ENERGIETECHNIEK 2-3MK

Transcriptie

1 ENERGIETECHNIEK 2-3MK ENERGIE-OMZETTING/ BESTURINGSTECHNIEK Docentenhandleiding Herzien door: A. de Bruin A. Fortuin _TransferE_Energietechniek_WB_titelpag.indd :04:36

2 Colofon Herzien door A. de Bruin A. Fortuin Vormgeving binnenwerk en omslagontwerp TwinMedia bv, Culemborg Zetwerk (MW)², Doorwerth Tekeningen P.A. Cornelis, Eindhoven ThiemeMeulenhoff ontwikkelt leermiddelen voor Primair Onderwijs, Algemeen Voortgezet Onderwijs, Beroepsonderwijs en Volwasseneneducatie en Hoger Beroepsonderwijs Meer informatie over ThiemeMeulenhoff en een overzicht van onze leermiddelen: of via onze klantenservice (088) ThiemeMeulenhoff, Amersfoort, 2011 Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Voor zover het maken van kopieën uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16 Auteurswet j het Besluit van 23 augustus 1985, Stbl., dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoedingen te voldoen aan Stichting Publicatie- en Reproductierechten Organisatie (PRO), Postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp ( Voor het overnemen van gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet) dient men zich tot de uitgever te wenden. Voor meer informatie over het gebruik van muziek, film en het maken van kopieën in het onderwijs zie De uitgever heeft ernaar gestreefd de auteursrechten te regelen volgens de wettelijke bepalingen. Degenen die desondanks menen zekere rechten te kunnen doen gelden, kunnen zich alsnog tot de uitgever wenden.

3 Inhoud 1 Energietechniek 1 Elektrische energie-omzetters 1 Roterende en statische energie-omzetters 2 Besturingstechniek 2 Zelftoets 3 2 Gelijkstroommachines 5 Gelijkstroommachine 5 Bekrachtiging van een gelijkstroommachine 6 Opbouw van een gelijkstroommachine 7 Wetmatigheden van een gelijkstroommachine 8 Zelftoets 9 3 Gelijkstroomgeneratoren 11 Energie-opwekking met gelijkstroomgeneratoren 11 Generatoren met externe bekrachtiging 12 Gelijkstroom shuntgenerator 13 Zelftoets 16 4 Gelijkstroommotoren 17 Gedrag van een gelijkstroommachine bij motorbedrijf 17 Karakteristieken van een extern bekrachtigde motor 18 Karakteristieken van een gelijkstroom-shuntmotor 21 Karakteristieken van een gelijkstroom-seriemotor en -compoundmotor 22 Snelheidsregeling en omkering draairichting 24 Aanzetmethoden van en verliezen in gelijkstroommotoren 25 Zelftoets 26 5 Draaistroommotoren 29 Indeling van draaistroommotoren 29 De stator van een draaistroommotor 30 Synchrone draaistroommotoren 31 Asynchrone draaistroommotoren 32 Aanzetten van draaistroommotoren 33 Snelheidsregeling en rendement van draaistroommotoren 35 Zelftoets 36 6 Wisselstroommotoren 39 Werking en eigenschappen 39 Synchrone wisselstroommotoren 40 Asynchrone wisselstroommotoren 41 Universeelmotor 42 Uitvoeringsvormen en onderhoud 42 Zelftoets 44

4 II 7 Servosystemen 47 Inleiding 47 Algemene eigenschappen van een servosysteem 47 AC- en DC-servomotoren 48 Stappenmotoren en lineaire motoren 49 Zelftoets 50 8 Spoelen 51 Inleiding en eigenschappen smoorspoel 51 Invloed kern op de eigenschappen en verliezen van een smoorspoel 51 Toepassingen van smoorspoelen 52 Zelftoets 55 9 Transformatoren 57 Principe en grootheden 57 Verliezen en rendement 58 Soorten transformatoren 1 59 Soorten transformatoren 2 60 Soorten transformatoren 3 61 Uitvoeringsvormen 61 Zelftoets Besturingstechniek 65 Inleiding besturingstechniek 65 Sensoren en actuatoren 66 Besturingssysteem 68 SFC-elementen 69 Bedieningsconsole 73 Zelftoets PLC-besturingen 77 Softwarematige besturingen 77 Opbouw van een PLC 77 PLC-programma en -instructies 79 Zelftoets 87 II

5 1 Inleiding Elektrische energie-omzetters 1 a In een batterij wordt chemische energie omgezet in elektrische energie. b Een windturbine zet windenergie om in elektrische energie. c Een verwarmingselement in een wasmachine zet elektrische energie om in thermische energie. d Een roltrapmotor zet elektrische energie om in mechanische energie. 2 G zet een wisselspanning om in een gelijkspanning G zet een gelijkspanning om in een wisselspanning O zet een wisselspanning om naar een wisselspanning van een andere waarde G zet een wisselspanning om naar een wisselspanning met een andere frequentie O wordt onder andere gebruikt om een wisselspanning om te zetten naar een gelijkspanning 3 In een frequentieregelaar wordt een wissel- of draaistroom omgezet in een wissel- of draaistroom met een andere frequentie. 4 G een gelijkstroom omgezet in een wisselstroom O een wisselstroom omgezet in een gelijkstroom G een draaistroom omgezet in een wisselstroom en vervolgens in een gelijkstroom G een wisselspanning omgezet naar een wisselspanning met een andere frequentie G een gelijkstroom omgezet in een gelijkstroom met een andere waarde 5 a Een elektrische energie-omzetter is een/geen energiebron. b Een windturbine is een/geen energiebron. c Een transformator wekt wel/geen energie op. d Een generator zet elektrische/mechanische energie om in elektrische/mechanische energie. 6 De ventilatormotor zet elektrische energie om in bewegingsenergie (mechanische energie). Via de rotorbladen wordt deze omgezet in luchtverplaatsing.

6 2 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Roterende en statische energie-omzetters 7 a statische b roterende c statische d statische 8 a De wieken zetten windenergie om in mechanische energie. b Een watermolen is een statische/roterende energie-omzetter. c De energie van de wieken naar het schoepenrad is mechanische energie. d Het schoepenrad dient ervoor om door middel van mechanische energie water te verplaatsen naar een hoger niveau. 9 Gelijkstroommachines en wisselstroommachines. Wisselstroommachines worden ingedeeld in éénfase- en driefasenmachines. 10 a De frequentieregelaar is een statische/roterende omzetter. b Met de regelaar wordt de rotatiefrequentie c.q. het toerental van de motor geregeld. c Een statische omzetter heeft geen bewegende delen. d Een roterende omzetter heeft draaiende onderdelen. Besturingstechniek 11 P: programmable (progammeerbaar) L: logic (logisch) C: control (besturing) 12 Automatiseringsprocessen besturen en regelen volgens een vast programma. 13 Doordat de PLC programmeerbaar is, is het programma (besturingsvolgorde) makkelijk te veranderen.

7 1 INLEIDING 3 Zelftoets 1 a In roterende energie-omzetters treden meer/minder verliezen op dan in statische energie-omzetters. b Met windmolens wordt mechanische/elektrische energie opgewekt. c Elektromotoren worden tot de statische/roterende energie-omzetters gerekend omdat deze wel/geen bewegende onderdelen bevatten. d Een net-adapter voor een portable cd-speler is een statische energie-omzetter en zet gelijkspanning om in wisselspanning/wisselspanning om in gelijkspanning. 2 De energie van een fietsdynamo komt van de fietser. Als je fietst en de dynamo staat aan, dan trapt de fiets zwaarder. 3 a Een accu in een auto is een statische energie-omzetter. b De laadgenerator levert elektrische energie aan de accu. Deze energie wordt verkregen uit de mechanische energie van de automotor. De elektrische energie die de laadgenerator levert wordt in de accu opgeslagen in de vorm van chemische energie. c De startmotor is een roterende energie-omzetter. Hij zet de elektrische energie om in mechanische energie, zodat de motor start. 4 G De zon zendt mechanische energie uit. G Een batterij bevat elektrische energie. O Een batterij bevat chemische energie. O Een batterij kan elektrische energie leveren. G Elektrische zonnepanelen leveren chemische energie. 5 a strijkijzer: elektrische energie naar thermische energie b ventilator: elektrische energie naar wind(bewegings)energie c koelkast: elektrische energie naar verminderde thermische energie d centrifuge: elektrische energie naar mechanische energie

8 .

9 2 Gelijkstroommachines Gelijkstroommachine 1 a Gelijkstroommachines komen we voornamelijk tegen in nieuwe/bestaande installaties. b Een gelijkstroommachine wordt toegepast als motor/als generator/zowel als motor én als generator. c De constructie van een gelijkstroomgenerator is eenvoudiger dan/ingewikkelder dan/gelijk aan die van de gelijkstroommotor. d De rotor is het vaste/draaiende deel van de machine. e De stator is het vaste/draaiende deel van de machine a luchtspleet G G G G G G O b juk O G G G G G G c stator G G G G O G G d poolschoen G G G O G G G e veldwikkeling G G O G G G G f rotor G G G G G O G g poolkern G O G G G G G 3 G In de stator van een gelijkstroommachine wordt een gelijkstroom opgewekt. O In een draaiend trommelanker van een gelijkstroommachine wordt een wisselstroom opgewekt. G De commutator dient voor de afvoer van de opgewekte gelijkstroom. O De commutator is een mechanische gelijkrichter. 4 a koolborstels: voeren de stroom af van het anker b collector: verzamelt de stroom van of naar het anker c veldwikkeling: wekt het magneetveld op d commutator: zet de opgeweke wisselstroom via collector en koolborstels om in een gelijkstroom

10 6 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Bekrachtiging van een gelijkstroommachine 5 a De bekrachtiging is het magneetveld, opgewekt in de veldwikkeling. b Een shuntwikkeling bestaat uit veel/weinig windingen en is laagohmig/ hoogohmig. c Een seriewikkeling bestaat uit veel/weinig windingen en is laagohmig/hoogohmig. d Een shuntwikkeling wordt ontworpen voor een grote/kleine stroom en voor een hoge/lage aansluitspanning. e Een seriewikkeling wordt ontworpen voor een grote/kleine stroom en voor een hoge/lage aansluitspanning. 6 F1 A1 E1 A1 A2 F2 A2 E2 a b A1 D1 D2 E1 A1 D1 D2 A2 A2 E2 c d 7 G De eigenschappen van de afzonderlijk bekrachtigde gelijkstroommachine en die van de machine met seriebekrachtiging zijn in grote lijnen gelijk. O De eigenschappen van de afzonderlijk bekrachtigde gelijkstroommachine en die van de machine met shuntbekrachtiging zijn in grote lijnen gelijk. O De eigenschappen van een gelijkstroommachine met compoundbekrachtiging liggen in tussen die van een seriemachine en die van een shuntmachine. G De seriemachine wordt voornamelijk toegepast als generator. 8 a Voor toepassing van vermogenselektronica met gelijkstroommachines is vooral de afzonderlijk bekrachtigde machine/machine met seriebekrachtiging van belang. b Bij een machine met shuntbekrachtiging is het magneetveld afhankelijk/ onafhankelijk van de belastingsstroom. c Bij een machine met seriebekrachtiging is het magneetveld afhankelijk/ onafhankelijk van de belastingsstroom. d De shuntwikkeling van een gelijkstroommachine staat parallel aan/in serie met het anker.

11 2 GELIJKSTROOMMACHINES 7 Opbouw van een gelijkstroommachine 9 1 motorschild 2 borstelbrug 3 borstelhouder 4 stator (motorhuis) 5 poolschoen 6 veldwikkeling 7 motorschild 8 collector 9 rotor met ankerwikkeling 10 koelventilator 11 rotoras 10 a Grote gelijkstroommachines hebben een massief/gelamelleerd juk. b Het doel hiervan is om de koperverliezen/ijzerverliezen te beperken. c In een gelijkstroommachine heeft alleen de stator/alleen de rotor/zowel de stator als de rotor een magnetisch veld. d In grote gelijkstroommachines worden permanente magneten/elektromagneten gebruikt. 11 a 1 rotor 2 poolschoen 3 stator 4 poolkern 5 veldwikkeling 6 luchtspleet b Het magneetveld loopt van de poolkern naar de poolschoen, via de luchtspleet naar de tanden van de rotor. c Aan de omtrek van de rotor zitten gleuven en tanden. In de gleuven zit de ankerwikkeling. Het magneetveld loopt via de tanden. 12 a Figuur 5a toont een binnenpoolmachine/buitenpoolmachine. b Figuur 5b toont een binnenpoolmachine/buitenpoolmachine. c Bij een binnenpoolmachine zitten de polen in de stator/rotor. c Bij een buitenpoolmachine zitten de polen in de stator/rotor. d Gelijkstroommachines worden meestal uitgevoerd als binnenpoolmachine/buitenpoolmachine. e Elektrische energie in centrales wordt meestal opgewekt in draaistroomgeneratoren, uitgevoerd als binnenpoolmachine/buitenpoolmachine. 13 Een gelijkstroommachine is storingsgevoelig omdat het grote vermogen naar het anker loopt via bewegende delen (collector) en stilstaande koolborstels.

