AN AC DRIVE SYSTEM TO REPLACE AN EXISTING DC DRIVE SYSTEM A dissertation submitted to the Department of Electrical Engineering, University of Moratuwa in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science by MUHANDlRAM RALLAGE RUWN THYAGA NIROSHANA Supervised by: Dr. J. P. Karunadasa Department of Electrical Engineering University of Moratuwa, Sri Lanka 2010 94845 Abstract DC commutator motor is the oldest motor but still the best performance motor. It has control simplicity and control accuracy although commutator motor has some inherent drawbacks due to its mechanical commutator. Normally, the older the motor, the higher the effects of some drawbacks. This dissertation is based on "Replacing an old DC drive system with a new AC drive system" in order to eliminate prevailing practical problems arisen due to aging of the drive system. The DC drive system being less reliable, that results high down time of the relevant machine effecting loss in production. . Briefing on new AC drive system, other than the existing control functions, some functional improvements are also adopted assuring far better running performance of the machine than present. Minimum maintenance, quick failure restore, minimizing down time and hence improved reliability are the key motivations of the project. It is considered the maximum running speed of the machine for capacity selection of the motor and the AC drive. The required modifications in power and control wiring are introduced keeping operational part of the machine in such a way that, machine operator does not feel any difference while in operation. Same switches, selectors, pushbuttons are utilized as in the existing system. Economic consideration of the proposed system against the existing system is discussed followed by the design. Improved power factor, reduced total harmonic distortion, improved efficiency and enhanced reliability of the machine contributes positive impact on the proposed system. It is important to say that, this is much oriented at reliability improvement of the particular machine than the other sayings. D E C L A R A T I O N T h e w o r k s u b m i t t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s t h e r e s u l t o f m y o w n i n v e s t i g a t i o n . e x c e p t \ v h e r e o t h e r w i s e s t a t e d . I t h a s n o t a l r e a d y b e e n a c c e p t e d f o r a n y d e g r e e . a n d i s a l s o n o t b e i n g c o n c u r r e n t l y s u b m i t t e d f o r a n y o t h e r d e g r e e . \ \ ~\•J' M . R . R . T . N i r o s h a n a 2 5 t 1 1 J a n u a r y . 2 0 I 0 ' \ / 1 / W e e n d o r s e t h e d e c l a r a t i o n b y t h e c a n d i d a t e . f ' ' - r ' - ' ) ' - ; . . / D r . . I . P . K a r u n a d a s a D e c l a r a t i o n A b s t r a c t A c k n o w l e d g e m e n t L i s t o f F i g u r e s L i s t o f T a b l e s 1 . I n t r o d u c t i o n C O N T E N T S 1 . 1 O v e r v i e w o f t h e d i s s e r t a t i o n 1 . 2 O b j e c t i v e o f t h e p r o j e c t 1 . 3 E x i s t i n g s y s t e m 1 . 3 . 1 S p e c i f i c a t i o n 1 . 3 . 2 S p e e d C o n t r o l l i n g 1 . 3 . 3 C o n n e c t i o n d i a g r a m o f t h e D C C o n v e r t e r 1 . 3 . 4 S p e e d I n d i c a t o r 2 . S e l e c t i o n o f a n A C M o t o r 2 . 1 M e t h o d o l o g y o f S e l e c t i n g a n A C m o t o r 2 . 2 T h r e e P h a s e A C I n d u c t i o n M o t o r s 2 . 3 C a g e M o t o r s 2 . 4 V o l t a g e 2 . 5 F r e q u e n c y 2 . 6 V o l t a g e a n d F r e q u e n c y v a r i a t i o n 2 . 7 M o t o r o u t p u t r a t i n g 2 . 7 . 1 S p e e d 2 . 7 . 2 T o r q u e a n d P o w e r 2 . 7 . 3 L o c k e d R o t o r t o r q u e 2 . 7 . 4 P u l l - u p t o r q u e 2 . 7 . 5 B r e a k d o w n t o r q u e 2 . 7 . 6 F u l l - L o a d T o r q u e 2 . 7 . 7 M o t o r C u r r e n t 2 . 7 . 8 F u l l - L o a d c u r r e n t 2 . 7 . 9 L o c k e d - R o t o r c u r r e n t 2 . 8 M o t o r S t a n d a r d s 2 . 8 . 1 N E M A V l l V l l l I X X I 3 3 4 4 5 6 7 7 7 7 8 9 9 1 0 1 0 1 1 I I 1 1 1 2 1 2 1 2 1 3 1 3 1 3 1 3 1 1 2 . 8 . 2 I E C 1 6 2 . 9 D u t y C y c l e 1 6 2 . 1 0 S t a r t i n g l o a d i n e r t i a 1 9 2 . 1 1 S e r v i c e F a c t o r 1 9 2 . 1 2 T e m p e r a t u r e a n d A l t i t u d e 2 0 2 . 1 3 M o t o r C o o l i n g 2 1 2 . 1 4 I n s u l a t i o n C l a s s v s . T e m p e r a t u r e 2 2 2 . 1 5 E f f i c i e n c y 2 3 2 . 1 6 M o t o r l o s s e s 2 4 2 . 1 7 P o w e r F a c t o r 2 5 2 . 1 8 L o a d C o n n e c t i o n s 2 5 2 . 1 9 S t a r t i n g M e t h o d s 2 6 2 . 1 9 . 1 D O L s t a r t e r s 2 6 2 . 1 9 . 2 S t a r - D e l t a s t a r t i n g 2 6 2 . 1 9 . 3 E l e c t r o n i c s o f t s t a r t e r s 2 6 2 . 1 9 . 4 V a r i a b l e S p e e d D r i v e s 2 7 2 . 2 0 M o t o r e n c l o s u r e s 2 7 2 . 2 1 E n c l o s u r e m a t e r i a l 2 8 2 . 2 2 T e n n i n a l b o x 2 8 2 . 2 3 M o u n t i n g C o n f i g u r a t i o n s 2 8 2 . 2 4 D y n a m i c B a l a n c e / V i b r a t i o n 2 9 2 . 2 5 B e a r i n g / L u b r i c a t i o n 2 9 2 . 2 6 N o i s e L i m i t s 2 9 2 . 2 7 S h a f t a n d k e y 2 9 2 . 2 8 D e g r e e o f p r o t e c t i o n 2 9 2 . 2 9 M o t o r N a m e p l a t e 3 0 3 . M o t o r s e l e c t i o n f o r t h e a p p l i c a t i o n 3 1 3 . 1 M e a s u r e m e n t s 3 1 3 . 1 . 1 L o a d p r o f i l e 3 1 3 . 1 . 2 M e a s u r e m e n t o f T o r q u e 3 2 3 . 2 M o t o r S t a n d a r d 3 3 3 . 3 M o t o r t y p e 3 3 3 . 4 V o l t a g e a n d F r e q u e n c y 3 3 3 . 5 S p e e d 3 4 1 1 1 3 . 6 N u m b e r o f p o l e s 3 . 7 M o t o r p o w e r 3 . 8 F r i c t i o n T o r q u e o f t h e m a c h i n e 3 . 9 M o t o r T o r q u e 3 . 1 0 M o t o r i n e r t i a 3 . 1 1 T e m p e r a t u r e a n d A l t i t u d e 3 . 1 2 D u t y c y c l e 3 . 1 3 M o t o r c o o l i n g 3 . 1 4 I n s u l a t i o n t e m p e r a t u r e 3 . 1 5 E f f i c i e n c y 3 . 1 6 P o w e r F a c t o r 3 . 1 7 M o t o r e n c l o s u r e 3 . 1 8 E n c l o s u r e m a t e r i a l 3 . 1 9 T e r m i n a l b o x 3 . 2 0 M o u n t i n g c o n f i g u r a t i o n 3 . 2 1 B e a r i n g s / l u b r i c a t i o n / v i b r a t i o n / b a l a n c i n g / n o i s e l i m i t s 3 . 2 2 S h a f t a n d k e y 3 . 2 3 D e g r e e o f p r o t e c t i o n 3 . 2 4 L o a d c o n n e c t i o n 3 . 2 5 P e r f o n n a n c e d a t a o f t h e s e l e c t e d m o t o r 4 . S e l e c t i o n o f a M o t o r D r i v e 4 . 1 N e e d f o r t h e e l e c t r i c a l d r i v e f o r a n i n d u c t i o n m o t o r 4 . 2 V a r i a b l e F r e q u e n c y D r i v e 4 . 