Exam text content

TEL-1360 Sähkömoottorikäytöt Tentti 4.3.2011 Perttu Parkatti
Tentissä saa käyttää omaa laskinta, myös ohjelmoitavaa

1) Tarkastellaan puhallinkäyttöä, joka koostuu moottorista, puhaltimesta ja niiden välissä
olevasta vaihteesta. Puhaltimen momentti on verrannollinen pyörimisnopeuden neliöön.
Vaihteen muuntosuhde on 2:1 (puhallin pyörii hitaammin). Puhaltimen hitausmomentti on
200 kgm? ja moottorin hitausmomentti on 20 kgm?. Aluksi käyttö on toiminnassa. Tällöin
puhallin pyörii nopeudella 500 RPM ja sen momentti on 1000 Nm. Yhtäkkiä tapahtuu
sähkökatko, jolloin käyttö alkaa hidastua moottorin tuottaman momentin ollessa 0 Nm.
Ratkaise sen ajan pituus, joka kuluu puhaltimen hidastumiseen käyntinopeudesta
nollanopeuteen käyttäen askelmenetelmää eli approksimoimalla pyörimisnopeuden
funktiona esitetyt momentit vakioiksi tietyn nopeusaskeleen An aikana. Ratkaise tehtävä
käyttäen viittä askelta, jolloin nopeusaskeleen An pituus on 100 RPM. (6p)

2) Selitä lyhyesti moottorin
a. IP-luokitus (1p)
IC-luokitus (1p)
Jättämä (1p)
Nimellispyörimisnopeus epätahtikoneella (1p)
DTC (1p)
Nelikvadranttikäyttö (1p)

monon

3)
a. Piirrä matriisikonvertterin periaatteellinen päävirtapiiri ja kerro mitkä ovat sen edut
verrattuna muihin yleisiin taajuudenmuuttaratkaisuihin. (2p)
. Mitä haittoja syöttöjännitteen yliaalloista voi olla sähkömoottoreissa? (2p)
c. Kerro millä tavoin vaihtosähkömoottorin pyörimissuunnan voi vaihtaa. (Vähintään
kaksi eri tapaa) (2p)

4) Tavoitteesi on suunnitella yliopistojen väliseen sähköautojen kilpailuun ajoneuvo, jonka
tulee kiihtyä mahdollisimman nopeasti 0-100 km/h. Auton kokonaismassa m akustoineen on
1500 kg ja renkaan säde r=0,3 m
Moottorina on seuraavanlainen oikosulkumoottori:

- Nimellismomentti 250 Nm, joka saavutetaan nimellisvirralla.
- Nimellispyörimisnopeus 5000 rpm, joka saavutetaan nimellisellä jännitteellä.
Moottori kestää mekaanisesti korkeintaan 14000 rpm pyörimisnopeuden.

Moottori on ohjattu taajuudenmuuttajalla, joka syöttää maksimissaan nimellisen virran.
Jännite rajoittuu nimellisarvoonsa akuston takia. Syöttötaajuutta ei ole rajoitettu.

a) Laske sellainen muuntosuhde (vaihde) moottorilta renkaalle, jolla ajoneuvolle saadaan
maksimaalinen kiihtyvyys mainitulla nopeusvälillä. (2p)

b) Perustele tekemäsi valinta joko sanallisesti tai osoita se laskemalla kiihtyvyydet eri
muuntosuhteiden vaihtoehdoilla (2p)

c) Montako sekuntia kiihdytys 0-100 km/h tällöin kestää? Kitkoja ja hitausmassoja ei
tarvitse huomioida. (2p)

5) Vertaa tasavirtamoottorikäytön ja tahtimoottorikäytön hyviä ja huonoja puolia. Huomioi
koko käyttö alkaen kolmivaiheisesta vaihtosähköverkosta. (6p)