12 8 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Wetmatigheden van een gelijkstroommachine 14 O Het inwendig vermogen P i is groter dan het uitwendig vermogen P o. G Het inwendig vermogen P i is kleiner dan het uitwendig vermogen P o. G Het verschil tussen beide vermogens is het koperverlies. O Het verschil tussen beide vermogens is het totale verlies. G Het verschil tussen beide vermogens is het ijzerverlies. 15 G E i = P I a O P i = E I a G P i = E i /I a O E i = P i /I a O I a = P i /E i 16 c totale verliezen = mechanische verliezen + koperverliezen = 125 W +75 W P vt = 200 W. P o = P i! P vt = 1000 W! 200 W = 800 W 17 c P i = P o + = 2100 W W = 2350W P vt P i 2350 W E i = = = 235 V 10 A I a 18 b E i = c n 19 d E i = 100 V bij n 1 en M 1 n 2 = n % = 1,5 n 1 M 2 =M 1! 50% = 0,5 M 1 E 1 = M n 1 = 100 V E 2 = M n 2 = o,5 M 1,5 n 1 = M n 1 = 0, V = 75 V 20 G T i = P i /n O T i = c I a O T i = P i /T G T i = c n Pi 3000 W 21 b T i = = = 3 m 1000 r/s ω 22 c = = I Ti Ia Ti a T i 2 T i 1 Y Φ Φ T c I I i = 2 a a 2 = = 2 2A = = 0,2 m c I 10 A T i 2 a1 I a 1 = 5 m 0,2 = 1 m

13 2 GELIJKSTROOMMACHINES 9 Zelftoets 1 a Het vaste gedeelte van een gelijkstroommachine noemen we stator. b Het draaiende gedeelte van een gelijkstroommachine heet rotor. c De veldwikkeling bevindt zich om de poolkernen. Het uiteinde hiervan zijn de poolschoenen. De veldlijnen van het magneetveld lopen hier vandaan door de luchtspleet naar de tanden van het anker. d De commutator bestaat uit borstels en collector. Het doel is mechanisch gelijkrichten van de opgewekte wisselspanning. 2 1 achterschild 2 borstelbrug 3 complete borstelhouder 4 commutator 5 anker 6 huis 7 veldspoel 8 poolkern 3 a A1 A2 ankerwikkeling E2 D1 seriewikkeling D2 E1 shuntwikkeling E2 E1 F1 afzonderlijke wikkeling F2 D1 compoundwikkeling D2 b c d Een seriewikkeling bestaat uit veel/weinig wikkelingen van dik/dun draad en is laagohmig/hoogohmig. Een shuntwikkeling bestaat uit veel/weinig wikkelingen van dik/dun draad en is laagohmig/hoogohmig. Door de commutator loopt de ankerstroom/veldstroom. 4 a Het magnetisch veld van een gelijkstroommachine noemen we bekrachtiging. b Een shuntwikkeling staat parallel aan/met het anker. c Een seriewikkeling staat in serie aan/met het anker. 5 G blijft het magneetveld bij een seriemachine constant O verandert het magneetveld in een seriemachine evenredig met de ankerstroom O blijft het magneetveld bij een shuntmachine constant G verandert het magneetveld in een shuntmachine evenredig met de veldstroom 6 Bij een buitenpoolmachine zitten de vaste polen aan de stator, bij een binnenpoolmachine zitten de polen op de rotor.

14 10 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 7 a Draaistroomgeneratoren zijn meestal uitgevoerd als binnenpoolmachine/buitenpoolmachine. b Gelijkstroommachines zijn meestal uitgevoerd als binnenpoolmachine/buitenpoolmachine. 8 G is gelijk aan P o! P i O is gelijk aan P i! P o G bestaat uit alleen mechanische verliezen O bestaat uit elektrische en mechanische verliezen G bestaat uit alleen elektrische verliezen 9 d Totale verliezen = 100 W+ 100 W= 200 W P vtot P i = P o + = 1200 W W = 1400W P vtot 10 c E = n Y n E Y n 1 = n 2 E 1 E 2 50 s!1 n V 150 V = Y n 2 = 50 s!1 = 75 s!1 150 V 100 V Pi 1000 W 11 d T i = = = 2 m 500 r/s ω

15 3 Gelijkstroomgeneratoren Energie-opwekking met gelijkstroomgeneratoren 1 bezwaar toelichting 1 vaste spanning/stroom Bij gelijkstroom is het omzetten in een andere spanning of stroom moeilijk. 2 duur De constructie van een gelijkstroommachine is duurder dan die van een wisselstroom- of draaistroommachine. 3 onderhoud Gelijkstroommachines zijn niet zo bedrijfszeker en hebben dus meer onderhoud nodig. 2 a Bij meerkwadrantenbedrijf kan de gelijkstroommachine alleen als generator/ alleen als motor/als generator én als motor werkzaam zijn. b Generatorbedrijf treedt op bij weerstandremmen/elektrisch remmen als het aan de gelijkstroommachine gekoppelde werktuig energie levert/ontvangt van de gelijkstroommachine. c Gelijkstroomgeneratoren vinden we vooral in nieuwe/bestaande installaties. 3 Dit is meestal een gelijkstroomshuntgenerator of een extern bekrachtigde generator, aangedreven door een dieselmotor. Wordt toegepast als noodvoorziening wanneer de stroom uitvalt (noodaggregaat). 4 G elekrische energie omgezet in mechanische energie O mechansche energie omgezet in elektrische energie G energie onttrokken aan het elekriciteitsnet O energie onttrokken aan een mechanische energiebron 5 a Het drijvend koppel T d is kleiner/groter dan het tegenkoppel T t. b Bij verhoging van de rotatiesnelheid n van de dieselmotor wordt de waarde van de bronspanning E groter/kleiner. c Om de bronspanning E van de generator constant te houden wordt toerenregeling/ spanningsregeling toegepast.

16 12 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Generatoren met externe bekrachtiging 6 7 a In een belaste gelijkstroomgenerator is de bronspanning E groter/kleiner dan de klemspanning U k. b In een belaste gelijkstroomgenerator is het spanningsverlies U v onafhankelijk/ afhankelijk van de belasting. c In een afzonderlijk bekrachtigde gelijkstroomgenerator is het magnetisch veld Φ onafhankelijk/afhankelijk van de bekrachtigingsstroom I m. 8 a U k = E! U v = E! I R a b E U k = f (I b ) U v U k 0 0 I b 9 a E = U k + I R a = 140 V + 50A 0,4 Ω = 140 V + 20 V = 160 V I b (A) E (V) U v (V) U k (V)

17 3 GELIJKSTROOMGENERATOREN 13 b U v = I R a = I a 0,4 Ω I b (A) E (V) U v (V) U k (V) c U k = E! U v = 160V! U v I b (A) E (V) U v (V) U k (V) V U k U k = f (I b ) A 50 I b Gelijkstroom shuntgenerator 11 a Bij een gelijkstroom shuntgenerator is de bekrachtiging constant/afhankelijk van de klemspanning/onafhankelijk van de klemspanning. b In een belaste shuntgenerator is de ankerstroom gelijk aan/groter dan/kleiner dan de belastingsstroom. c De klemspanning van een shuntgenerator wordt geregeld met behulp van een regelaar in de ankerkring/regelaar in de veldkring/toerenregelaar van de aandrijving. d De verandering van de klemspanning van een shuntgenerator is gelijk aan/iets groter dan/iets kleiner dan die van de afzonderlijk bekrachtigde generator.

18 14 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 12 a t/m d I a A1 I b = I a I m n R a E R m I m E1 R vm E2 A2 Im I b R b U k 13 a I a = I b + I m of I b = I a! I m b U k = E t! U v = c n! I R a c E t = c n U k0 240 V 14 a I m0 = = = 2,4 A R m 100 Ω I mv U kv 220 V = = = 2,2 A R m 100 Ω I m2 b Daling I m is 2,2 A = = 0,9167 2,4 A I m2 I m1 I m1 = 91,67% van, dus 100%! 91,67% = 8,33% gestegen/gedaald c 8,33% gedaald/ % gestegen/gelijk gebleven 15 a/b U k = f (I m ) extern shunt U k 0 0 I m c Bij de extern bekrachtigde generator daalt de klemspanning licht met toenemende belasting U k = E! U v. Omdat E = n is E bij de extern bekrachtigde generator constant. Bij de shuntgenerator daalt I m, dus M, dus E als de klemspanning daalt. Hierdoor neemt de klemspanning extra af. 16 a 1 Als I b toeneemt, neemt U v toe, dus daalt U k. 2 Als U k daalt, daalt M, dus daalt ook E, waardoor U k sterker daalt. b Als de rotatiefrequentie n bij toenemende belasting daalt, neemt E af en neemt dus ook U k af.

19 3 GELIJKSTROOMGENERATOREN Bij toenemende belasting neemt het spanningsverlies U v toe, waardoor U k daalt. Hierdoor daalt I m en dus M, zodat E daalt. Als de rotatiefrequentie n daalt, neemt U k verder af. Als we nu door te verminderen de magneetstroom I m laten toenemen, R v m wordt E = n weer groter, zodat U k toeneemt. De spanningsregeling vindt plaats door middel van veldregeling. 18 G is de klemspanning onafhankelijk van de bekrachtiging O is de klemspanning afhankelijk van de magneetstroom G is de klemspanning niet afhankelijk van de belasting O is de klemspanning afhankelijk van de ankerstroom O is de klemspanning afhankelijk van de toerenkarakteristiek (rotatiefrequentie) van de aandrijving O wordt de klemspanning geregeld met de bekrachtigingsstroom G wordt de klemspanning geregeld met de ankerstroom

20 16 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Zelftoets 1 a Spanning en stroom van een gelijkstroom zijn makkelijker/moeilijker om te zetten naar een hogere of lagere waarde dan bij wissel- of draaistroom. b De constructie van gelijkstroommachines is goedkoper/duurder dan die van wisselof draaistroommachines. c Gelijkstroommachines zijn meer/minder bedrijfszeker dan wissel- of draaistroommachines. d Wissel- en draaistroommachines hebben minder/meer onderhoud nodig dan gelijkstroommachines. 2 Gelijkstroommachines kunnen als motor én als generator werken. Bij motorbedrijf wordt de machine aangedreven, bij generatorbedrijf wordt de machine elektrisch geremd. 3 G het koppel van de generator groter dan dat van de dieselmotor O het drijvend koppel T d groter dan het tegenkoppel T t G de bronspanning E alleen afhankelijk van de ankerstroom O de bronspanning E afhankelijk van de rotatiefrequentie en de bekrachtiging 4 U k = E! I R a = E! U v Als de belasting I b toeneemt, neemt het verlies U v toe, zodat de klemspanning U k daalt. 5 a U k = E! I R a Y 240 V = E! 0 R a Y E = 240 V b U k = E! I R a Y 230 V = 240 V! 50 R a c 10 V 50 R a = 240 V! 230 V = 10 V Y R a = = 0,2 Ω 50 A U k = E! I R a = 240 V! 100 A 0,2 Ω = 240 V! 20 V = 220 V 6 a U k = I R b = 10A 20 Ω = 200 V b I a = I b + I m = 10A + 1 A =11 A c E i = U k + I R a = 200 V + 11 A 1 Ω = 211 V d P i = E I a = 211 V 11 A = 2321 W e P o = U I b = 200 V 10 A = 2000 W U k (V) I a (A) E (V) P i (W) P o (W) b elekronische regelaar in de veldkring

21 4 Gelijkstroommotoren Gedrag van een gelijkstroommachine bij motorbedrijf 1 a het werktuig energie levert/vraagt en de gelijkstroommachine energie vraagt/levert. b de gelijkstroommachine het remmend/drijvend koppel levert. c het tegenkoppel/drijvend koppel van de motor/het werktuig gelijk en tegengesteld is aan het tegenkoppel/drijvend koppel van de motor/het werktuig. d elektrische/mechanische energie in de gelijkstroommachine wordt omgezet in elektrische/mechanische energie. 2 a/d I n Ia I m U k M T d n T t motor werktuig 3 Het uit het net afkomstige elektrische vermogen P = U I n wordt in de motor omgezet in een drijvend koppel T d bij een snelheid n. 4 1 toeren-koppelkarakteristiek 2 koppel-stroomkarakteristiek 5 c toeren-koppelkarakteristiek e de rotatiesnelheid en het daarbij geleverde koppel 6 b koppel-stroomkarakteristiek e het geleverde koppel bij een bepaalde opgenomen ankerstroom

22 18 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Karakteristieken van een extern bekrachtigde motor 7 a De klemspanning U k is groter/kleiner dan de bronspanning E t. b Het magneetveld is afhankelijk/onafhankelijk van de ankerstroom I a. c De bronspanning E t is afhankelijk/onafhankelijk van de rotatiefrequentie n. d De bronspanning E t is afhankelijk/onafhankelijk van het ankerspanningsverlies U v. 8 G U k = E t! U v O U k = E t + U v O E i = c n G E i = c I a G U v = I R a O U v = I R a G U v = I R a 9 a U k = E t + U v b E t = c n c U v = I R a d U k = c n + I R a U I e Uit formule d volgt: c n = U k! I R a Y n = R c 10 a n = f (I a ) k a a 1 Φ n 0 0 I a b U I R k a a n =. Omdat U k en c M constant zijn, daalt n bij toenemende c 1 Φ stroom (verlies). c De invloed van de belasting op de rotatiefrequentie is groot/gering/verwaarloosbaar omdat I R a klein is ten opzichte van U k. 11 a Het askoppel T a /inwendig koppel T i is evenredig met/afhankelijk van de netstroom I n. b Het askoppel T a /inwendig koppel T i is evenredig/omgekeerd evenredig met de ankerstroom I a. c Het askoppel T a is groter/kleiner dan het inwendig koppel T i. d Het verlieskoppel T v is nagenoeg onafhankelijk/sterk afhankelijk van de belasting.