3 S e l e c t i n g a D r i v e 4 . 3 . 1 S u p p l y s i d e r e q u i r e m e n t s 4 . 3 . 1 . 1 S u p p l y T o l e r a n c e 4 . 3 . 1 . 2 S u p p l y D i s t u r b a n c e 4 . 3 . 1 . 3 U n g r o u n d e d s u p p l i e s 4 . 3 . 1 . 4 L o w f r e q u e n c y H a r m o n i c s 4 . 3 . 2 M o t o r l i m i t a t i o n s 4 . 3 . 3 L o a d c o n s i d e r a t i o n s 4 . 3 . 4 A c c e l e r a t i o n a n d b r e a k i n g r e q u i r e m e n t s 4 . 3 . 5 E n v i r o n m e n t a l C o n s i d e r a t i o n s 5 . S e l e c t e d M o t o r D r i v e 3 4 3 4 3 5 3 5 3 6 3 6 3 7 3 7 3 7 3 7 3 8 3 8 3 8 3 8 3 8 3 9 3 9 3 9 3 9 4 0 4 1 4 1 4 3 4 7 4 7 4 8 4 8 4 8 4 9 4 9 4 9 5 0 5 0 5 1 I V 5 . 1 S I E M E N S M I C R O M A S T E R 4 4 0 5 1 5 . 1 . 1 B l o c k d i a g r a m 5 2 5 . 1 . 2 P e r f o r m a n c e r a t i n g 5 3 5 . 2 W h y t h i s d r i v e i s p r e f e r r e d ? 5 4 5 . 2 . 1 V / f C o n t r o l 5 4 5 . 2 . 2 J O G f u n c t i o n 5 5 5 . 2 . 3 A n a l o g I n p u t s ( A D C ) 5 7 5 . 2 . 4 D i g i t a l i n p u t s ( D I N ) 5 8 5 . 2 . 5 D i g i t a l o u t p u t s ( D O U T ) 5 9 5 . 2 . 6 T h e r m a l m o t o r p r o t e c t i o n a n d o v e r l o a d r e s p o n s e 6 0 5 . 2 . 7 P o w e r m o d u l e p r o t e c t i o n 6 0 5 . 2 . 7 . 1 G e n e r a l o v e r l o a d m o n i t o r i n g 6 0 5 . 2 . 7 . 2 T h e n n a l M o n i t o r i n g f u n c t i o n s a n d o v e r l o a d r e s p o n s e s 6 1 5 . 3 A t y p i c a l I n s t a l l a t i o n 6 2 5 . 3 . 1 S u p p l y 6 2 5 . 3 . 2 I s o l a t o r 6 2 5 . 3 . 3 C i r c u i t b r e a k e r o r F u s e s 6 2 5 . 3 . 4 C o n t a c t o r 6 3 5 . 3 . 5 M o t o r 6 3 6 . P o w e r a n d C o n t r o l w i r i n g 6 4 6 . 1 P o t e n t i o m e t e r 6 5 6 . 2 D C T a c h o G e n e r a t o r 6 6 6 . 3 S T A R T / S T O P ( O N / O F F ) f u n c t i o n 6 8 6 . 3 . 1 S T A R T ( R U N ) F u n c t i o n 6 9 6 . 3 . 2 S T O P F u n c t i o n 6 9 6 . 3 . 3 R U N S P E E D f u n c t i o n 7 0 6 . 3 . 4 J O G F u n c t i o n 7 2 6 . 3 . 4 . 1 J O G S P E E D f u n c t i o n 7 2 6 . 3 . 5 F E E D B A C K O p e r a t i o n 7 3 6 . 3 . 6 S P E E D D i s p l a y 7 3 6 . 4 P O W E R O N F u n c t i o n 7 4 7 . E c o n o m i c C o n s i d e r a t i o n 7 5 7 . 1 M e a s u r e m e n t s 7 5 7 . 1 . 1 D a t a 7 6 v 7 . 2 L o s s i n c u r r e d d u e t o D o w n T i m e 7 . 2 . 1 C a l c u l a t i o n o f S a l e s l o s s 7 . 2 . 2 C a l c u l a t i o n o f l a b o r l o s s 7 . 3 L o s s i n c u r r e d d u e t o p o o r P o w e r f a c t o r ( P F ) 7 . 3 . 1 R e d u c t i o n i n K V A d u e t o i m p r o v i n g P f 7 . 3 . 2 R e d u c t i o n i n c u r r e n t b y i m p r o v i n g P F 7 . 4 L o s s i n c u r r e d d u e t o h a m 1 o n i c s 7 . 4 . 1 R e d u c t i o n i n c u r r e n t b y r e d u c i n g T H O 7 . 5 P a y b a c k c a l c u l a t i o n 8 . C o n c l u s i o n R e f e r e n c e s A p p e n d i x A S e p a r a t e l y e x c i t e d D C m o t o r A p p e n d i x B C M G M o t o r s , P e r f o r m a n c e d a t a A p p e n d i x C D C H o l l o w s h a f t T a c h o - g e n e r a t o r 7 8 7 8 7 9 8 3 8 3 8 4 8 5 8 5 8 7 8 8 8 9 9 0 9 2 9 3 V I A c k n o w l e d g e m e n t M y f i r s t s i n c e r e g r a t i t u d e g o e s t o m y s u p e r v i s o r , D r . J . P . K a m n a d a s a , h e a d , D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a , f o r h i s g r e a t a n d k i n d g u i d a n c e , i n s i g h t s , a t t e n t i o n e x t e n d e d t o w a r d s m e f o r s u c c e s s f u l f 1 o w o f t h e d i s s e r t a t i o n . N e x t t h a n k i n g i s d u e t o , c o u r s e c o o r d i n a t o r , a l l s e n i o r l e c t u r e s , l e c t u r e s , v J s J t m g l e c t u r e s i n t h e p o s t g r a d u a t e p r o g r a m m e , f o r t h e i r v a l u a b l e t e a c h i n g , g u i d a n c e , a s s i s t a n c e a n d c o o p e r a t i o n d e l i v e r e d t h r o u g h o u t t h e c o u r s e . I a l s o s h o u l d t h a n k s f o r a l l o f f i c e s t a f f o f t h e p o s t g r a d u a t e s e c t i o n a n d s p e c i a l l y r e m i n d s t a f f i n t h e E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g o f f i c e , F a c u l t y o f E n g i n e e r i n g , U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a , f o r h e l p i n g i n v a r i o u s w a y s f o r a c a d e m i c w o r k s . N e x t , I r e m i n d a n d t h a n k a l l m y c o l l e a g u e s w h o w o r k e d t o g e t h e r , a n d m a n a g e r s , f r i e n d s i n m y w o r k i n g p l a c e w h o i n d i r e c t l y h e l p e d m e f o r f o l l o w i n g t h e c o u r s e t h r o u g h o u t t h i s t w o y e a s p e r i o d . L a s t l y , I e x t e n d m y s i n c e r e g r a d u a t e f o r m y f a m i l y m e m b e r s w h o c o n t i n u o u s l y a s s i s t m e f o r m y a c a d e m i c w o r k a n d s u c c e s s f u l c o m p l e t i o n o f p o s t g r a d u a t e c o u r s e . V l l l L i s t o f F i g u r e s F i g u r e P a g e 1 . 1 P r o p o s e d s y s t e m 2 1 . 2 E x i s t i n g s y s t e m 3 1 . 3 C o n n e c t i o n s i n D C C o n v e r t e r 5 1 . 4 C o n v e r t e r I n p u t s 5 1 . 5 S p e e d I n d i c a t o r 6 2 . 1 T o r q u e - S p e e d c h a r a c t e r i s t i c o f a n I n d u c t i o n m o t o r I 1 2 . 2 S p e e d - T o r q u e , C u r r e n t c u r v e 1 2 2 . 3 T o r q u e - S p e e d c u r v e s , N E M A d e s i g n A , B , C , D 1 4 2 . 4 D r i p p r o o f o r T E F C e n c l o s u r e , S F 1 . 0 2 2 2 . 5 T E N V e n c l o s u r e , S F 1 . 0 2 3 2 . 6 D r i p p r o o f o r T E F C e n c l o s u r e , S F 1 . 1 5 2 3 2 . 7 T y p i c a l n a m e p l a t e o f a n I n d u c t i o n m o t o r 3 0 3 . 1 C o n n e c t i o n o f d a t a l o g g e r 3 2 3 . 2 L o a d p r o f i l e a t m a x i m u m s p e e d 3 2 3 . 3 E n l a r g e v i e w o f o n e m a c h i n e c y c l e . 3 2 3 . 4 T o r q u e m e a s u r e m e n t 3 3 3 . 5 E x i s t i n g s y s t e m 3 9 3 . 6 P r o p o s e d s y s t e m 3 9 4 . 1 A n I n v e r t e r b l o c k d i a g r a m 4 3 4 . 2 A t y p i c a l m o d e m - a g e i n t e l l i g e n t V F D 4 4 4 . 3 V / f c u r v e 4 5 5 . 1 S I E M E N S M I C R M A S T E R 4 4 0 5 1 5 . 2 B l o c k d i a g r a m o f t h e d r i v e 5 2 5 . 3 C h a r a c t e r i s t i c s o f a n i n d u c t i o n m o t o r w h e n f e d f r o m a d r i v e i n v e r t e r 5 5 5 . 4 J O G c o u n t e r - c l o c k w i s e a n d J O G c l o c k w i s e 5 6 5 . 5 J O G r a m p u p a n d r a m p d o w n 5 6 5 . 