa tällaisen anturin erikseen.
Työssä on pyritty keskittymään neljään moottorin jarrutustapaan. Yhteisen välipiirin tapauksessa monta taajuusmuuttajaa kytketään yhteen niiden DC välipiirin kautta. Tällä tavalla ainoastaan yhdelle taajuusmuuttajalle tarvitaan sähkönsyöttö. Muut taajuusmuuttajat saavat sähkön yhteisen välipiirin kautta. Näin ollen yhden moottorin jarruttaessa voidaan regeneroitava energia kuluttaa muissa moottoreissa.
Jarruvastuksia käytettäessä ne yhdistetään moottorin taajuusmuuttajan välipiiriin jarrukatkojan kautta. Moottorin jarruttaessa ja välipiirin jännitteen noustessa jarrukatkoja alkaa syöttää energiaa jarruvastuksiin, joissa se muutetaan lämmöksi.
Jarrukondensaattori toimii jarruvastuksen tavoin, mutta energiaa ei muuteta lämmöksi vaan se varastoidaan jarrukondensaattoriin ja kulutetaan taas moottorin kiihdytyksessä.
Moottorin regeneraatioenergian syöttäminen verkkoon tapahtuu sitten, kun välipiirin jännite nousee tarpeeksi suureksi ja aletaan sähköä syöttää erilaisten komponenttien kautta takaisin verkkoon. Tällöin kaikki muut sähköverkon laitteet voivat kuluttaa tämän generoidun sähkön omiin käyttötarkoituksiinsa. Kyseisessä ladontalaitteessa parhaiten toimiva ratkaisu olisi moottorin regeneraatioenergian syöttö verkkoon.