23 4 GELIJKSTROOMMOTOREN G T d = T i + T v O T as = T i! T v O T as = T d G T i = c n O T i = c I a T i1 G = T i2 n 1 n 2 T i1 O = T i2 I a1 I a2 13 a T i = c I a b T as = T i! T v c lineaire functie (rechte lijn door de oorsprong) T i1 I a1 T i2 d = of = I a2 T i2 I a2 T i1 I a1 14 a T i = f (I a ) T a = f (I a ) T T v 0 0 I a b T i = I a is een lineaire functie (zie vraag 13c). Het verlieskoppel T v is nagenoeg constant. T a = T i! T v ligt dus lager dan en evenwijdig met T i. Theoretisch is bij I a = 0 A ook het verlieskoppel T v. 0.

24 20 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 15 a U k = 240 V (gegeven) U v = I R a = I a 0,5 Ω E t = U k! U v =240 V! U v U k = n + I R a Y 240 V = M 25 s!1 M 25 s!1 = 240 V! 40 V = 200 V E 2 n 2 n 1 E 1 = 200 V en n 1 = 25 s!1 bij I a = 80 A E A 0,5 Ω Opmerking: Deze berekening van U v, E t en n geldt voor I a = 80 A. De overige berekeningen worden uitgevoerd met de in de tabel actuele stroomwaarden. I a (A) U k (V) U v (V) E t (V) n (s!1 ) T i m) , , , b 30 s 1 25 n = f (T i ) 20 n Nm 40 T i Φ Φ T c I I 2 a2 a2 c = Y T 2 T 1 T 1 c I a1 I a1 T 1 = 40 m bij I a1 = 80 A I a (A) U k (V) U v (V) E t (V) n (s!1 ) T i m) , , ,

25 4 GELIJKSTROOMMOTOREN 21 d T i 50 Nm T i = f (I a ) A 80 I a Karakteristieken van een gelijkstroom-shuntmotor 16 Het verschil zit in de bekrachtiging. Bij de shuntmotor levert de netstroom ook de bekrachtigingsstroom (I n = I a + I m ). Zowel de toeren-stroomkarakteristieken (n = f(t)) als de koppel-stroomkarakteristieken (T = f(i a )) zijn voor beide gelijk. 17 n = f (I a ) n I a T i = f (I a ) T a = f (I a ) T T v 0 0 I a 19 a T as = P as ω b P as W T as = = = 159,2 m 2 π 20s!1 ω c T I P W T 2 P 2 P 2 = Y T 2 T 1 = 159,2 m = 79,6 N@ m T 1 P 1 P W

26 22 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Karakteristieken van een gelijkstroom-seriemotor en -compoundmotor 20 a het magneetveld onafhankelijk van/evenredig met de ankerstroom is. b bij verwaarlozing van het spanningsverlies en bij constante klemspanning de rotatiefrequentie evenredig/ongekeerd evenredig is met de ankerstroom. c het verloop van de toeren-koppelkromme lineair/parabolisch/hyperbolisch verloopt. d bij geringe belasting de rotatiefrequentie hoog/laag is en bij zware belasting hoog/laag is. 21 G I n = I m +I a O I m = I n O I n = I a G U v = I R a O U v = I (R a + R m ) O T i = c I a n G 2 = n 1 I a2 I a1 n O 2 = n 1 I a1 I a2 22 a hyperbolisch verloop b motor slaat op hol 23 a n n = f (T) 0 0 T b Voor lage waarden van T. Het toerental (de rotatiefrequentie) wordt te hoog. De motor slaat op hol. 24 G T i = c n O T i = c I a G T a = T i + T v O T a = T i! T v O T i = I a 2

27 4 GELIJKSTROOMMOTOREN a T i = f (I a ) T a = f (I a ) T T v b 0 0 I a parabolisch Onbelast (zeer kleine I a ). Omdat dan T klein is, slaat de motor op hol (zie opdracht 23). T 2 I a2 2 c Parabolisch verloop: = Y Als I tweemaal zo groot wordt, dan wordt T 1 I a1 T viermaal zo groot. 26 a O 40 s!1 I n1 20 A n 2 n 1 = 20 s!1 = 40 s!1 I n2 10 A b O 4 m I 2 T 2 T 1 = 16 m = 4 m I A 20 A 2 27 a Het veld van een compoundmotor bestaat uit een serieveld en een shuntveld. b Bij de meegecompoundeerde motor versterken/verzwakken de magneetvelden elkaar. c Bij de tegengecompoundeerde motor versterken/verzwakken de magneetvelden elkaar. d De meest voorkomende compoundmotor is van het type tegengecompoundeerd/ meegecompoundeerd. 28 a De rotatiefrequentie is stabieler dan bij de seriemotor, maar minder constant dan bij de shuntmotor. Slaat onbelast niet op hol. b Ligt tussen die van de seriemotor en de shuntmotor in. Beter dan de shuntmotor, minder dan de seriemotor. c Het aanloopkoppel is hoger dan bij de shuntmotor en lager dan bij de seriemotor. d Ja. Slaat niet op hol.

28 24 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Snelheidsregeling en omkering draairichting 29 a Met regelaar a wordt de rotatiesnelheid verhoogd/verlaagd. We noemen dit b c principe ankerspanningsregeling/veldverzwakking. Met regelaar b wordt de rotatiesnelheid verhoogd/verlaagd. We noemen dit principe ankerspanningsregeling/veldverzwakking. Elektronische regelaars. Als het voedingsnet draaistroom is, gebruiken we mutatoren. Bij een gelijkstroomnet gebruiken we choppers. U d Uit de formule n = k blijkt dat n daalt als U k (U a) daalt. We doen dit verlagen c Φ e van de ankerspanning met elektronische regelaar b. Als we de magneetstroom I m verminderen, wordt het veld M verzwakt, zodat n toeneemt. Deze veldverzwakking doen we met elektronische regelaar a. 30 a We doen dit met regelaar a/b. b We doen dit met regelaar a/b. c n = f (T) veldverzwakking (toerenverhoging) n (toerenverlaging) ankerspanningsregeling 0 0 T U 31 a Uit de formule n = k volgt dat we n verlagen door U k (U a) te verlagen. Dit c Φ noemen we ankerspanningsregeling. Deze regeling vindt elektronisch plaats. U b Uit de formule n = k volgt dat we n verhogen als we I m, dus M verzwakken. c Φ We doen dit door parallel over de seriewikkeling een puntgestuurde (elektrische) weerstand te plaatsen. 32 G polariteit van de aansluitspanning(en) om te keren O polariteit van het anker om te keren O polariteit van het veld om te keren G stromen in zowel anker als veld om te keren 33 Als, gezien vanuit de aandrijfzijde, de as van de motor met de wijzers van de klok meedraait.

29 4 GELIJKSTROOMMOTOREN 25 Aanzetmethoden van en verliezen in gelijkstroommotoren 34 a 0 s!1 U b U k = 0 + a2 R a Y I a2 = k R a c kortsluitstroom d Door middel van voorschakelweerstanden (aanloopweerstanden) of door middel van elektronische ankerpanningsverlaging. De laatste is de meest gebruikelijke methode. e Bij beide methoden (zie vraag d) moeten we zorgen dat het veld aan de volle (nominale) spanning wordt aangesloten. 35 I n D1 I s D2 A1 I a R s U k R a E t n R v A2 Door de weerstand R v wordt de aanloopstroom beperkt. Naarmate de motor op snelheid komt, kan de waarde van R v worden verminderd. 36 a O 16 A I az = I a + 60% = 10 A + 6 A = 16 A b O 240 V U v = U k = 240 V c O 14,5 Ω 240 V 16 A U k = I R totaal Y 240 V = 16 A R totaal Y R totaal = = 15Ω R v = R totaal! R a = 15 Ω! 0,5Ω = 14,5 Ω 37 1 elektrische verliezen Bestaan uit de koperverliezen (P Cu = I R) in anker- en veldwikkeling. 2 magnetische verliezen Bestaan uit hysteresis- en wervelstroomverliezen in zowel de stator als de rotor. 3 mechanische verliezen Bestaan uit wrijvingsverliezen in lagers en borstels en uit ventilatieverliezen. 38 a P t = U I a = 250 V 10 A= 2500 W b P af = P toe! P v = 2500 W! 500 W = 2000 W P af P toe 2000 W 2500 W c 0 = 100% = 100% = 80%

30 26 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Zelftoets 1 a Het verloop van de toeren-stroomkromme van een seriemotor verloopt lineair/ licht dalend/parabolisch/hyperbolisch. b Het verloop van de toeren-koppelkromme van een shuntmotor verloopt lineair/ licht dalend/parabolisch/hyperbolisch. c Het verloop van de koppel-stroomkromme van een seriemotor verloopt lineair/ licht dalend/parabolisch/hyperbolisch. d Het verloop van de koppel-stroomkromme van een shuntmotor verloopt lineair/ licht dalend/parabolisch/hyperbolisch. 2 a = 30 A; = 20 A; = 10 A I a1 I a2 I a3 n 1 = 10 s!1 I a1 n 2 = 30 n 1 = 10 s!1 = 15 s!1 20 A I a2 b I a1 30 A n 3 n 1 = 10 s!1 = 30 s!1 I a A s 1 20 n A 30 I a c ja, hyperbolisch 3 a/b U k I n I a1 A1 F1 I m R a F2 A2 E t n 1

31 4 GELIJKSTROOMMOTOREN 27 T c 2 Φ I I a a2 I a2 2 4 a = = Y T 2 T 1 T 1 c Φ I I a1 I a1 a1 Bij 50 A: T 2 = Bij 40 A: T 2 = Bij 30 A: T 2 = Bij 20 A: T 2 = Bij 10 A: T 2 = 50 A 50 A 40 A 50 A 30 A 50 A 20 A 50 A 10 A 50 A 50 m = 50 m 50 m = 40 m 50 m = 30 m 50 m = 20 m 50 m = 10 m Bij 0 A: T 2 = 0A 50 A 50 m = 0 m I a (A) T i m) b/d T 60 Nm T i = f (I a ) T a = f (I a ) T v A 50 I a 5 G veldverzwakking toegepast voor toerenverlaging O veldverzwakking toegepast voor toerenverhoging G ankerspanningsregeling toegepast voor toerenverhoging O ankerspanningsregeling toegepast voor toerenverlaging

32 28 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 6 a Elektronisch door de ankerspanning U a te verlagen. b Elektronische veldverzwakking door middel van puntgestuurde weerstand, parallel aan serieveld. c/d n = f (T) veldverzwakking (toerenverhoging) n (toerenverlaging) ankerspanningsregeling 0 0 T 7 a Beperken van de aanzetstroom. Omdat E = n op het eerste moment nul is, b is de ankerstroom op het eerste moment I az =. U k R v % R a Het veld mag niet verzwakt worden, dus staat op de volle klemspanning. U k c I m = 240 V = = 1 A 240 Ω R m U k 240 V d I a = = = 20 A 11 Ω % 1Ω R v % R a I n = I a + I m = 20 A +1 A = 21 A U k 240 V e I a = = = 240 A 0Ω% 1Ω R v % R a I n = I a + I m = 240 A + 1 A = 241 A f Kortsluiting van het net en kans op beschadiging van de motor. 8 P toe stator rotor P af P cu1 P ij1 P cu2 P wrijv P vent