6 t w o A D C c h a n n e l s , c o n n e c t i o n e x a m p l e f o r A D C 5 7 5 . 7 R e l a y o u t p u t s 5 9 5 . 8 A t y p i c a l i n s t a l l a t i o n o f a n i n v e r t e r 6 2 6 . 1 I n p u t s / O u t p u t s o f t h e e x i s t i n g D C c o n v e r t e r 6 4 6 . 2 I n p u t s / O u t p u t s o f t h e p r o p o s e d A C i n v e r t e r 6 5 6 . 3 P o t e n t i o m e t e r 6 5 6 . 4 D r a w i n g o f t h e e x i s t i n g c o n v e r t e r 6 6 6 . 5 M o d i f i e d d r a w i n g 6 7 6 . 6 E x i s t i n g C o n t r o l d i a g r a m 6 7 6 . 7 M o d i f i e d p a r t o f t h e a b o v e d i a g r a m 6 8 6 . 8 R U N a n d J O G s t a r t 6 8 6 . 9 a D C c o n v e r t e r O N 6 9 6 . 9 b A C i n v e r t e r O N 6 9 6 . 1 0 S T A R T / S T O P c o n t r o l d i a g r a m 7 0 6 . 1 1 S T A R T / S T O P m o d i f i e d c o n t r o l d i a g r a m 7 0 I X 6 . 1 2 R U N / J O G S p e e d c o n t r o l 6 . 1 3 R U N S p e e d c o n t r o l 6 . 1 4 a R U N / J O G S p e e d c o n t r o l 6 . 1 4 b J O G S p e e d 6 . 1 5 a T A C H O c o n n e c t i o n D C c o n v e r t e r 6 . 1 5 b T A C H O c o n n e c t i o n A C i n v e r t e r 6 . 1 6 S p e e d d i s p l a y i n e x i s t i n g a n d p r o p o s e d s y s t e m s 6 . 1 7 a R e l a y c o n t a c t D C c o n v e r t e r 6 . 1 7 b R e l a y c o n t a c t A C i n v e r t e r 6 . 1 8 a P o w e r O N , D C C o n v e r t e r 6 . 1 8 b P o w e r O N , A C I n v e r t e r 7 . 1 C o n n e c t i o n o f d a t a l o g g e r 7 . 2 P h a s e c u r r e n t i n r m s 7 . 3 L i n e v o l t a g e i n r m s 7 . 4 A c t i v e P o w e r i n r m s 7 . 5 A p p a r e n t P o w e r i n r m s 7 . 6 R e a c t i v e P o w e r i n r m s 7 . 7 P o w e r F a c t o r 7 . 8 T H O i n P h a s e L 1 7 . 9 P o w e r T r i a n g l e 7 . 1 0 a l o a d w i t h H a r m o n i c s 7 1 7 1 7 2 7 2 7 3 7 3 7 3 7 4 7 4 7 4 7 4 7 6 8 0 8 0 8 1 8 1 8 1 8 1 8 2 8 3 8 5 X L i s t o f T a b l e s T a b l e P a g e 2 . 1 M o t o r v o l t a g e s a n d P o w e r 8 2 . 2 C o m p a r i s o n i n N E M A D e s i g n 1 6 2 . 3 M o t o r d u t y c y c l e t y p e s a s p e r I E C s t a n d a r d s 1 9 2 . 4 S e r v i c e F a c t o r s 2 0 2 . 5 a T e m p e r a t u r e f a c t o r 2 1 2 . 5 b A l t i t u d e f a c t o r 2 1 3 . 1 P e r f o r m a n c e d a t a 4 0 5 . 1 P e r f o n n a n c e r a t i n g o f t h e d r i v e 5 3 5 . 2 P o s s i b l e s e t t i n g s o f t h e i n d i v i d u a l i n p u t s 5 9 X I C h a p t e r 1 I n t r o d u c t i o n 1 . 1 O v e r v i e w o f t h e d i s s e r t a t i o n T h i s p r o j e c t i s f o c u s e d o n a m a c h i n e w h i c h p r i n t s p c n n a n c n t l a b e l s o n g l a s s b o t t l e s . A l l t h e m o v e m e n t s o f t h e m a c h i n e a r e a c t i v a t e d t h r o u g h m e c h a n i c a l s y s t e m s b y m e a n s o f o n e r o t a t i n g m a c h i n e w h i c h i s a s e p a r a t e l y e x c i t e d D C m o t o r c o u p l e d t h r o u g h a b e l t d r i v e . D C m o t o r i s d r i v e n b y a A C / D C c o n v e 1 i e r w h i c h c o m p o s e d w i t h a n m t t u r c s u p p l y , f i e l d c o i l s u p p l y , t a c h o g e n e r a t o r f e e d b a c k a n d s p e e d a d j u s t m e n t f a c i l i t i e s . D C c o m m u t a t o r m o t o r i s t h e o l d e s t a n d s t i l l o n e o f t h e b e s t p e r f o r m i n g m o t o r . C o n t r o l s i m p l i c i t y a n d c o n t r o l a c c u r a c y a r e t h e a s s e t s o f D C m o t o r s . N o o t h e r m o t o r c a n m a t c h t h e s e t w o a s p e c t s s i m u l t a n e o u s l y . B u t D C m o t o r s h a v e s o m e i n h e r e n t d r a w b a c k s , m o s t o f t h e s e d u e t o i t s m e c h a n i c a l c o m m u t a t o r . T h e y a r c n a m e l y , • N e e d o f f i · e q u c n t m a i n t e n a n c e • O c c u r r e n c e o f s p a r k i n g o f b r u s h e s • N e e d o f r e p l a c i n g b r u s h e s f r c q u e n t l y • G r a d u a l w e a r i n g c o m m u t a t o r s u r f a c e r e q u i r i n g r e s h a p i n g a f t e r s o m e t i m e s • N o i s e c l u e t o s l i d i n g p a r t s • G e n e r a t i o n o f E M I • E x i s t e n c e o f s o m e w h a t l o w e r s p e e d l i m i t s • D i f f i c u l t i e s o f o p e r a t i n g a t s t a n d s t i l l c o n d i t i o n B u t s u b j e c t e d t o a b o v e l i m i t a t i o n s , u s e r c a n a l l t h e t i m e e x p e c t b e t t e r p e r f o r m a n c e s . T h e s e a r c a p p l i c a t i o n d e p e n d a n t a n d t h e r e a r c s o m a n y a p p l i c a t i o n s t h a t c a n a c c e p t t h e s e l i m i t a t i o n s [ 8 ] . I n t h i s a p p l i c a t i o n , m o t o r b e i n g a n o l d D C m o t o r , i t i s n o w e x p e r i e n c e d l e s s r e l i a b i l i t y a r i s e n d u e t o l n t r o d u c r i o n W i n d i n g b u r n i n g W e a r i n g o f b r u s h e s a n d c o m m u t a t o r p r o b l e m s S p e e d f l u c t u a t i o n s M o r e m a i n t e n a n c e t i m e I f t h e m o t o r i s u n d e r g o n e r e w i n d i n g , i t i s n o n n a l l y r e q u i r e d m i n i m u m o f t h r e e d a y s , r e s u l t i n g u n a v a i l a b i l i t y o f m a c h i n e w i t h c o n s i d e r a b l e a m o u n t o f p r o d u c t i o n l o s s . T h i s s i t u a t i o n i s t u r n e d o u t t o p r o v i d e a s o l u t i o n t o i m p r o v e r e l i a b i l i t y o f o p e r a t i o n b y r e p l a c i n g t h e e x i s t i n g D C d r i v e s y s t e m w i t h a n e w A C d r i v e s y s t e m . A C d r i v e s y s t e m c o m p r i s e s o f a c a g e i n d u c t i o n m o t o r , v a r i a b l e f r e q u e n c y d r i v e a n d f e e d b a c k c o n t r o l . I t i s s i m p l e , l o w c o s t a n d i n v o l v e s l e s s m a i n t e n a n c e . P a r t s a r c a v a i l a b l e a t d o o r s t e p a n d e a s y r e p l a c e m e n t a t a f a i l u r e . I n c a s e o f a w i n d i n g f a i l u r e i n - h o u s e r e w i n d i n g i s a l s o p o s s i b l e . A l l t h e s e e n s u r e r e l i a b i l i t y i m p r o v e m e n t o f t h e m a c h i n e . F i g u r e 1 . 1 s h o w s t h e p r o p o s e d s y s t e m . A C I N V E R T E R 3 P h P O W E R S U P P L Y I n t r o d u c t i o n [ M I C S P E E D INDICA~-;;-~--~~--~~- · -~ I f ' F ' O X S E N S O F l M I C D R I V e N S H I I F · r F E E D B 1 \ C K I N V E R T E R 0 / P F i g u r e 1 . 1 - P r o p o s e d s y s t e m 2 1 . 2 O b j e c t i v e o f t h e p r o j e c t R e p l a c e a n e x i s t i n g o l d D C d r i v e s y s t e m w i t h a n A C d r i v e s y s t e m . P r i n c i p l e m o t i v a t i o n s • T o i m p r o v e r e l i a b i l i t y • E l i m i n a t e b m s h r e p l a c e m e n t s • S o l u t i o n f o r s p e e d f l u c t u a t i o n s c a u s e d b y w a r e o f b m s h c s a n d m i n o r d a m a g e o f c o m m u t a t o r s e g m e n t s . • E l i m i n a t e s u b s t a n t i a l l y h i g h r e w i n d i n g t i m e • R e d u c e d o w n t i m e a n d h e n c e r e d u c e f i n a n c i a l l o s s b y e x p e d i t i n g f a i l u r e r e s t o r e . • T i m e l y d e l i v e r y o f p r o d u c t s 1 . 3 E x i s t i n g s y s t e m A C / D C C O N V E R T E R 3 P h P O W E R S U P P L Y l n t r o d t i c l i o n M I C S P E E D I N D I C A T I O N f - - - - - - - - - - - - - -~- - J J O G S P E E D A D J P O T P R O X S F N S O R F E E D B A C K C O N V E R T O R 0 / P F i g u r e 1 . 2 - E x i s t i n g s y s t e m M / C D I " V E N S I I A F T 3 1 . 3 . 1 S p e c i f i c a t i o n M o t o r a n d D C d r i v e s p e c i f i c a t i o n s ( N a m e p l a t e d a t a ) a s f o l l o w s . M o t o r G G 5 1 3 2 - 0 G H 4 0 - 6 S U 7 - Z D C D r i v e M a k e : S E I M E N S M a k e : S E I M E N S , D 4 6 0 / 5 7 V o l t a g e 4 2 - 4 6 0 V 4 6 0 v P o w e r i n p u t 3 8 0 V A C 4 7 A , 5 0 / 6 0 H z S p e e d 5 0 - 2 5 5 0 r p m 2 5 5 0 r p m P o w e r o u t p u t 4 6 0 V D C 5 7 A C u r r e n t 4 6 - 4 6 . 5 A 4 6 . 5 A P o w e r 0 . 3 7 5 - 1 9 k W 1 9 k W T a c h o - g c n e r a t o r i s f i t t e d 1 . 3 . 2 S p e e d C o n t r o l l i n g R u n n i n g s p e e d c a n b e a d j u s t e d b y m e a n s o f a p o t e n t i o m e t e r p r o v i d e d . I t a l s o f~1cilitates w i t h a n o t h e r p o t e n t i o m e t e r c o n n e c t e d w i t h t h e s a m e t e n n i n a l s i n o r d e r t o o p e r a t e t h e m a c h i n e i n J O G m o d e . J o g g i n g o p e r a t i o n i s i m p o r t a n t t o o p e r a t e t h e m a c h i n e a s d e s i r e d w h e n m a c h i n e ( o r p r o d u c t ) a d j u s t m e n t i s r e q u i r e d a n d a l s o a t m a i n t e n a n c e . O p e r a t i o n i s c o n t i n u o u s d u t y . A s m e a s u r e d , m a c h i n e r u n n i n g p a r a m e t e r s a s f o l l o w s R u n n i n g M I N 2 0 0 r p m M A X 7 4 0 r p m J o g g i n g M I N 2 0 0 r p m M A X 7 4 0 r p m - - - - - - - - - - - - - - - - - · - - - - - - - - - - - I n t r o d u c t i o n 4 1 . 3 . 3 C o n n e c t i o n d i a g r a m o f t h e D C C o n v e r t e r C o n n e c t i o n d i a g r a m o f t h e D C c o n v e r t e r i s s h o w n i n F i g u r e 1 . 3 [ 9 ] . F i g u r e 1 . 4 [ 9 1 s h o w s a l l i n p u t s t o t h e C o n v e r t e r . T h i s i s a T h y r i s t o r c o n t r o l k d u n i t . 6 - 1 0 A C ) > s N N N S P E E D P O T E N T I O M E T E R 1 0 - 1 6 A 3 2 A 2 ? ~ D C C O N V E R T O R S I E M E N S C 9 8 1 3 8 - A 1 0 1 2 - A 2 - 0 1 - 1 2 ~ ~ - F I E L D C O I L ~ ~ o , o T A C H O 1 3 8 S W i f C H O N ( l " CONVEf~fOR I S H U N l . . A f < r v 1 A T U R E F i g u r e 1 . 3 - C o n n e c t i o n s i n D C C o n v e t i c r I 1 - - - - I I I T _ j R U N S P E E D ! n r r u ( h t c l i o n S I E M E N S D C C O N V E R T O R - - l I i - s l _ _ _ E s ' L _ ( : : ; s 1 ] _ _ _ 1 } - y _ L _ _ o _ J + - T A C H O J O G S P E E D F i g u r e 1 . 4 - - - C o n v e r t e r I n p u t s _ _ _ j S W O N C O N V E R T O R L 1 L 2 c J 5 1 . 3 . 4 S p e e d I n d i c a t o r S p e e d i n d i c a t o r a t t h e m a c h i n e s h o w s t h e m a c h i n e r u n n i n g s p e e d b y m e a n s o r a s e p a r a t e l y c o n n e c t e d p r o x i m i t y s e n s o r w h i c h p i c k s s i g n a l s f r o m r o t a t i n g m e t a l s e c t i o n s o f t h e m a c h i n e . I t g i v e s a n i n d i c a t i o n o n n u m b e r o r b o t t l e s m o v m g m a m i n u t e . F i g u r e 1 . 5 [ 9 ] b e l o w s h o w s t h e c o n n e c t i o n s . I N D I C A T O R F O R R P M G N D i p + 1 2 V 2 2 0 V 1 1 0 V 1 v L 1 6 5 4 3 2 I - I / l I 2 P E 3 4 5 6 7 8 ,-~c _ j _ t , II+-~ 1 1 · · · 1 I I I I _ _ _ _ _ _ . J _ _ _ _ _ _ _ , N P E P r o x i m i t y F r o m c o n t r o l p a n e l 2 2 0 V A C s e n s o r 9 0 1 1 0 1 1 F i g u r e 1 . 5 - S p e e d I n d i c a t o r l n t r o d J J c t i o n R U N S P E E D v a r i a b l e 1 k n ! S . \ 1 2 6 C h a p t e r 2 S e l e c t i o n o f a n A C M o t o r 2 . 1 M e t h o d o l o g y o f s e l e c t i n g a n A C m o t o r S e l e c t i o n m e t h o d o l o g y o f a n A C m o t o r f o r a p a r t i c u l a r a p p l i c a t i o n i s d e s c r i b e d i n t h i s c h a p t e r . A t h r e e p h a s e A C s q u i n · e l c a g e i n d u c t i o n m o t o r i s p r e f c n e d f o r t h e a p p l i c a t i o n . 2 . 2 T h r e e P h a s e A C I n d u c t i o n M o t o r s T h r e e - p h a s e A C i n d u c t i o n m o t o r s [ 5 ] a r e w i d e l y u s e d i n i n d u s t r i a l a n d c o m m e r c i a l a p p l i c a t i o n s . T h e y a r e c l a s s i f i e d e i t h e r a s s q u i n e l c a g e o r w o u n d - r o t o r m o t o r s . T h e s e m o t o r s a r c s e l f - s t a r t i n g a n d u s c n o c a p a c i t o r s , s t a r t w i n d i n g , c e n t r i f u g a l s w i t c h o r o t h e r s t m 1 i n g d e v i c e . T h e y p r o v i d e m e d i u m t o h i g h d e g r e e s o f s t a r t i n g t o r q u e . T h e p o w e r c a p a b i l i t i e s a n d e f f i c i e n c y i n t h e s e m o t o r s r a n g e f r o m m e d i u m t o h i g h c o m p a r e d t o t h e i r s i n g l e p h a s e c o u n t e r p m 1 s . I n d u c t i o n m o t o r s a r e s i m p l e a n d r u g g e d d e s i g n , l o w - c o s t , l o w m a i n t e n a n c e a n d d i r e c t c o n n e c t i o n t o a n A C p o w e r s o u r c e a r e t h e m a i n a d v a n t a g e s o f ' A C i n d u c t i o n m o t o r s . 2 . 3 C a g e M o t o r s A l m o s t 9 0 % o f t h e t h r e e - p h a s e A C i n d u c t i o n m o t o r s a r c o f t h i s t y p e [ 5 ] . H e r e . t h e r o t o r i s o f t h e s q u i n c l c a g e t y p e . T h e p o w e r r a t i n g s a r c f r o m o n e - t h i r d t o s e v e r a l h u n d r e d h o r s e p o w e r i n t h e t h r e e - p h a s e m o t o r s . M o t o r s o f t h i s t y p e , r a t e d o n e h o r s e p o w e r o r l a r g e r , c o s t l e s s a n d c a n s t a r t h e a v i e r l o a d s t h a n t h e i r s i n g l e - p h a s e c o u n t e r p a r t s . - - - - - - - - - - · S c l c c t t n n o ( ' a n A C m o t o r 7 2 . 