33 5 Draaistroommotoren Indeling van draaistroommotoren 1 a type 1: synchrone motoren type 2: asynchrone motoren b constructie A: KA-motoren constructie B: SA-motoren 2 a In combinatie met frequentieregelaars worden vooral asynchrone motoren toegepast. b De motor waarvan de rotatiefrequentie exact de netfrequentie volgt, is de synchrone motor. c Het meest toegepaste type draaistroommotor is het asynchrone type. d De stator/rotor is van alle draaistroommotoren in principe gelijk. e Voor aandrijvingen van groot vermogen met een constante rotatiefrequentie worden voornamelijk synchrone/asynchrone motoren toegepast. 3 G De rotor van een asynchrone motor is een magneetrotor. O De stator van de synchrone motor is in principe gelijk aan die van de asynchrone motor. G De SA-motor heeft een bewikkelde rotor met extra voeding. O KA-motoren en SA-motoren werken volgens hetzelfde principe. O Een magneetrotor komt alleen voor bij een synchrone machine. 4 a De rotatiefrequentie van een asynchrone/synchrone motor is onafhankelijk van de belasting. b Een magnetisch draaiveld in de stator kan alleen in een synchrone/alleen in een asynchrone/zowel in een synchrone als een asynchrone machine worden opgewekt. c Een bewikkelde rotor komt voor bij een KA-motor/SA-motor/synchrone motor. d Een KA-motor is constructief kwetsbaarder/minder kwetsbaar dan een SA-motor. 5 a KA-motoren en SA-motoren behoren tot synchrone/asynchrone machines. b kortsluitankermotor c sleepringankermotor

34 30 ENERGIETECHNIEK 2-3MK De stator van een draaimotor 6 a Een stator van een draaistroommachine kan worden voorgesteld door twee/drie spoelen die ruimtelijk 90E/120E/180E over de statoromtrek zijn verdeeld. b De statorspoelen worden aangesloten op wisselstroom/draaistroom waardoor langs de statoromtrek een wisselend magneetveld/magnetisch draaiveld ontstaat. c Bij een vierpolige/tweepolige draaistroomstator draait het magneetveld in één periode eenmaal rond. d In elke afzonderlijke spoel van de aangesloten stator wordt een wisselend magneetveld/magnetisch draaiveld opgewekt. 7 a een eenparig ronddraaiend magneetveld met een constante waarde b een ronddraaiend magneetveld waarbij de groote van het veld varieert 8 a Op het tijdstip t 1 is de stroom I 1 in spoel 1 positief/negatief, zodat spoelzijde a een noordpool/zuidpool is en spoelzijde b een zuidpool/noordpool. b Op het tijdstip t 1 is de stroom I 2 in spoel 2 positief/negatief, zodat spoelzijde a een noordpool/zuidpool is en spoelzijde b een zuidpool/noordpool. c Op het tijdstip t 1 is de stroom I 3 in spoel 3 positief/negatief, zodat spoelzijde a een noordpool/zuidpool is en spoelzijde b een zuidpool/noordpool. d/f Z b I 1 N b I N a Z a I 3 N b Z Z a a 3 2 I 2 N b I 3 N b Z N a a 3 2 I 2 Z b a b N b I 1 1 Z a I 3 Z b N Z a a 3 2 I 2 b N c

35 5 DRAAISTROOMMOTOREN 31 g tijdstip stroom spoel 1 spoel 2 spoel 3 I 1 I 2 I 3 a b a b a b t 1 +/! +/! +/! N/Z N/Z N/Z N/Z N/Z N/Z t 2 +/! +/! +/! N/Z N/Z N/Z N/Z N/Z N/Z t 3 +/! +/! +/! N/Z N/Z N/Z N/Z N/Z N/Z h Uit de figuren 5.2 a, b en c blijkt dat het magneetveld rechtsom/linksom draait. 9 a De rotatiesnelheid van een draaiveld in de stator van een draaistroommachine is onafhankelijk/afhankelijk van de netfrequentie en is onafhankelijk/afhankelijk van het aantal poolparen. b We spreken van een tweepolige machine als er per fase een/twee spoel(en) aanwezig is/zijn. c Bij een vierpolige-machine is p gelijk aan twee/vier. d Als om de statoromtrek zes spoelen zijn verdeeld, is er sprake van een vierpolige-/ 10 a vierpolig b p = 2 c 25 s!1 11 a U1-U2 b V1-V2 c W1-W2 d U2, V2, W2 e U1, V1, W1 f rechtsom 12 a In figuur a is de draairichting rechtsom/linksom. b In figuur b is de draairichting rechtsom/linksom. c In figuur c is de draairichting rechtsom/linksom. d In figuur d is de draairichting rechtsom/linksom. Synchrone draaistroommotoren 13 a De rotor van een synchrone draaistroommotor noemen we het poolrad. b De rotor van een synchrone draaistroommotor heeft een draaistroom-/ gelijkstroom-wikkeling. c De bekrachtiging van de rotor van een synchrone draaistroommotor vindt plaats door middel van twee/drie sleepringen. d De constructie van de stator van een synchrone draaistroommotor is gelijk aan/ verschillend van die van de asynchrone motor.

36 32 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 14 G De rotatiefrequentie van de rotor is lager dan die van het draaiveld. O De rotatiefrequentie van de rotor is gelijk aan die van het draaiveld. G Als de stator op het net wordt aangesloten, start de rotor vanzelf. O Als de stator op het net wordt aangesloten, moet de rotor worden aangedreven om te starten. 15 a De rotor van een synchrone draaistroommotor draait ten gunste van het inductieprincipe/door de aantrekkingskracht van tegengestelde polen in de stator en rotor. b n r = n d = 50 s!1 Asynchrone draaistroommotoren 16 a KA-motor, te zien aan de eenvoudige kooirotor. b SA-motor, te zien aan de bewikkelde rotor, naar buiten aangesloten door middel van drie sleepringen. 17 a De rotor van een KA-motor noemen we een kooirotor. b De KA-motor werkt volgens het inductieprincipe. c In de kortgesloten rotorstaven worden door het stator draaiveld kortsluitstromen opgewekt. d Het draaiveld oefent op de stroomvoerende rotorstaven de zogenoemde lorenzkracht uit, waardoor in de rotor het drijvend koppel ontstaat. 18 a U V W K L M 6 L1 L2 L3 b 1 statorwikkeling aangesloten op het draaistroomnet zorgt deze wikkeling voor het draaiveld 2 rotoras draagt rotorwikkelingen en sleepringen 3 rotorwikkeling hierin worden kortsluitstromen opgewekt zodat een drijvend koppel ontstaat 4 sleepringen voeren de rotorstromen naar buiten 5 koolborstels dienen voor het overbrengen van de rotorstroom naar de RAWZ 6 rotor- hiermee worden de aanloopstroom en het koppel geregeld aanzetweerstanden

37 5 DRAAISTROOMMOTOREN a Een KA-motor heeft een hoge/lage aanloopstroom. b Een KA-motor heeft tijdens het aanzetten een gunstige/ongunstige cos n. c Een KA-motor heeft een hoog/laag aanzetkoppel. d Betere aanloopeigenschappen worden verkregen met een speciale rotorconstructie/ ster-driehoekaanzetter. 20 a b Voordelen: goede aanloopeigenschappen van stroom en koppel Nadelen: kwetsbare constructie, meer onderhoud 21 a Een SKA-motor heeft een bewikkelde rotor/dubbelkooirotor. b De buitenkooi noemen we aanzetkooi. Deze bevat dikke/dunne staven met een hoge/lage ohmse weerstand en met een hoge/lage zelfinductie. c De binnenkooi noemen we bedrijfskooi. Deze bevat dikke/dunne staven met een hoge/lage ohmse weerstand en met een hoge/lage zelfinductie. d Tijdens het aanlopen is voornamelijk de binnenkooi/buitenkooi werkzaam waardoor de aanloopstroom wordt beperkt tot drie à vier maal I n. e Tijdens de bedrijfstoestand is de binnenkooi/buitenkooi werkzaam. f Ten gevolge van de lage rotorfrequentie is de zelfinductie van de beide kooien niet zo belangrijk. De stroom kiest de laagste ohmse weerstand van de binnenkooi. Aanzetten van draaistroommotoren 22 a Aanzetters van KA-motoren bevinden zich meestal in de stator-/rotor-kring. b We noemen deze aanzetters statoraanzetters. c Aanzetters van SA-motoren bevinden zich meestal in de stator-/rotor-kring. d We noemen deze aanzetters rotoraanzettesrs. 23 a Zeer grote aanzetstroom (I az. vijf à zeven maal I n ). Hoog aanzetkoppel kan mechanische beschadiging veroorzaken. Ongecontroleerd aanzetten kan productieproces verstoren. b door middel van een ster-driehoekschakeling; door middel van softstarters en frequentieregelaars

38 34 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 24 a de spoelspanning tijdens het aanzetten verlaagd/verhoogd met een factor %3/een factor 3. b de lijnstroom uit het net tijdens het aanzetten verlaagd/verhoogd met een factor %3/ een factor 3. c het aanzetkoppel groter dan/gelijk aan/kleiner dan het nominale koppel. 25 b I az = 6 I n = 6 5 A= 30 A Met YD-schakelaar wordt de aanzetstroom eenderde van die bij directe aanzet, dus I = = = 10 A az YD I az direct 3 30 A 3 26 a 0-stand: motor uitgeschakeld Y-stand: motorwikkeling in ster op het net )-stand: motorwikkeling in driehoek op het net b L1-U1, L2-V1, L3-W1, U2-V2-W2 c L1-U1-W2, L2-V1-U2, L3-W1-V2 27 G Een softstarter is een elektronische frequentieregelaar. O Met een softstarter kan de aanzetstroom van een KA-motor worden beperkt. G Een frequentieregelaar beïnvloedt niet de aanloopeigenschappen van een KAmotor maar dient om de rotatiefrequentie te regelen. O Toepassing van een frequentieregelaar maakt aanlopen met het vollastkoppel mogelijk waarbij de aanloopstroom wordt beperkt. 28 a bij een juist gekozen weerstand in de rotorkring de aanzetstroom toeneemt/afneemt en het aanzetkoppel kleiner/groter wordt. b bij verandering van de rotorweerstand de koppel-toerenkarakteristiek wel/niet verandert. c ondersynchrone cascadeschakeling 29 a/b T max T T az2 T az1 0 n n d c Het aanzetkoppel is groter/kleiner geworden.

39 5 DRAAISTROOMMOTOREN 35 Snelheidsregeling en rendement van draaistroommotoren 30 a De snelheid van een KA-motor kan het best worden geregeld door middel van een softstarter/frequentieregelaar/ster-driehoekschakelaar/weerstanden in de stator. b De snelheid van een SA-motor kan verliesarm worden geregeld door middel van een frequentieregelaar/slipregelaar/regelweerstanden in de rotor/ondersynchrone cascadeschakeling. c De snelheid van een synchrone motor kan het best worden geregeld door middel van een frequentieregelaar/verandering van het aantal poolparen/weerstanden in de gelijkstroombekrachtiging. 31 a f 50 Hz n d = = = 25 s!1 p 2 poolparen b 4 slip 4% Y s = = 0, c n r = n d (1! s) = 25 s!1 (1! 0,04) = 24 s!1 32 a P mech = P 0 = 1650 W b P af = T as = T as = 2 π 47 s!1 40,7 m W c P Cu = P v! P mech = (P toe! P af )! P mech = W! W! 1650 W = 1350 W d 0 = P af W = = 0, W P toe P e P toe = cos n Y cos n = toe W = = 0, V 25,5 A 3

40 36 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Zelftoets 1 a De stator bestaat uit drie spoelen, ruimtelijk 120E over de omtrek verdeeld in gleuven in het blikpakket. Het doel is het opwekken van het cirkelvormige draaiveld n d. b Uit een blikpakket met een kooi, bestaande uit kortgesloten koperen staven. Door het draaiveld worden in de kooi stromen opgewekt. Door de lorentzkracht ontstaat een drijvend koppel. c Driefasenwikkeling in sterschakeling. De uiteinden worden door sleepringen en koolborstels aangesloten op drie rotoraanzetweerstanden. Het doel is de aanloopeigenschappen ten opzichte van de KA-motor te verbeteren. d Poolrad. Deze bestaat uit een twee- of meerpolige bewikkelde rotor, toegevoerd via twee sleepringen met koolbostels. e Bij asynchroon draait de rotor langzamer dan het draaiveld van de stator (n r < n d ). Bij synchroon loopt de rotor in de pas met het draaiveld van de stator (n r = n d ). 2 O De stator van alle typen draaistroommotoren is gelijk. G De rotor van alle typen asynchrone draaistroommotoren is gelijk. G De synchrone motor werkt volgens het inductieprincipe. O De werking van de SA-motor is in principe gelijk aan die van de KA-motor. G De synchrone motor heeft een hoge aanzetstroom. G De SA-motor heeft een hoge aanloopstroom en een laag aanzetkoppel. O De SA-motor heeft een lage aanloopstroom en een hoog aanzetkoppel. 3 a Een KA-motor heeft ten opzichte van een SA-motor een gecompliceerde/ eenvoudige constructie maar de aanloopeigenschappen zijn beter/slechter. b Door toepassing van een frequentieregelaar bij KA-motoren kan de aanloopstroom groter worden dan/kleiner worden dan/gelijk blijven aan de aanloopstroom bij directe inschakeling, terwijl het aanzetkoppel groter/gelijk/kleiner is dan het nominale koppel. c Met een ster-driehoekaanzetter wordt de aanloopstroom wortel drie maal/twee d maal/drie maal zo klein als bij directe aanloop. Het aanzetkoppel wordt groter/ blijft gelijk/wordt kleiner. De rotorfrequentie van een KA-motor met een ster-driehoekaanzetter is afhankelijk/onafhankelijk van de belasting. 4 a U1 L1 W2 U1 L1 W1 U2 V2 W2 V1 L2 L3 W1 V2 V1 U2 L2 L3 a sterstand b driehoekstand b I lijn = 9 A = = = 3 A I azyd I lijn 3 9A 3

41 5 DRAAISTROOMMOTOREN 37 5 a n r = n d (1! s) b 48 s!1 = 50 s!1 (1! s) Y 48 s!1 = 1! s Y s = 0,04 (4%) 50 s!1 c halflast: s =2% Y s = 0,02 n r = n d (1! s) = 50 s!1 (1! 0,02) = 49 s!1 6 P as = P toe =0, W = = 8500 W P v = P t! P a = W! 8500W = 1500 W

42 .