4 V o l t a g e T h e m o t o r n a m e p l a t e v o l t a g e [ 2 ] i s d e t e m 1 i n c d b y t h e a v a i l a b l e p o w e r s u p p l y w h i c h m u s t b e k n o w n i n o r d e r t o p r o p e r l y s e l e c t a m o t o r f o r a g i v e n a p p l i c a t i o n . T h e n a m e p l a t e v o l t a g e w i l l n o r m a l l y b e l e s s t h a n t h e n o m i n a l d i s t r i b u t i o n v o l t a g e . T h e d i s t r i b u t i o n v o l t a g e i s t h e s a m e a s t h e s u p p l y t r a n s f o n n e r v o l t a g e r a t i n g . T h e u t i l i z a t i o n v o l t a g e i s s e t a t a s l i g h t l y l o w e r l e v e l t o a l l o w f o r a v o l t a g e d r o p i n t h e s y s t e m b e t w e e n t h e t r a n s f o n n e r a n d t h e m o t o r l e a d s . T h e f o l l o w i n g t a b l e 2 . 1 f o r 5 0 H z s t a n d a r d s h o w s t h e m o t o r n a m e p l a t e v o l t a g e s w h i c h p r o v i d e t h e b e s t m a t c h t o d i s t r i b u t i o n s y s t e m v o l t a g e a n d m e e t c u n e n t m o t o r d e s i g n p r a c t i c e s . ~--·-·· - · - - - - - M o t o r N a m e p l a t e v o l t a g e P o l y p h a s e M o t o r s B e l o w 1 2 5 H P 1 2 5 H P a n d U p - 2 0 0 - 2 2 0 - f - - - - - - - - - - 3 8 0 3 8 0 4 1 5 4 1 5 1 4 4 0 4 4 0 5 5 0 5 5 0 3 0 0 0 3 0 0 0 I I - - · - - - - - - - - - - - I S i n g l e p h a s e m o t o r s ~_j 1 1 1 0 I ~~~ I : - = T a b l e 2 . 1 - M o t o r v o l t a g e s a n d P o w e r E f l e c t s t o l o w v o l t a g e i n d u c t i o n m o t o r s c l u e t o u n b a l a n c e d v o l t a g e s u p p l y i s d i s c u s s e d i n I E C 6 0 0 3 4 - 2 6 [ 1 2 ] S e l e c t i o n o / a n A C m o t o r 8 2 . 5 F r e q u e n c y F r e q u e n c y [ 2 ] c a n b e d e f i n e d a s t h e n u m b e r o f c o m p l e t e a l t e r a t i o n s p e r - s e c o n d o f a n a l t e m a t i n g c u n c n t . T h e p r e d o m i n a n t f r e q u e n c y i n t h e U n i t e d s t a t e i s 6 0 H z a n d 5 0 H z s y s t e m s a r c c o m m o n i n o t h e r c o u n t r i e s . O t h e r s y s t e m s , s u c h a s 4 0 a n d 2 5 h e r t z a r c i s o l a t e d a n d r e l a t i v e l y f e w i n n u m b e r . 2 . 6 V o l t a g e a n d F r e q u e n c y v a r i a t i o n A l l m o t o r s a r c d e s i g n e d t o o p e r a t e s u c c e s s f u l l y w i t h l i m i t e d v o l t a g e a n d f i · c q u c n c y v a r i a t i o n s [ 2 ] . H o w e v e r , v o l t a g e v a r i a t i o n w i t h r a t e d t i · c q u e n c y m u s t b e l i m i t e d t o ± 1 0 % a n d f i · e q u c n c y v a r i a t i o n s w i t h r a t e d v o l t a g e m u s t b e l i m i t e d t o ± 5 ' 1 ( ) . T h e c o m b i n a t i o n v a r i a t i o n o f v o l t a g e a n d f r e q u e n c y m u s t b e l i m i t e d t o t h e a r i t h m e t i c s u m o f 1 O ( Y o . T h e f o l l o w i n g c o n d i t i o n s a r e l i k e l y t o o c c u r w i t h v a r i a t i o n s i n v o l t a g e . A . A n i n c r e a s e o r d e c r e a s e i n v o l t a g e m a y r e s u l t i n i n c r e a s e d h e a t i n g a t r a t e d h o r s e p o w e r l o a d . U n d e r e x t e n d e d o p e r a t i o n t h i s m a y a c c e l e r a t e i n s u l a t i o n d e t e r i o r a t i o n a n d s h o r t e n m o t o r i n s u l a t i o n l i f e . B . A n i n c r e a s e i n v o l t a g e w i l l u s u a l l y r e s u l t i n a n o t i c e a b l e d e c r e a s e i n p o w e r f a c t o r . C o n v e r s e l y , a d e c r e a s e i n v o l t a g e w i l l r e s u l t i n a n i n c r e a s e i n p o w e r f a c t o r . C . L o c k e d r o t o r a n d b r e a k d o w n t o r q u e w i l l b e p r o p o r t i o n a l t o t h e s q u a r e o f t h e v o l t a g e . T h e r e f o r e , a d e c r e a s e i n v o l t a g e w i l l r e s u l t i n a d e c r e a s e i n a v a i l a b l e t o r q u e . D . A n i n c r e a s e o f 1 0 % i n v o l t a g e w i l l r e s u l t i n a r e d u c t i o n o f s l i p o f a p p r o x i m a t e l y 1 7 % . A v o l t a g e r e d u c t i o n o f 1 0 % w o u l d m c r e a s c s l i p b y a b o u t 2 1 ( Y o . T h e f o l l o w i n g c o n d i t i o n s a r c l i k e l y t o o c c u r w i t h v a r i a t i o n s i n f r e q u e n c y . · - - - - - · S c ! c c t i o n o / 1 1 1 1 / 1 ( " l l l o t o r 9 A . F r e q u e n c y g r e a t e r t h a n r a t e d f r e q u e n c y n o n n a l l y i m p r o v e s p o w e r i~1ctor b u t d e c r e a s e l o c k e d - r o t o r a n d m a x i m u m t o r q u e . T h i s c o n d i t i o n a l s o i n c r e a s e s s p e e d a n d t h e r e f o r e f r i c t i o n a n d w i n d a g e l o s s e s . B . C o n v e r s e l y , a d e c r e a s e i n f r e q u e n c y w i l l u s u a l l y l o w e r p o w e r f a c t o r a n d s p e e d w h i l e i n c r e a s i n g l o c k e d - r o t o r m a x i m u m t o r q u e a n d l o c k e d - r o t o r c u r r e n t . 2 . 7 M o t o r o u t p u t r a t i n g 2 . 7 . 1 S p e e d T h e s p e e d [ 2 ] a t w h i c h a n i n d u c t i o n m o t o r o p e r a t e s i s d e p e n d e n t u p o n t h e i n p u t p o w e r f r e q u e n c y a n d t h e n u m b e r o f e l e c t r i c a l m a g n e t i c p o l e s f o r w h i c h t h e m o t o r i s \ V o u n d . T h e h i g h e r t h e f r e q u e n c y , t h e f a s t e r t h e m o t o r r u n s . T h e m o r e p o l e s t h e m o t o r h a s . t h e s l o w e r i t r u n s . T h e s p e e d o f t h e r o t a t i n g m a g n e t i c f i e l d i n t h e s t a t o r i s c a l l e d s y n c h r o n o u s s p e e d . T o d e t e n n i n e t h e s y n c h r o n o u s s p e e d o f a n i n d u c t i o n m o t o r , t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n i s u s e d . S y n c h r o n o u s s p e e d ( r p m ) = 1 2 0 x F r e q u e n c y n o o f p o l e s ( 2 . 1 ) A c t u a l f u l l - l o a d s p e e d ( t h e s p e e d a t w h i c h a n i n d u c t i o n m o t o r w i l l o p e r a t e a t n a m e p l a t e r a t e d l o a d ) w i l l b e l e s s t h a n s y n c h r o n o u s s p e e d . T h e d i f f e r e n c e b e t w e e n s y n c h r o n o u s - s p e e d a n d f u l l - l o a d s p e e d i s c a l l e d s l i p . P e r c e n t s l i p i s d e f i n e d a s f o l l o w s . P e r c e n t S l i p a t F u l l l o a d = ( S y n c h r o n o u s s p e e d - R o t o r s p e e d ) S 1 - x l O O ( 2 " ' ) y n c 1 r o n o u s s p e e d · - S i ' l c c t i o n o / a n A C l l l o t o r 1 0 I ) ; : ; : ! . - . - ~ : : : / [ . 