43 6 Wisselstroommotoren Werking en eigenschappen 1 a Bij synchrone éénfasewisselstroommotoren is de rotatiefrequentie van de rotor gelijk aan/lager dan die van het in de stator opgewekte magnetische veld. b Bij asynchrone éénfasewisselstroommotoren is de rotatiefrequentie van de rotor gelijk aan/lager dan die van het in de stator opgewekte magnetische veld. c Bij synchrone wisselstroommotoren wordt in de stator een sinusvormig magnetisch wisselveld/cirkelvormig draaiveld opgewekt als er stroom door de geleiders vloeit. d Bij asynchrone wisselstroommotoren wordt in de stator een sinusvormig magnetisch wisselveld/cirkelvormig draaiveld opgewekt als de stator is uitgevoerd met een twee fasenwikkeling/hoofd- en hulpwikkeling met condensator. 2 1 Gaat zonder hulpmiddelen nooit uit zichzelf draaien. 2 De rotatiefrequentie is constant en onafhankelijk van de belasting. 3 Synchrone motoren kunnen niet zwaar belast worden. 4 Snelheidsregeling alleen door regeling van de frequentie. 3 1 Asynchrone motoren lopen uit zichzelf aan. 2 De rotatiefrequentie is niet constant en afhankelijk van de belasting. 3 Grote aanzetstromen en hoog aanzetkoppel. 4 Weinig onderhoud. 4 De stator. Deze moet zijn uitgevoerd voor éénfasewisselstroom. De rotorconstructies vertonen veel overeenkomst. 5 motor A B C 1 spleetpoolmotor G O G 2 magneetrotormotor O G G 3 reluctantiemotor O G G 4 universeelmotor G G O 5 hysteresismotor O G G 6 condensatormotor G O G

44 40 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Synchrone wisselstroommotoren 6 G is altijd uitgevoerd met een hoofd- en hulpwikkeling. G heeft meestal een driefasenwikkeling, aangesloten op wisselstroom. O kan zijn uitgevoerd met een, twee of drie wikkelingen. O is veelal uitgevoerd als het type spleetpool. 7 1 in elektrische klokken 2 in schakelklokken 3 in cd-spelers 4 in videorecorders 8 G inductiemotoren O hysteresismotoren G universeelmotoren O magneetrotormotoren 9 a De rotor heeft een aantal uitsparingen overeenkomstig met het pooltal van de statorwikkeling. b De reluctantiemotor loopt asynchroon/synchroon aan ten gevolge van de constructie van de stator/rotor. c Na het aanlopen is de rotatiefrequentie van de rotor gelijk aan/kleiner dan de rotatiefrequentie van statordraaiveld. 10 a De afgebeelde motor is van het asynchrone/synchrone type. b De naam van deze motor is reluctantiemotor/hysteresismotor/magneetrotormotor. c De rotor bestaat uit zachtmagnetisch staal/inwendig kortgesloten wikkelingen/ hardmagnetisch staal. d De rotor loopt asynchroon/synchroon aan omdat de rotor een permanente magneet is/de rotor door het draaiveld gemagnetiseerd wordt. e Dit type motor heeft een hoog/laag vermogen en een hoog/laag rendement. 11 G loopt de rotor uit zichzelf aan. G wordt in de stator bij ingeschakelde netspanning een draaiveld opgewekt. O wordt in de stator bij ingeschakelde netspanning een wisselend magneetveld opgewekt. O is de rotor uitgevoerd met permanente magneetpolen. 12 a Door het wisselend magneetveld/draaiveld in de stator worden de permanente magneetpolen/geïnduceerde magneetpolen van de rotor afwisselend aangetrokken en afgestoten, waardoor de rotor uit zichzelf/niet uit zichzelf aanloopt. b De magneetrotor bestaat uit een zacht stalen/kunststof constructie met daarin opgenomen rotorspoelen/permanente magneetjes. c De rotorfrequentie is in het algemeen hoog/gemiddeld/laag.

45 6 WISSELSTROOMMOTOREN 41 Asynchrone wisselstroommotoren 13 a L1 N E 1 C M E 2 b Wikkeling E1 is hoofdwikkeling/hulpwikkeling waarin een wisselveld/draaiveld wordt opgewekt. c Wikkeling E2 is hoofdwikkeling/hulpwikkeling waarin een wisselveld/draaiveld wordt opgewekt. d De twee velden afkomstig van de spoelen E1 en E2 maken een ruimtelijke hoek van 90E. e Om de stroom in E2 ongeveer 90E te laten vóórijlen op de stroom in E1. f In de stator ontstaat een wisselveld/draaiveld omdat de velden ruimtelijk 90E verschoven zijn en de twee velden ook 90E in fase verschoven zijn. Deze stellen zich samen tot een cirkelvormig draaiveld. 14 a De motor is meestal uitgevoerd met een kooianker(kortsluit)rotor. b De stator bestaat uit twee wikkelingen die ruimtelijk 90E verschoven zijn. c In de stator wordt een draaiveld opgewekt. d Loopt de motor uit zichzelf aan? Ja. 15 a 1 zacht stalen kooirotor 2 rotorstaven (kortgesloten) 3 hoofdveld 4 hulpveld 5 condensator b inductiemotor c Twee velden ruimtelijk 90E verschuiven. d Het hulpveld 90E in fase te verschuiven ten opzichte van het hoofdveld. e Het hoofd- en hulpveld stellen zich samen tot een draaiveld. In de rotorstaven worden stromen geïnduceerd. Door de lorentzkacht gaat de rotor draaien. 16 a rotor/stator b alleen voor in asynchrone/alleen voor in synchrone/ zowel voor in synchrone als c d asynchrone wel/niet wel/niet 17 a Uit een hoofd- en een hulpwikkeling. b Een condensator in de keten van de hulpwikkeling, alleen tijdens aanlopen. c Een condensator die zowel tijdens het aanlopen als tijdens bedrijf ingeschakeld blijft. d max W

46 42 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Universeelmotor 18 a Een universeelmotor is een inductiemotor/commutatormotor/asynchrone motor. b De universeelmotor werkt alleen op wisselstroom/alleen op gelijkstroom/zowel op wissel- als gelijkstroom. c De universeelmotor vertoont veel overeenkomst met de gelijkstroom shuntmotor/ seriemotor/compoundmotor. d De draairichting van de universeelmotor kan worden omgekeerd door de aansluitingen van de motor/rotor om te polen. e Universeelmotoren kunnen HF-storingen veroorzaken doordat de stroom in de rotor met een frequentie van 50Hz wordt omgepoold/er vonkvorming tussen de commutator en koolborstels optreedt. f Radiostoringen veroorzaakt door de univelseelmotor kunnen worden onderdrukt door parallel aan de motor smoorspoelen/condensatoren te plaatsen. 19 a 1 collector 2 koolborstels 3 juk 4 polen 5 veldspoelen (bekrachtiging) 6 rotor(anker)wikkeling b De veldspoelen en rotorwikkeling (via collector) zijn aangesloten op wisselspanning. Op de rotorwikkeling ontstaat een kracht waardoor deze gaat draaien. Na elke omwenteling keert via de collector de stroom in de rotor om, zodat de lorentzkracht steeds dezelfde richting houdt. Hierdoor blijft de motor draaien. 20 apparaat/toestel A B C 1 stofzuiger G G O 2 elektrische klok O G G 3 handmixer G G O 4 wasmachine G O G 5 cv-installatie G O G 6 cd-speler O G G 7 boor G G O 8 koffiemolen G G O 9 koelkast G O G 10 schakelklok O G G Uitvoeringsvormen en onderhoud 21 a I staat voor International en P voor Protection. b IP54, 5 is stofvrij en 4 is beschermd tegen water. 22 Externe afzonderlijk gevoede ventilatoren. De koeling is dan onafhankelijk van de rotatiefrequentie. Toegepast bij motoren waarbij voortdurend de rotatiefrequentie wordt geregeld.

47 6 WISSELSTROOMMOTOREN a International. b Cooling. c De koelmethode. d De manier waarop het koelvermogen wordt geleverd Tussen wikkelingen en statorblik. 2 Tussen fasewikkelingen onderling. 3 Rondom de complete wikkeling (impregneren). 4 De wikkelingkop. 5 De doorverbindingen en draden van wikkeling naar klemmenbord. 25 a IM betekent International Mounting. b Betekenis van de daaropvolgende vier cijfers: 1 Soort montage. 2 Type motor. 3 Stand van de assen. 4 Aantal aseinden of speciaal aseinde. 26 a Asynchrone driefasenmotor. b IP 55, beschermd tegen onschadelijk stof en spuitwaterdicht. c Isolatieklasse F. d 75 kw. e Driehoek. f 400 V. g 1480 min-1. h 50 Hz.

48 44 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Zelftoets 1 a Een spleetpoolmotor kan zowel een synchrone motor als een asynchrone motor/zowel een synchrone motor als een commutatormotor zijn. b Een reluctantiemotor is een synchrone motor/een asynchrone motor/een commutatormotor. c Een universeelmotor is een synchrone motor/een asynchrone motor/een commutatormotor. d Een condensatormotor is een synchrone motor/een asynchrone motor/een commutatormotor. e Een magneetrotormotor is een synchrone motor/een asynchrone motor/een commutatormotor. f Een hysteresismotor is een synchrone motor/een asynchrone motor/een commutatormotor. 2 a synchrone motoren b universeelmotoren c asynchrone motoren d universeelmotoren e synchrone motoren 3 a spleetpoolmotor b 1 hoofdpool 2 hulppool 3 statorwikkeling 4 spleetpool met kortsluitwinding c Door de transformatorwerking wordt in kortsluitspoel 4 een sterke stroom opgewekt waardoor in de spleetpool links een extra veld wordt opgewekt. Aan één zijde ontstaat een sterker veld waardoor een draaiveld ontstaat. 4 a Een universeelmotor kan zowel op wisselstroom als op gelijkstroom werken. b De opbouw is als een gelijkstroomseriemotor. c De universeelmotor is niet onderhoudsvrij in verband met de collector en de koolborstels. d Geschikt voor zowel wisselstroom als gelijkstroom.

49 6 WISSELSTROOMMOTOREN 45 5 a Onderdelen wisselstroommotor: 1 rotor 2 rotorwikkeling 3 hoofdveld 4 hulpveld 5 condenstor voor faseverschuiving in het hulpveld b c d e Een inductiemotor. Het hoofdveld plus hulpveld zorgen voor een roterend draaiveld. De condensator (5) zorgt voor een faseverschuiving in het hulpveld om een roterend draaiveld te verkrijgen. Aangesloten op een eenfasespanning ontstaat in het hoofdveld een wisselend magnetisch veld. Vertikaal op het hoofdveld ontstaat een wisselend magnetisch veld met een faseverschuiving door de condensator. De twee velden veroorzaken een roterend magneetveld. In de rotorwikkeling wordt een stroom opgewekt, waardoor de rotor gaat draaien. In het metaal van de rotor worden magneetpolen opgewekt waardoor de rotor synchroon gaat draaien op het roterend magneetveld.