1 , } 0 - ' 0 " ' . 2 . a 0 ' E l O J a ; ! : : ' I l l l l . . C ) L ; : ; c k : · d r o ( o r t m c u . : : ( s t ; : : : r t n g t o r q L . e ) B P t . . 1 - . : p t o r q u e ( p . J i - i n } B r t · 3 ,~,.co·l.·TI t O ' " ( ! L f ; ( p u l u u t ; F . J I - k l . ' o d : m - : : u e N o < I O L 1 C S~·C'Dd 5 ; ] P o r c c n t u f s y n c h r o n o u s ~pood l C O F i g u r e 2 . 1 - T o r q u e - S p e e d c h a r a c t e r i s t i c o f a n I n d u c t i o n m o t o r 2 . 7 . 2 T o r q u e a n d P o w e r T o r q u e a n d P o w e r [ 2 ] a r e t w o k e y c h a r a c t e r i s t i c s t h a t d e t e r m i n e s i z e o f m o t o r f o r a n a p p l i c a t i o n . T h e t o r q u e i s m e r e l y a t u r n i n g e f f o r t o r f o r c e a c t i n g t h r o u g h a r a d i u s . P o w e r i s . h o w f a s t t h e s h a f t i s t u m e d . T u m i n g t h e s h a f t r a p i d l y r e q u i r e s m o r e p o w e r t h a n t u m i n g i t s l o w l y . T h u s , p o w e r i s a m e a s u r e o f t h e r a t e a t w h i c h w o r k i s d o n e . 2 . 7 . 3 L o c k e d R o t o r t o r q u e L o c k e d R o t o r t o r q u e [ 2 ] i s t h e t o r q u e w h i c h t h e m o t o r w i l l d e v e l o p a t r e s t ( f o r a l l a n g u l a r p o s i t i o n o f t h e r o t o r ) w i t h r a t e d v o l t a g e a t r a t e d f r e q u e n c y a p p l i e d . I t i s s o m e t i m e s k n o w n a s ' ' s t a r t i n g t o r q u e " a n d i s u s u a l l y e x p r e s s e d a s a p e r c e n t a g e o f f u l l l o a d t o r q u e . S e e F i g u r e 2 . 1 2 . 7 . 4 P u l l - u p t o r q u e P u l l - u p t o r q u e [ 2 ] i s t h e m i n i m u m t o r q u e d e v e l o p e d d u r i n g t h e p e r i o d o f a c c e l e r a t i o n f r o m l o c k e d r o t o r t o t h e s p e e d a t w h i c h b r e a k d o w n t o r q u e o c c u r s . F o r m o t o r s w h i c h S c l e c r i o n o f a n A C m o t o r 1 1 d o n o t h a v e a d e f i n i t e b r e a k d o w n t o r q u e ( s u c h a s N E M A d e s i g n D ) p u l l - u p t o r q u e i s t h e m i n i m u m t o r q u e d e v e l o p e d u p t o r a t e d f u l l - l o a d s p e e d . I t i s u s u a l l y e x p r e s s e d a s a p e r c e n t a g e o f f u l l - l o a d t o r q u e . S e e F i g u r e 2 . 1 2 . 7 . 5 B r e a k d o w n t o r q u e B r e a k d o w n t o r q u e [ 2 ] i s t h e m a x i m u m t o r q u e t h e m o t o r w i l l d e v e l o p w i t h r a t e d v o l t a g e a p p l i e d a t r a t e d f r e q u e n c y w i t h o u t a n a b r u p t d r o p i n s p e e d . B r e a k d o w n t o r q u e i s u s u a l l y e x p r e s s e d a s a p e r c e n t a g e o f f u l l - l o a d t o r q u e [ 2 ] . S e e F i g u r e 2 . 1 2 . 7 . 6 F u l l - L o a d t o r q u e F u l l l o a d t o r q u e [ 2 ] i s t h e t o r q u e n e c e s s a r y t o p r o d u c e r a t e d h o r s e p o w e r a t f u l l - s p e e d . S e e F i g u r e 2 . 1 2 . 7 . 7 M o t o r C u r r e n t I n a d d i t i o n t o t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n s p e e d a n d t o r q u e , t h e r e l a t i o n s h i p o f m o t o r c u r r e n t [ 2 ] t o t h e s e t w o v a l u e s i s a n i m p o r t a n t a p p l i c a t i o n c o n s i d e r a t i o n . T h e s p e e d - t o r q u e c u r v e w i t h t h e c u r r e n t c u r v e a d d e d d e m o n s t r a t e s a t y p i c a l r e l a t i o n s h i p i n F i g u r e 2 . 2 . T h e r e a r c t w o i m p o r t a n t p o i n t s o n t h i s C U J T c n t c u r v e a r c d i s c u s s e d b e l o w . > - z w c r c r : J u 0 . ; : 0 . . . J - ' - ' Q u . . 0 ; : : ; - ' ? : IJR~AKDOWN T O H O U F L O C K H J R O T O H C U R ' 1 E N T / \ . S L I P . l \ : / P l i l l U l ' T C J H U I J F F U L l I 0 . \ : J T l J R O L J f c I F L J L l . L O I I D S f ' F f l J / F U L L L O A D / ( ; l J H f l E N T [ ) o S Y N C H G O N O l J S ~PEF:O F i g u r e 2 . 2 - S p e e d - T o r q u e , C u r r e n t c u r v e - - - - - - - - - S e l e c t i o n o f " a n A C m o t o r , • · : 1 2 2 . 7 . 8 F u l l - L o a d c u r r e n t T h e f u l l l o a d c u r r e n t [ 2 ] o f a n i n d u c t i o n m o t o r i s t h e s t e a d y s t a t e c u J T c n t t a k e n f r o m t h e p o w e r l i n e w h e n t h e m o t o r i s o p e r a t i n g a t f u l l - l o a d t o r q u e w i t h r a t e d v o l t a g e a n d r a t e d f r e q u e n c y a p p l i e d . 2 . 7 . 9 L o c k e d - R o t o r c u r r e n t L o c k e d - R o t o r c u r r e n t [ 2 ] i s t h e s t e a d y - s t a t e c u r r e n t o f a m o t o r w i t h t h e r o t o r l o c k e d a n d w i t h r a t e d v o l t a g e a p p l i e d a t r a t e d f r e q u e n c y . 2 . 8 M o t o r S t a n d a r d s W o r l d w i d e , v a r i o u s s t a n d a r d s e x i s t w h i c h s p e c i f y v a r i o u s o p e r a t i n g a n d c o n s t r u c t i o n a l p a r a m e t e r s o f a m o t o r . T h e t w o m o s t w i d e l y u s e d p a r a m e t e r s a r e t h e N a t i o n a l E l e c t r i c a l M a n u f a c t u r e s A s s o c i a t i o n ( N E M A ) a n d I n t e r n a t i o n a l E l e c t r o m e c h a n i c a l C o m m i s s i o n ( I E C ) 2 . 8 . 1 N E M A N E M A [ 5 ] s e t s s t a n d a r d s f o r a w i d e r a n g e o f e l e c t r i c a l p r o d u c t s , i n c l u d i n g m o t o r s . N E M A i s p r i m a r i l y a s s o c i a t e d w i t h m o t o r s u s e d i n N o r t h A m e r i c a . T h e s t a n d a r d s d e v e l o p e d r e p r e s e n t t h e g e n e r a l i n d u s t r y p r a c t i c e s a n d a r e s u p p o r t e d b y m a n u f a c t u r e s o f e l e c t r i c a l e q u i p m e n t . T h e s e s t a n d a r d s c a n b e f o u n d i n t h e N E M A S t a n d a r d P u b l i c a t i o n N o . M G I . S o m e l a r g e A C m o t o r s m a y n o t f a l l u n d e r N E M A s t a n d a r d s . T h e y a r e b u i l t t o m e e t t h e r e q u i r e m e n t s o f a s p e c i f i c a p p l i c a t i o n . T h e y a r c r c f c n c d t o a s a b o v e N E M A m o t o r s . T h e N E M A s t a n d a r d s m a i n l y s p e c i f y f o u r d e s i g n t y p e s f o r A C i n d u c t i o n m o t o r s - D e s i g n A , B , C a n d D . T h e i r t y p i c a l l o a d s p e e d c u r v e s a r c s h o w n i n F i g u r e 2 . 