50 .

51 7 Servosystemen Inleiding 1 laser in een cd-speler roer van een schip flaps van de vleugel van een vliegtuig loop van een kanon pick and place machine (SMD) 2 Overeenkomst: in beide gevallen wordt de proceswaarde Y teruggevoerd naar de besturing. Verschil: bij een aandrijfsysteem ondergaat de proceswaarde weinig veranderingen en bij een servosysteem verandert de proceswaarde voortdurend. 3 O Bij een tachogenerator is de afgegeven spanning rechtevenredig met de rotatiefrequentie. G De rotor van een tachogenerator bevat een aantal permanente magneten. O De opgewekte spanning bij een tachogenerator is een wisselspanning. O Een tachogenerator kan zeer lage rotatiefrequenties meten. G Een tachogenerator bezit geen koolborstels. 4 b opnemer die de rotatiefrequentie kan meten 5 G geeft digitale signalen af O de stator bezit twee wikkelingen G bepaalt de grootte van het aandrijfkoppel O bepaalt de stand van de motoras O bepaalt de rotatiefrequentie van de motoras Algemene eigenschappen servosystemen 6 a de factor tijd speelt een belangrijke rol ja/nee b de acceleratie en deceleratietijd is lang ja/nee c een servomotor bezit soms een mechanische rem ja/nee d bij stilstand levert een servomotor vaak een groot koppel ja/nee

52 48 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 7 Bij een dynamische aandrijving is de acceleratietijd vaak zeer kort, waardoor de nominale rotatiefrequntie snel wordt bereikt. Omdat veel servomotoren uitgerust zijn met een rem, kunnen we de productietijd vaak bekorten, waardoor er economischer geproduceerd kan worden. De remtijd bij het decelereren is vaak mede afhankelijk van de massatraagheid van de belasting. 8 a Als de massatraagheid groot is, is de acceleratietijd klein. ja/nee b Een servomotor bezit een klein piekkoppel. ja/nee c Voor de besturing van een vliegtuig gebruiken we servo s. ja/nee d De uitlooptijd van een servo is kort. ja/nee e Een reductiekast verhoogt het uitgaande toerental. ja/nee f Een reductiekast verhoogt het uitgaande koppel. ja/nee aandrijfschijf A r 2 = 50 kg (0,25 m) 2 = 1,563 kgm aandrijfschijf B r 2 = 50 kg (0,125 m) 2 = 0,391 kgm aandrijfschijf C r 2 = 50 kg (0,05 m) 2 = 0,063 kgm Beide verlagen het toerental en verhogen het uitgaande koppel. Alleen de planetaire uitvoering bezit weinig speling. 11 G de tandwielen vormen een vertraging O de rotatiefrequentie van de trappers is lager dan die van het achterwiel G het aandrijfkoppel (trappers) is gelijk aan die van het achterwiel O de overbrenging bezit geen speling AC- en DC-servomotoren 12 AC-servomotor DC-servomotor de massatraagheid is gering O O een hoog toerental is mogelijk O O bezit een snelle koppelopbouw O O kan thermisch hoog belast worden O G is ouderhoudsvriendelijk O G is goedkoop in aanschaf G O 13 Op een connector worden de voedingslijnen aangesloten. In de tweede connector bevinden zich de aansluitingen van de encoder of resolver.

53 7 SERVOSYSTEMEN a 6,39 kgcm 2 b 14,6 Nm en 43,8 Nm c 200% Stappenmotoren en lineaire motoren 15 a Een stappenmotor bezit een laag/hoog dynamisch gedrag. b Bij stappenmotor wordt geen/wel terugkoppeling toegepast. c De nauwkeurigheid van een stappenmotoraandrijving hangt af van de spanning/ staphoek. d Bij bipolaire sturing heeft de wikkeling van de stator geen/wel een middenaftakking nodig. e Bij een unipolaire sturing hebben we acht/vier transistoren voor de sturing nodig. f Bij een vierfasen-stappenmotor is het koppel lager/hoger dan bij een tweefasenstappenmotor. 16 a 360 E = 200 1,8 E b 6 c 8,6 W 17 1 geen roterende onderdelen 2 geen koolborstels, dus nauwelijks onderhoud 3 laag massatraagheidsmoment 4 compacte bouwvorm

54 50 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Zelftoets 1 O Een closed-loop-systeem bevat altijd een regelaar. G Een bagagetransportsysteem is een servosysteem. G Het positioneren van een antenne is een open-loop-systeem. 2 d De polariteit van de afgegeven spanning is afhankelijk van de draairichting. 3 a Een encoder is een analoge/digitale opnemer. b Een resolver meet de grootte van het koppel/de rotatiefrequentie. c Een resolver is wel/niet bestand tegen schokken. d Een encoder meet de grootte van de rotatiefrequentie/het koppel. 4 a Een AC-servomotor is een asynchrone/synchrone motor. b Een AC-servomotor heeft wel/geen koolborstels. c De rotor van een AC-servomotor bezit wel/geen wikkelingen. d De thermische weerstand van een AC-servomotor is laag/hoog. 5 a Een DC-servomotor is een aangepaste gelijkstroomgenerator/gelijkstroommotor. b Een DC-servomotor heeft wel/geen koolborstels. c De rotor van een DC-servomotor bezit wel/geen wikkelingen. d Een DC-servomotor is niet/wel onderhoudsvriendelijk. 6 c De nauwkeurigheid van een stappenmotoraandrijving hangt af van de staphoek.

55 8 Spoelen Inleiding en eigenschappen smoorspoel 1 d Een spoel, aangesloten op een wisselspanning, wekt een inductiespanning U L op, die tegengesteld is aan de aangelegde spanning. 2 b X L = L 3 vectordiagram a 4 d 1,6 Ω Invloed kern op de eigenschappen en verliezen van een smoorspoel 5 G De absolute permeabiliteit µ 0 is 1, m/h. O De absolute permeabiliteit µ 0 is 10!7 H/m. O De relatieve permeabiliteit µ r van lucht is 1. G De relatieve permeabiliteit µ r van dynamostaal is 0,2 tot 0,4. O De relatieve permeabiliteit µ r van ferromagnetische stoffen is >> 1. O De relatieve permeabiliteit µ r is afhankeljk van de veldsterkte H. G µ = µ 0 + µ r O µ = µ 0. µ r 6 c 1,57 mh 7 G Koperverliezen ontstaan in de kern. O Koperverliezen ontstaan in de draden. O Als de coëfficiënt van zelfinductie L laag is, zijn de koperverliezen hoog. G Als de coëfficiënt van zelfinductie L hoog is, zijn de koperverliezen hoog. O Wervelstroomverliezen ontstaan in de kern. G Wervelstroomverliezen ontstaan in de draden. O IJzerstroomverliezen ontstaan in de kern. O IJzerstroomverliezen spelen bij smoorspoelen nauwelijks een rol.

56 52 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Toepassingen van smoorspoelen 8 O Het voorschakelapparaat bezit een hoge coëfficiënt van zelfinductie. G In een voorschakelapparaat ontstaan veel koperverliezen. O Een voorschakelapparaat beperkt de stroom door de TL-buis. O In een voorschakelapparaat ontstaat bij het uitschakelen een hoge zelfinductiespanning. G In een voorschakelapparaat ontstaan veel ijzerverliezen. 9 Een van de voordelen van het beperken van een snelle toename van de stroom is het verlengen van de levensduur van met name dure halogeenlampen. 10 a Tabel 8.1 onderdeel impedantie reactantie 4,7 mh 1,5 Ω 0,47 µf 6772 Ω 4700 pf Ω b/c I RL 1,5 Ω 1,5 Ω 230 V 677 kω R load 50 Hz 340 kω 6,7 kω 677 kω 38 Ω 1,5 Ω 1,5 Ω 6,7 kω d De weerstand van 340 kω zorgt ervoor dat de condensatoren bij het uitschakelen van de belasting of netspanning ontladen worden. 11 a De spoel heeft voor lage frequenties een lage impedantie en voor hoge frequenties een hoge impedantie. Hierdoor zal de stroom door de basspeaker groot zijn als de frequentie van het signaal laag is. Het tegenovergestelde geldt voor de condensator. Deze heeft bij hoge frequenties een lage impedantie waardoor de stroom door de tweeter hoog is. Bij lage frequenties is de impedantie van de condensator hoog, zodat de tweeter geen lage tonen kan weergeven.

57 8 SPOELEN 53 b Tabel 8.2 frequentie U in (Hz) X L (Ω) X C (Ω) U basspeaker (V) U tweeter (V) 10 0, ,8 80 9,1 0, ,8 0,9 9,1 c 10 V 8 U tweeter 6 U LS 4 2 U basspeaker Hz10 4 f De overgangsfrequentie is 1000 Hz. d Waarde C 8 µf Waarde L 0,5 mh 12 a Tabel 8.3 frequentie LS1 LS2 LS3 3,3 µf 0,22 mh 10 µf 0,56 mh 33 µf 1,2 mh (Hz) (Ω) (Ω) (Ω) (Ω) (Ω) (Ω) , , , , , , ,7 31,8 1,8 9,6 3, ,4 15,9 3,6 4,8 7, ,6 7 3, , ,8 14 0, ,48 76

58 54 ENERGIETECHNIEK 2-3MK b Tabel 8.4 type speaker LS1 LS2 LS3 woofer X squaker X tweeter X

59 8 SPOELEN 55 Zelftoets 1 O Een spoel, aangesloten op een wisselspanning, wekt een inductiespanning U L op die tegengesteld is aan de aangelegde spanning. O Een spoel heeft voor wisselspanning een hogere weerstand dan voor gelijkspanning. G De reactantie van een condensator geven we aan met de letters X l. G Een luchtspoel noemen we ook wel smoorspoel. O Een voorschakelapparaat ontsteekt een TL-lamp. 2 b 33 H 3 d I = 0,33 A, U R = 103,6 V en U L = 207,2 V 4 In spoelen die uitgerust zijn met een ijzeren kern en aangesloten zijn op een gelijkspanning ontstaan hoge koperverliezen en lage ijzerverliezen. Een smoorspoel aangesloten op een wisselspanning zal een hoge impedantie bezitten en nauwelijks verliezen hebben. Een condensator zal op gelijkspanning een hoge reactantie bezitten. In een netfilter vormen de condensatoren voor de hoge frequenties een lage reactantie waardoor stoorsignalen worden kortgesloten. Spoelen in een netfilter vormen voor de stoorsignalen een hoge impedantie, waardoor stoorsignalen worden tegengehouden. 5 b stroom bij het inschakelen te beperken 6 O Een netfilter voorkomt dat storingen vanuit het net in een voeding terechtkomen. O Een netfilter voorkomt dat storingen vanuit een systeem in het net terechtkomen. G Het spanningsverlies in een netfilter is hoog. O Een netfilter moet voorzien zijn van een beschermingsaansluiting (aardeaansluiting). O Condensatoren in een netfilter moeten bi-polair zijn.

60 .

61 9 Transformatoren Principe en grootheden 1 a De primaire wikkeling van de éénfase-transformator ligt aan de hoogste b c d spanning/is de wikkeling waaraan elektrische energie wordt toegevoerd/is met de verbruiker verbonden. De secundaire zijde van de éénfase-transformator heeft de laagste spanning/is de wikkeling die met het wisselstroomnet is verbonden/is de wikkeling die energie afgeeft. In de primaire wikkeling wordt elektrische energie omgezet in magnetische energie/ magnetische energie omgezet in elektrische energie. In de secundaire wikkeling wordt elektrische energie omgezet in magnetische energie/magnetische energie omgezet in elektrische energie. 2 G U 1 = N M O U 1 = N M G U 1 = N M O U 2 = N M 3 a n = N 1 N 2 b k = U 1 U 2 4 O N 1 = N 2 U 1 U 2 N O 1 = N 2 I 2 I 1 N G 1 = N 2 U 2 U 1 Z G 1 = Z 2 N 1 N 2 N G 1 = N 2 I 1 I 2 Z O 1 = Z 2 N 1 N 2 2 Z 1 5 d = = n = 10 Z 2 N 1 N 2 2 N 1 N 2 Z 1 = Z = 2 Ω 100 = 200 Ω

62 58 ENERGIETECHNIEK 2-3MK N windingen 6 a = Y = N 2 U 1 U 2 N V 12 V N 2 = 12 V 240 V 1200 windingen = 60 windingen P σ b I 1 = 480 VA = = 2 A 240 V U 1 P σ 480 VA I 2 = = = 40 A 12 V U 2 U 2 c Z 2 = 12 V = = 0,3 Ω 40 A I 2 N 1 Z 1 Z 2 Z 2 = 0,3 Ω = 120 Ω N 2 2 U 1 U V 12 V 2 Verliezen en rendement 7 a I 1 R 1 R 2 I 2 U 1 U 2 Z 2 X lek1 X lek2 b voorstelling toelichting R ohmse weerstanden Zowel primair als secundair hebben de wikkelingen ohmse weerstanden (R 1 en R 2 ). X lekveldreactanties Zowel primair als secundair treden magnetische lekvelden op (M 1 en M 2 ) die de lekveldreactanties (X 1 en X 2 ) veroorzaken. 8 a Spanningsverlies in een transformator is afhankelijk/onafhankelijk van de belasting. b Spanningsverlies in een transformator is afhankelijk/onafhankelijk van ohmse weerstand van zowel primaire als secundaire wikkelingen. c Spanningsverlies in een transformator is wel/geen vermogensverlies. d Spanningsverlies in een transformator treedt op uitsluitend aan de secundaire zijde/ uitsluitend aan de primaire zijde/zowel aan de primaire als secundaire zijde.

63 9 TRANSFORMATOREN 59 9 G Koperverliezen ontstaan ten gevolge van de lekveldreactanties. G IJzerverliezen treden niet op bij nullast. O Koperverliezen ontstaan ten gevolge van de ohmse weerstanden in de wikkelingen. O Koperverliezen treden nagenoeg niet op bij nullast. G IJzerverliezen zijn sterk afhankelijk van de stroom. O Koperverliezen zijn sterk afhankelijk van de stroom. 10 a primaire wikkeling b U 1 I Fe I 0 I wl c 1 wattcomponent I Fe d 2 wattloze component I wl Bij nullast treden hysteresis- en wervelstroomverliezen op. Dit veroorzaakt de wattcomponent I Fe. De wattloze stroom I wl zorgt ervoor dat het magneetveld in stand wordt gehouden. 11 P v = P Fe + P Cu = 800 W W = 2000 W = 2 kw P t = P af + P v = 48 kw + 2 kw= 50 kw P 0 = αφ 48 kw 100% = 100% = 96% 50 kw P τ 12 P t = 1 1 cos n = 230 V 10 A 1 = 2300 W P af = 2 2 cos n = 24 V 90 A 1 = 2160 W P 0 = αφ 2160 W 100% = 100% = 93,9% 2300 W P τ Soorten transformatoren 1 13 a Een voedingstransformator heeft doorgaans één primaire en één secundaire wikkeling/meerdere primaire en secundaire wikkelingen. b Een voedingstransformator heeft veelal secundair een aantal wikkelingen met hogere/lagere spanning dan de voedingsspanning. c Een primaire/secundaire wikkeling wordt vaak gebruikt voor de voeding van een gelijkrichter/het aansturen van hoogfrequente componenten van de schakeling. d Bij kleinere voedingstransformatoren is de magneetkern meestal uitgevoerd als rechthoekige gesloten kern/ringkern tv 2 audioversterker 3 cd-speler 4 pc

64 60 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 15 a de k-factor groter dan/gelijk aan/kleiner dan 1. b er wel/geen elektrische verbinding van primair naar secundair mogelijk. c er primair/secundair sprake van een zwevend net. 16 a Een zwevend net waarbij het net geheel galvanisch gescheiden is van het voedingsnet. b Met behulp van een beschermingstransformator. Er mag secundair geen verbinding met aarde zijn. c 1 in ziekenhuizen 2 in laboratoria 3 in zogenoemde natte omgevingen in de industrie 17 a De afgebeelde transformator is een scheidingstransformator/veiligheidstransformator/beschermingstransformator. b Dit type transformator heeft een hoge/lage inwendige impedantie. c Deze transformator is wel/niet bestand tegen secundaire kortsluiting. 18 G Aanraking van de secundaire actieve delen van een veiligheidstransformator is gevaarlijk. O Aanraking van de secundaire actieve delen van een veiligheidstransformator is ongevaarlijk. G De toegekende secundaire spanning is 50 V. O De toegekende secundaire spanning is ten hoogste 50 V. G Bij een veiligheidstransformator is er sprake van een functionele isolatie tussen de primaire en secundaire wikkelingen. O Bij een veiligheidstransformator is er sprake van een hoogwaardige isolatie tussen de primaire en secundaire wikkelingen. Soorten transformatoren 2 19 a Lektransformatoren hebben een groot/klein magnetisch lekveld, waardoor in onbelaste toestand de secundaire spanning hoog/laag is en in belaste toestand hoog/laag is. b 1 Bij gasontladingslampen als ontsteektransformator. 2 Als elektrische lastransformator. c De spanning in onbelaste toestand noemen we de brandspanning/ontsteekspanning in belaste toestand brandspanning/ontsteekspanning/lasspanning. d 70 à 80 V; 20 à 40 V 20 Onbelast gaat vrijwel het gehele magneetveld door de kern van de secundaire wikkeling. Er ontstaat een hoge ontsteekspanning die nodig is om de lasboog te ontsteken. Bij belasting gaat een deel van het veld door de magnetische shunt zodat de brandspanning laag is. 21 a heeft gescheiden/gemeenschappelijke primaire en secundaire wikkelingen. b is secundair galvanisch gescheiden/verbonden met het voedingsnet. c heeft een hoger/lager rendement dan een gewone transformator. d is bij een secundaire spanning lager dan 50 V gevaarlijk/ongevaarlijk voor directe aanraking.

65 9 TRANSFORMATOREN Als de variac is uitgevoerd als spaartransformator, is er direct aanrakingsgevaar. Bij toepassing van gescheiden wikkelingen is het gevaar geringer. Soorten transformatoren 3 23 a Een veilige scheiding tussen het hoogspanningscircuit en het meetcircuit. b 1 stroomtransformatoren 2 spanningstransformatoren c meettransformator voor het meten van stromen (stroomtransformator) 24 a De primaire wikkeling van een stroomtransformator bestaat uit enkele windingen van dik draad, aangesloten op twee fasen van het hoogspanningscircuit/voert rechtstreeks de hoofdstroom van het te meten hoogspanningscircuit. b De secundaire wikkeling van een stroomtransformator is berekend op een maximum meetstroom van 5A/de toegekende stroomwaarde van het te meten hoogspanningscircuit. c Als de ampèremeter van een stroomtransformator wordt verwijderd, moeten de klemmen van de secundaire wikkeling in verband met de veiligheid worden geïsoleerd/worden kortgesloten. d Met een stroomtransformator meten we direct/indirect de hoge/lage stroomwaarden van het hoogspanningsnet met een meter met een klein/groot meetbereik. e Een stroomtransformator wordt uit veiligheidsoverweging wel/niet tegen kortsluiting beveiligd. 25 G Een spanningstransformator meet rechtstreeks de spanning van het hoogspanningscircuit. O Een spanningstransformator meet op een veilige indirecte manier de spanning van het hoogspanningscircuit. G Bij een spanningstransformator zijn om veiligheidsredenen de primaire wikkeling en de kern met aarde verbonden. O Bij een spanningstransformator zijn de secundaire wikkeling en de kern geaard, zodat bij doorslag geen hogere spanningen dan de secundaire spanning kunnen optreden. G Een spanningstransformator mag niet tegen kortsluiting worden beveiligd. O Een spanningstransformator bevat een drietal beveiligingen tegen kortsluiting. Uitvoeringsvormen 26 1 vierkante of rechthoekige constructie 2 rechthoekige kern 3 ringvormige kern 27 a wisselstroom/draaistroom b k = 1 c primair 220 V, secundair 220 V d 1000 VA e primair 4,54 A, secundair 4,54 A

66 62 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 28 koeling toelichting 1 luchtkoeling natuurlijke warmte-afvoer via omgeveningslucht 2 luchtkoeling met ventlator geforceerde luchtkoeling met behulp van een ventilator 3 oliekoeling wamte wordt afgevoerd via een oliebad waarin de transformator is gemonteerd

67 9 TRANSFORMATOREN 63 Zelftoets 1 a N n = 1 = N 2 I 1 U 1 U 2 b = = Y = I 2 N 1 N 2 1 N 1 n I 1 1 I 2 n 2 b = Y N 2 N 1 = 2000 windingen = 50 windingen N 2 U 1 U 2 U 2 U V V 3 a Het koperverlies is afhankelijk/onafhankelijk van de belasting. b Het koperverlies neemt evenredig toe/kwadratisch toe met de stroom. c Het ijzerverlies is afhankelijk/onafhankelijk van de aangelegde spanning. d Het ijzerverlies is afhankelijk/onafhankelijk van de belastingsstroom. U κσ 4 a g = = = 0,1 Y g = 10% U 1 40 V 400 V 5 G de nullastproef wordt uitgevoerd met een sterk verlaagde primaire spanning G bij de nullastproef treden de toegekende stroomwaarden op O bij de nullastproef wordt de primaire winding aangesloten op de toegekende spanningswaarde en is de secundaire belastingsstroom nul O de kortsluitproef wordt uitgevoerd met een sterk verlaagde primaire spanning O bij de kortsluitproef treden de toegekende stroomwaarden op G een kortsluitproef wordt onbelast uitgevoerd 6 c P t = cos n = 230 V 10 A 0,8 = 1840 W P a = P t! P v = 1840 W! (62 W + 30 W) = 1748 W P α 0 = 100% = 100% = 95% P τ 1748 W 1840 W 7 a voedingstransformator b beschermingstransformator c lektransformator d spaartransformator 8 type trafo toepassing 1 stroomtransformator veilig meten van grote stromen in een HS-net 2 spanningstransformator veilig meten van hoge spanningen in een HS-net 9 a Een S-keten is een zwevend net met een galvanische scheiding met het voedingsnet. De S-keten is niet geaard. Bij kortsluiting in een aangesloten apparaat hoeft de belasting niet te worden afgeschakeld. b Een S-keten wordt verkregen met behulp van een scheidingstransformator met gelijke primaire en secundaire spanning. De secundaire wikkeling is galvanisch gescheiden van de netzijde. De S-keten is niet geaard.

68 64 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 10 1 Een zwevend net wordt toegepast in ziekenhuizen en laboratoria. 2 Een zwevend net wordt ook toegepast in natte omgevingen zoals melkfabrieken. 3 Ook wordt een zwevend net toegepast in de voedingsindustrie en in de chemische industrie.

69 10 Besturingstechniek Inleiding besturingstechniek 1 sensor actuator soort - temperatuurmeter - soms een niveaudetector functie - de watertemperatuur meten - uitschakelen van het verwarmingselement verwarmingselement verwarmen van water 2 onderdeel soort functie sensor - temperatuurmeter - schakelaar - meten van de luchttemperatuur - detecteert of de deur gesloten is actuator 1 magnetronbuis t.b.v. hfstraling verwarmen product actuator 2 ventilator circuleren van de lucht actuator 3 motor aandrijven draaitableau 3 onderdeel soort sensoren temperatuurmeter (meten van de temperatuur van de gekoelde lucht) schakelaar (detecteert of de deur gesloten is) muntdetector (detecteert type munt) elektronische sensor (detecteert of er nog producten aanwezig zijn) actuatoren koel-unit (verlagen luchttemperatuur) stappenmotor of gelijkstroommotor (aandrijven uitwerpmechanisme producten)

70 66 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 4 onderdeel soort functie sensor 1 optische sensor (naderingssensor) detecteert binnenkomende en uitgaande personen sensor 2 eindschakelaar detecteert begin- of eindstand deur sensor 3 krachtsensor beveiliging aandrijving deur(delen) indien een persoon zich tussen de twee deurhelften bevindt actuator aandrijfmotor aandrijven van de beide deurhelften 5 Sensoren: lusdetector in de weg bewegingssensor gericht op de zebra naderingssensor of drukknop (geeft de aanwezigheid van voetgangers aan) ingang/uitgang 6 Een wasmachine, zie figuur 6, bezit een besturingssysteem. Dit is meestal een microcontroller die de informatie van de sensoren verwerkt en de actuatoren aanstuurt. De volgorde van het wasprogramma wordt bepaald door de software van het besturingssysteem. De aandrijfmotor van de trommel is een actuator die door het besturingssysteem wordt aangestuurd. Het waterniveau in de wasmachine wordt door een sensor gemeten. De sensoren en actuatoren zijn een onderdeel van de hardware, de wasprogramma s zitten in de software. 7 O Een besturingsinstallatie bestaat uit een hardware-deel en een software-deel. O Een bedieningsconsole vervult dezelfde functie als de sensoren. G Actuatoren geven geen informatie door naar het besturingssysteem. G De thermostaat in de huiskamer is een actuator. O Het wassen van kleding noemen we een proces Sensoren en actuatoren 8 1 mechanische sensoren 2 elektronische sensoren 9 G Een normally open contact is in rust gesloten. O Een normally closed contact dat geactiveerd wordt, verbreekt een verbinding. G Een normally closed contact is in rust geopend. O Een normally open contact is in rust geopend. O Een normally open contact dat geactiveerd wordt, veroorzaakt een gesloten verbinding.