3 S e l e c t i o n o / a n A C m o t o r 1 3 D e s i g n A [ 5 ] h a s n o r m a l s t a r t i n g t o r q u e ( t y p i c a l l y 1 5 0 - 1 7 0 % o f r a t e d ) a n d r e l a t i v e l y h i g h s t a r t i n g c u r r e n t . T h e b r e a k d o w n t o r q u e i s t h e h i g h e s t o f a l l t h e N E M A t y p e s . I t c a n h a n d l e h e a v y l o a d s f o r a s h o r t d u r a t i o n . T h e s l i p 1 s < = 5 % . A t y p i c a l a p p l i c a t i o n i s t h e p o w e r i n g o f i n j e c t i o n m o l d i n g m a c h i n e s . G " E : ~ . , r n j : ; 1 . . . . c t J : : G a . . ----~ z . : e : ~XC / - - - " ' - , " ' ----~ \ . , , , r , - - - - - - - · " ' \ ' - ' C . ~ ' \ ' . \ \ \ ' \ \ \ \ ' \ . " ' ' _ _ _ _ _ F _ u l _ l - l o a d t o r q u e ' \ \ , , , I I l 6 C 1 2 C :~c \ ! ',~ ~c o t ; ~0 < 1 : J t : ( i H O P e r c e n t r u i i · L o a d S p e e d F i g u r e 2 . 3 - T o r q u e - S p e e d c u r v e s . N E M A d e s i g n A , B , C , D D e s i g n B [ 5 ] i s t h e m o s t c o m m o n t y p e o f A C i n d u c t i o n m o t o r s o l d . I t h a s a n o r m a l s t a r t i n g t o r q u e , s i m i l a r t o D e s i g n A , b u t o f f e r l o w s t a r t i n g c u r r e n t . T h e l o c k e d r o t o r t o r q u e i s g o o d e n o u g h t o s t a r t m a n y l o a d s e n c o u n t e r e d i n t h e i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n . T h e s l i p i s < = 5 % . T h e m o t o r e f f i c i e n c y a n d f u l l - l o a d P F a r c c o m p a r a t i v e l y h i g h . c o n t r i b u t i n g t o t h e p o p u l a r i t y o f t h e d e s i g n . T h e t y p i c a l a p p l i c a t i o n s i n c l u d e p u m p s , f a n s a n d m a c h i n e t o o l s . D e s i g n C [ 5 ] h a s h i g h s t a t i n g t o r q u e ( g r e a t e r t h a n t w o p r e v i o u s d e s i g n s , s a y 2 0 0 % ) . u s e f u l f o r d r i v i n g h e a v y b r e a k a w a y l o a d s l i k e c o n v e y o r s , c r u s h e r s , s t i l T i n g m a c h i n e s , a g i t a t o r s , r e c i p r o c a t i n g p u m p s , c o m p r e s s o r s e t c . T h e s e m o t o r s a r c i n t e n d e d f o r o p e r a t i o n n c a r f u l l s p e e d w i t h o u t g r e a t o v e r l o a d s . T h e s t a r t i n g c u r r e n t i s l o w . T h e s l i p i s < = 5 % . D e s i g n D [ 5 ] h a s h i g h s t a r t i n g t o r q u e ( h i g h e r t h a n a l l t h e N E M A m o t o r t y p e s ) . T h e s t a r t i n g c u r r e n t a n d f u l l - l o a d s p e e d a r e l o w . T h e h i g h s l i p v a l u e s ( 5 - 1 3 % ) m a k e t h i s m o t o r s u i t a b l e f o r a p p l i c a t i o n s w i t h c h a n g i n g l o a d s a n d s u b s e q u e n t s h m v c h a n g e s i n t h e m o t o r s p e e d , s u c h a s i n m a c h i n e r y w i t h e n e r g y s t o r a g e f l y w h e e l s , p u n c h p r e s s e s , S e l e c t i o n o / u n A C m o t o r 1 4 . i 0 s h e a r s , e l e v a t o r s , e x t r a c t o r s , w i n c h e s , h o i s t s , o i l - w e l l p u m p i n g . . . . e t c . T h e s p e e d r e g u l a t i o n i s p o o r , m a k i n g t h e d e s i g n s u i t a b l e o n l y f o r p u n c h p r e s s e s , c r a n e s , e l e v a t o r s a n d o i l w e l l p u m p s . T h i s m o t o r t y p e i s u s u a l l y c o n s i d e r e d a " s p e c i a l o r d e r " i t e m . R e c e n t l y , N E M A h a s a d d e d o n e m o r e d e s i g n , i . e . D e s i g n E , i n i t s s t a n d a r d f o r t h e i n d u c t i o n m o t o r . D e s i g n E i s s i m i l a r t o D e s i g n B , b u t h a s a h i g h e f f i c i e n c y , h i g h s t a r t i n g c u r r e n t s a n d l o w e r F u l l - l o a d r u n n i n g c u r r e n t s . T h e f o l l o w i n g T a b l e 2 . 2 c o m p a r e s N E M A p o l y p h a s e d e s i g n s f o r s e v e r a l p e r f o m 1 a n c e c r i t e r i a . 1 N E M A · - - - - - - - - - - - - - S t a r t i n g · L o c k e d ; B r e a k d o w n % s l i p A p p l i c a t i o n D e s i g n c u n e n t R o t o r T o r q u e T o r q u e I I - - - - · - - - - - - - - - - 1 A H i g h t o N o r m a l N o r m a l , M a x B r o a d a p l M e d i u m I s % i n c l u d i n g f a n s , I I I p u m p s , m a c h i n e h 3 L o w N o n n a l N o n n a l M a x N o n n a l s t a r t i n g 5 % f o r f a n s , b l o w e r s , p u m p s , u r I c o m p r e s s o r s , I c o n v e y o r s , m e t a l m a c h i n e t o o l s , m a c h i n e r y . C o n s t a s p e e d : c L o w H i g h N o n n a l M a x H i g h i n e r t i a s t a r t 5 % l a r g e c e n t r i f u g a l b f 1 y w h e e l s a n d d r u m s . L o a d e d ' I ~-Hl I s p e e d S e l l ' c t i o n o l a n A C m o t o r a t i o n s w e r s , I s o r q u e r o t a t y o a d e d s o m e u t t i n g l 1 1 ! S C . t l o a d _ _ _ _ _ _ J s u c h w e r s , u s h e r s t a r t s u m p s , a n d t l o a d 1 5 , i " l I L o w I ! I V e r y H i g h I - ---~- - - - - - - - - - - - V e r y h i g h i n e r t i a a n d l o a d e d s t a r t s . C h o i c e o f 1 s l i p t o m a t c h l o a d . -~~------ 5 - 8 % 1 ) P u n c h p r e s s e s . s h e a r s a n d f o r m i n g m a c h i n e t o o l s . 1 8 - 1 3 % 2 ) C r a n e s , h o i s t s . e l e v a t o r s a n d o i l w e l l I i I _ _ _ _ I ~ump~ng j~ck~-_ T a b l e 2 . 2 - C o m p a r i s o n i n N E M A D e s i g n 2 . 8 . 2 I E C I E C [ 5 ] i s t h e E u r o p e a n - b a s e d o r g a n i z a t i o n t h a t p u b l i s h e s a n d p r o m o t e s w o r l d w i d e , t h e m e c h a n i c a l a n d e l e c t r i c a l s t a n d a r d s f o r m o t o r s , a m o n g o t h e r t h i n g s . I n s i m p l e t e n n s , I t c a n b e s a i d t h a t t h e I E C i s t h e i n t c m a t i o n a l c o u n t e r p a r t o f t h e N E M A . T h e I E C s t a n d a r d s a r e a s s o c i a t e d w i t h m o t o r s u s e d i n m a n y c o u n t r i e s . T h e s e s t a n d a r d s c a n b e f o u n d i n I E C 3 4 - 1 - 1 6 . T h e m o t o r s w h i c h m e e t o r e x c e e d t h e s e s t a n d a r d s a r c r c f e n e d t o a s I E C m o t o r s . 2 . 