71 10 BESTURINGSTECHNIEK contact is een NO-contact, contact is NC-contact 12 O Een elektronische sensor heeft voedingsspanning nodig. G Een elektronische sensor bezit een lage schakelfrequentie. O Een elektronische sensor bestaat uit een physische interface en een elektrische interface. G Een elektronische sensor kan zowel een analoge als een binaire uitgang bezitten. G De uitgang van een elektronisch sensor kan een signaallamp aansturen. O Elektronisch sensoren zijn zowel in NO- als in NC-uitvoering verkrijgbaar. 13 G Mechanische schakelaars bezitten een langere levensduur. G Elektronische sensoren kunnen de voeding naar de actuatoren niet uitschakelen. O Een mechanische schakelaar onderbreekt direct de voeding naar de actuator. G Mechanische schakelaars kunnen sneller schakelen 14 G Een actuator meet een van de procesgrootheden en geef deze door aan het besturingsysteem. G Een actuator bestaat uit een bedienend element en een meetelement. O Een actuator geeft energie door aan het proces. G Een elektrische actuator levert mechanische energie aan het proces. 15 O Een elektromagnetisch relais kan afhankelijk van de uitvoering meerdere contacten bezitten. G Een solid state relais kan afhankelijk van de uitvoering meerdere contacten bezitten. O Een solid state relais bezit een hoge bedrijfszekerheid. G Het vermogen dat nodig is om de contacten van een elektromagnetisch relais om te leggen is groot. O Het stuurvermogen van een solid state relais is gering. O Het schakelvermogen van een solid state relais is hoog. G Een solid state relais is zowel in een NO- als in een NC-uitvoering verkrijgbaar.

72 68 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Besturingssysteem 16 O Een besturingssysteem kan gerealiseerd worden met relais. G Een besturingssysteem ontvangt informatie van de actuatoren. O Sensoren geven via het besturingssysteem informatie van het proces door aan de bedieningsconsole. O De meeste besturingssystemen bestaan uit twee delen: een hardware-deel en een software-deel. G De afstandsbediening van een tv is een besturingssysteem. 17 Tabel 10.1 relais K1 K1:1 K1:2 K1:3 K1:4 A B C D motor lamp gr lamp rd proces X X X actuator X X X X SR-element X X X X X X set-functie X X X reset-functie X 18 G De uitgang van een SR-element wordt logisch 1 als de reset-ingang permanent actief is. O Setten van een SR-element betekent dat de uitgang logisch 1 wordt. G De uitgang van een SR-element wordt logisch 0 als de set-ingang even actief is. G De uitgang van een SR-element wordt aangeduid met de letter O (output). 19 Sequential Function Chart Een SFC beschrijft de bewerkingen en de volgorde van een besturing. 20 De volgorde van afhandeling is afhankelijk van het type apparaat. Een mogelijkheid is: start einde

73 10 BESTURINGSTECHNIEK a SFC-elementen 23 c beveiligingen 24 De initiële stap initialiseert de besturing, dat wil zeggen dat alle uitgangen en merkers logisch 0 worden gemaakt. 25 Een stap in een SFC kan actief/niet actief/actief of niet actief zijn. Een schuifvoorwaarde in een SFC kan logisch 0/logisch 1/logisch 0 of logisch 1 zijn. Een stap in een SFC is soms/altijd verbonden met een actie. Een drukknop is in een SFC een stap/actie/schuifvoorwaarde. Het actief worden van een stap in een SFC noemen we setten/resetten. Als een stap in een SFC geset is, wordt de bijbehorende actie wel/niet uitgevoerd. 26 c de volgende stap 27 1 omschreven tekst 2 expressie van Boole 3 logische symbolen 4 ladderdiagram

74 70 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 28 a 5 seconden b c d e 5 seconden 10 seconden 30 seconden 35 seconden 29 INI S1 1 S2 S2 2 N groep_1 7 S groep_1 timer_1 D t#0,5 s timer_1 timer_6 D t#0,5 s timer_6 3 N groep_2 8 S groep_2 timer_2 D t#0,5 s timer_2 timer_7 D t#0,5 s timer_7 4 N groep_3 9 S groep_3 timer_3 D t#0,5 s timer_3 timer_8 D t#0,5 s timer_8 5 N groep_4 10 S groep_4 timer_4 D t#0,5 s timer_4 timer_9 D t#0,5 s timer_9 6 N groep_5 11 S groep_5 timer_5 D t#0,5 s timer_5 timer_10 D t#0,5 s timer_10 12 R groep_1 R groep_2 groep_5 R groep_3 R groep_4 R groep_5

75 10 BESTURINGSTECHNIEK a Tabel 10.2 STAP set reset 1 INI + G) X2 2 A X3 + X6 3 B X4 4 C X5 5 D X7 6 B X7 7 E + F X1 b X1 A & S X2 X3 X6 1 R c X5 E X6 F & & 1 S R X7 X1 31 a Tabel 10.3 STAP set reset 1 INI + F) X2 2 A X3 + X6 3 B X4 4 C X5 5 D X7 6 B X7 7 E X1

76 72 ENERGIETECHNIEK 2-3MK b X1 A & S X2 X3 X6 1 R c X5 X6 & E S X7 X1 R 32 a O STAP2 en STAP6 kunnen gelijktijdig actief zijn. G STAP2 en STAP3 kunnen gelijktijdig actief zijn. O STAP4 en STAP7 kunnen gelijktijdig actief zijn. O STAP2 en STAP10 kunnen gelijktijdig actief zijn. b H c X0 d F e X10 33 a G STAP2 en STAP6 kunnen gelijktijdig actief zijn. G STAP2 en STAP8 kunnen gelijktijdig actief zijn. O Geen van de stappen kunnen gelijktijdig actief zijn. b c d e f X2 + X5 + X8 D X0 H + M X0 34 a Q1 = I2 Q2 = I2 + I3 Q3 = I3 + I4 Q4 = I5 Q5 = I6 + I6 Q6 = IB Q7 = IB + IC

77 10 BESTURINGSTECHNIEK a Q1 = STAP1 + STAP2 Q2 = STAP2 + STAP3 Q3 = STAP3 Q4 = TIMER b STAP setvoorwaarde(n) resetvoorwaarde(n) INI stap IC I1 1 I1 STAP2 2 I3 STAP3 3 I4 STAP4 4 IB INI 36 Bedieningsconsole 37 O De bedieningsconsole van een besturingsinstallatie behoort bij de groep sensoren. G De bedieningsconsole van een besturingsinstallatie behoort bij de groep actuatoren. G De bedieningsconsole van een besturingsinstallatie behoort bij de groep sensoren en actuatoren. G Een SCADA-pakket (software) komen we ook bij een wasstraat tegen. O Een kaartjesautomaat van een parkeergarage bevat een HMI. G Een snoepautomaat is vaak voorzien van een HMI.

78 74 ENERGIETECHNIEK 2-3MK Zelftoets 1 a Een besturingsinstallatie bestaat uit een hardware-deel en een software-deel. 2 Een wasmachine bezit geen besturingssysteem. Deze bevat vaak een of meer schakelklokken. De sturing van de aandrijfmotor van de trommel is afhankelijk van het waterniveau. De temperatuur van het water wordt door een actuator gemeten. Afhankelijk van de keuze van het wasprogramma wordt een deel van het besturingsprogramma afgewerkt. Sommige wasmachines zijn uitgerust met een of meer microcontrollers. 3 b Een normally closed contact dat geactiveerd wordt, verbreekt een verbinding. 4 Elektronische sensoren bezitten een hoge bedrijfszekerheid omdat deze géén bewegende delen bevatten. Deze groep sensoren heeft voedingsspanning nodig om te kunnen functioneren. Daarnaast bezit elke elektronische sensor een fysische interface om de te meten grootheid om te zetten in een elektrisch signaal. Binaire sensoren kunnen zowel van het type NC als van het type NO zijn uitgevoerd. 5 G De lichten in een verkeerslichtregeling zijn op de ingang van een PLC aangesloten. O De installatie van elektrisch bediende deuren bezitten sensoren en actuatoren. G Een elektrische schakelklok is een besturingssysteem. G Een sensor voorziet een besturingssysteem van energie. G Een solid state relais bezit meestal een NO- en een NC-contact. O Een GSM-telefoon bevat vaak één of meerdere microcontrollers. 6 sensor actuator toetsenbord van een pc O G joystick O G relais G O NTC-weerstand O G solid state relais G O 7 c Een SFC begint altijd met een initiële stap. 8 STAP setvoorwaarde resetvoorwaarde 1 S_1 X3 + X4 2 S_2 X5 3 S_2 X5 4 HA_1 + HA_2 X1

79 10 BESTURINGSTECHNIEK 75 9 a O STAP3 en STAP7 kunnen gelijktijdig actief zijn. G STAP4 en STAP5 kunnen gelijktijdig actief zijn. O STAP4 en STAP7 kunnen gelijktijdig actief zijn. O STAP5 en STAP7 kunnen gelijktijdig actief zijn. O STAP8 en STAP5 kunnen gelijktijdig actief zijn. b c STAP6 D_1 10 b Een programmasprong (jump) is een OF-divergentiefunctie.

80 .

81 11 PLC-besturingen Softwarematige besturingen 1 G Softwarematige besturingen zijn star. O Een boormachine bevat een hardwarematige snelheidsregeling. O In een hardwarematige besturing bepaalt de bedrading onder andere de besturingsvolgorde. G Een autowasstraat bevat meestal een hardwarematige besturing. G Sensoren worden op de uitgang van een PLC aangesloten. O Programma s voor PLC s worden meestal op een pc ontwikkeld. 2 Informatie die sensoren aan een besturingssysteem aanbieden kunnen zowel door middel van hardwarematige als softwarematige systemen worden verwerkt. Relais in een hardwarematige besturing worden vaak rechtstreeks door middel van een sensor bekrachtigd. Bij softwarematige besturingen worden actuatoren door de uitgangen van de PLC aangestuurd. PLC s bevatten software waarmee we snel de besturingsvolgorde kunnen wijzigen. Bij hardwarematige besturingen moeten we de bedrading wijzigen om de besturingsvolgorde aan te passen. De software voor een PLC ontwikkelen we meestal op een pc. Opbouw van een PLC 3 Central Processing Unit (CPU) memory inputmodule (I) inputregisters outputregister outputmodule (O) 4 ROM: Het programma wordt opgeslagen in een ROM. Data in dit geheugen blijft aanwezig, ook als er geen spanning aanwezig is. RAM: Data die tijdens het uitvoeren van het programma ingelezen wordt, slaan we op in een RAM.

82 78 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 5 G triac O opto-coupler G thyristor O (micro)relais G transistor G MOSFET 6 6 ingangen 4 uitgangen 7 14 ingangen 10 uitgangen 8 Figuur 11.4a transistoruitgangen - maximaal te belasten met 300 ma voedingsspanning is (vast) 24 V Figuur 11.4b microrelais-uitgangen - maximaal te belasten met 10 A voedingsspanning is 12 V - 24 V 9

83 11 PLC- BESTURINGEN 79 PLC-programma en -instructies 10 1 grafische methode 2 door middel van tekst 11

84 80 E N E R G I E T E C H N I E K M K

85 11 PLC- BESTURINGEN Q1 = I1 + I2 Q2 = I4 Q3 = (IB + IC ID Q4 = IC + IE 14

86 82 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 15 a K1 = (A + (B + D) K2 = (A + D VAR sensor_a AT %I0.0 :Bool; sensor_b AT %I0.1 :Bool; sensor_c AT %I0.2 :Bool; sensor_d AT %I0.3 :Bool; relais_k1 AT %Q0.0 :Bool; relais_k2 AT %Q0.1 :Bool; END_VAR b A C B D relais_k1 A D relais_k2 B c A C B D 1 1 & relais_k1 A B D 1 1 & relais_k2

87 11 PLC- BESTURINGEN K1 = D + E K2 = B + K3 = ( A + B D E VAR sensor_a AT %I0.0 :Bool; sensor_b AT %I0.1 :Bool; sensor_c AT %I0.2 :Bool; sensor_d AT %I0.3 :Bool; sensor_e AT %I0.4 :Bool; relais_k1 AT %Q0.0 :Bool; relais_k2 AT %Q0.1 :Bool; relais_k3 AT %Q0.2 :Bool; END_VAR b A D relais_k1 E A B relais_k2 C D E A D relais_k3 B c A D E & 1 relais_k1 A B C & 1 1 relais_k2 D 1 E A 1 B 1 1 & relais_k3 D

88 84 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 17 18

89 11 PLC- BESTURINGEN

90 86 ENERGIETECHNIEK 2-3MK 21