9 D u t y C y c l e C o n t i n u o u s s t e a d y - r u n n i n g l o a d s o v e r l o n g p e r i o d s a r c d e m o n s t r a t e d b y f a n s a n d b l o w e r s . O n t h e o t h e r h a n d , e l e c t r i c m o t o r s i n s t a l l e d i n m a c h i n e s w i t h f l y w h e e l s m a y h a v e w i d e v a r i a t i o n s i n r u n n i n g l o a d s . O f t e n , e l e c t r i c m o t o r s u s c f l y w h e e l s t o s u p p l y t h e e n e r g y t o d o t h e w o r k , a n d t h e e l e c t r i c m o t o r d o c s n o t h i n g b u t r e s t o r e l o s t e n e r g y t o t h e f l y w h e e l . T h e r e f o r e , c h o o s i n g t h e p r o p e r e l e c t r i c m o t o r a l s o d e p e n d s o n w h e t h e r t h e l o a d i s s t e a d y , v a r i e s , f o l l o w s a r e p e t i t i v e c y c l e o f v a r i a t i o n , o r h a s p u l s a t i n g t o r q u e o r s h o c k s . F o r e x a m p l e , e l e c t r i c m o t o r s t h a t r u n c o n t i n u o u s l y i n f a n s a n d b l o w e r s f o r h o u r s o r d a y s m a y b e s e l e c t e d o n t h e b a s i s o f c o n t i n u o u s l o a d . B u t e l e c t r i c m o t o r s l o c a t e d i n d e v i c e s l i k e a u t o m a t i c a l l y c o n t r o l l e d c o m p r e s s o r s a n d p u m p s s t a r t a n u m b e r o f t i m e s - - - - - - S c l e c t w n o ( a n A C m o t o r 1 6 p e r h o u r . A n d e l e c t r i c m o t o r s i n s o m e m a c h i n e t o o l s s t m i a n d s t o p m a n y t i m e s p e r m i n u t e . D u t y c y c l e [ 6 ] i s a f i x e d r e p e t i t i v e l o a d p a t t e r n o v e r a g i v e n p e r i o d o f t i m e \ V h i c h i s e x p r e s s e d a s t h e r a t i o o f o n - t i m e t o c y c l e p e r i o d . W h e n o p e r a t i n g c y c l e i s s u c h t h a t e l e c t r i c m o t o r s o p e r a t e a t i d l e o r a r e d u c e d l o a d f o r m o r e t h a n 2 5 % o f t h e t i m e , d u t y c y c l e b e c o m e s a f a c t o r i n s i z i n g e l e c t r i c m o t o r s . A l s o , e n e r g y r e q u i r e d t o s t a r t e l e c t r i c m o t o r s ( t h a t i s , a c c e l e r a t i n g t h e i n e r t i a o f t h e e l e c t r i c m o t o r a s w e l l a s t h e d r i v e n l o a d ) i s m u c h h i g h e r t h a n f o r s t e a d y - s t a t e o p e r a t i o n , s o f r e q u e n t s t a r t i n g c o u l d o v e r h e a t t h e e l e c t r i c m o t o r . F o r m o s t e l e c t r i c m o t o r s ( e x c e p t s q u i n e l - c a g e e l e c t r i c m o t o r s d u r i n g a c c e l e r a t i o n a n d p l u g g i n g ) c u n e n t i s a l m o s t d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l t o d e v e l o p e d t o r q u e . A t c o n s t a n t s p e e d , t o r q u e i s p r o p o r t i o n a l t o h o r s e p o w e r . F o r a c c e l e r a t i n g l o a d s a n d o v e r l o a d s o n e l e c t r i c m o t o r s t h a t h a v e c o n s i d e r a b l e d r o o p , a n e q u i v a l e n t h o r s e p o w e r i s u s e d a s t h e l o a d f a c t o r . T h e n e x t s t e p i n s i z i n g t h e e l e c t r i c m o t o r i s t o e x a m i n e t h e e l e c t r i c m o t o r ' s p e r f o n n a n c e c u r v e s t o s e e i f t h e e l e c t r i c m o t o r h a s e n o u g h s t a r t i n g t o r q u e t o o v e r c o m e m a c h i n e s t a t i c f r i c t i o n , t o a c c e l e r a t e t h e l o a d t o f u l l r u n n i n g s p e e d , a n d t o h a n d l e m a x t m u m o v e r l o a d . T a b l e 2 . 3 s h o w s t h e m o t o r d u t y c y c l e t y p e s [ 5 ] a s p e r I E C s t a n d a r d s a n d d i s c u s s e d i n I E C 6 0 0 3 4 - 1 , 4 [ 1 2 ] . 1 N o I R e f . -~ D u t y c y c l e t y p e D e s c r i p t i o n - - - - - - - - , -·-·~- : 1 I s 1 C o n t i n u o u s d u t y O p e r a t i o n a t c o n s t a n t l o a d o f s u I i l i c i e n t I d u r a t i o n t o r e a c h t h e 1 h e r m a l I e q u i l i b r i u m I 2 S 2 S h o r t t i m e d u t y O p e r a t i o n a t c o n s t a n t l o a d d l n n g a g i v e n t i m e , l e s s t h a n r e q u i r e d t o r e a c h I t h e t h e m 1 a l e q u i l i b r i u m , f o l l o W ! r e s t e n a b l i n g t h e m a c h i n e t o d b y a e a c h a t e m p e r a t u r e s i m i l a r t o t h a t o f t h e c o o l a n t ( 2 K e l v i n t o l e r a n c e ) • 3 S 3 I n t e n n i t t e n t p e r i o d i c : A s e q u e n c e o f i d e n t i c a l d u t y c y c l e s , d u t y i e a c h i n c l u d i n g a p e r i o d o f o p e r t i o n a t S e l e c t i o n o f a n A C / I / o l o r 1 7 I 4 I S 4 f 5 I S 5 I I I 6 ~S6 · - - - - - . : l c o n s t a n t l o a d a n d a r e s t ( w i t h o u t I c o n n e c t i o n t o t h e m a i n s ) . F o r t h i s t y p e I o f d u t y , t h e s t a r t i n g c u r r e n t d o c s n o t I I s i g n i f i c a n t l y a ! T c c t t h c t c m p c m t m c n S C . I n t e n n i t t e n t p e r i o d i c 1 A s e q u e n c e o f i d e n t i c a l d u t y cycle~ d u t y w i t h s t a r t i n g I I n t e n n i t t e n t p e r i o d i c d u t y w i t h e l e c t n c b r e a k i n g I I e a c h c o n s i s t i n g o f a s i g n i f i c a n t p e r i o d o f s t a r t i n g , a p e r i o d u n d e r c o n s t a n t l o a d a n d a r e s t p e r i o d . 1 , A s e q u e n c e o f i d e n t i c a l d u t y c y c l e s . I e a c h c o n s i s t i n g o f a p e n o d o f s t a r t i n g , a I I p e r i o d o f o p e r a t i o n a t c o n s t a n t l o a d , 1 f o l l o w e d b y r a p i d e l e c t r i c b r e a k i n g a n d I I a r e s t p e r i o d . I + - - - - - - - - - - + - A - - s e - , c - l u - c - , n - c - · e . o f i d e n t i c a l - - d u t y c y c l c s , - 1 e a c h c o n s i s t i n g o f a p e r i o d o f o p e r a t i o n I a t c o n s t a n t l o a d a n d a p e r i o d c e : f : I C o n t i n u o u s o p e r a t i o n ' p e r i o d i c d u t y o p e r a t i o n a t n o - l o a d . T h e r e i s n o r e s t p e r i o d . --+---+-----------~--------- 7 S 7 C o n t i n u o u s o p e r a t i o n A s e q u e n c e o f i d e n t i c a l d u t y c y c l e s , I 8 S 8 p e r i o d i c d u t y w i t h e a c h c o n s i s t i n g o f a p e r i o d o f s t a r t i n g , a I e l e c t r i c b r e a k i n g p e r i o d o f o p e r a t i o n a t c o n s t a n t l o a d . . f o l l o w e d b y a n e l e c t r i c b r e a k i n g . T h e r e I i s n o r e s t p e r i o d . C o n t i n u o u s o p e r a t i o n 1 A s e q u e n c e o f i d e n t i c a l d u t y c y c l e s , p e r i o d i c d u t y w i t h I e a c h c o n s i s t i n g o f a p e r i o d o f o p e r a t i o n r e l a t e d l o a d s p e e d c h a n g e s . a n d I a t c o n s t a n t l o a d C o r r e s p o n d i n g t o a p r e d e t e m 1 i n c d s p e e d o f r o t a t i o n , f o l l o w e d b y o n e o r m o r e p e r i o d s o f o p e r a t i o n a t a n o t h e r c o n s t a n t ' l o a d C O I T e s p o n d i n g t o t h e d i t T c r c n t s p e e d s o f r o t a t i o n ( e . g . d u t y ) . T h e r e i s n o r e s t p e r i o d . T h e p e r i o d o f d u t y i s t o o s h o r t t o r e a c h t h e t h c n n a l e q u i l i b r i u m . I I L . - - - - _ l _ _ _ _ - - · S e l e c t i o n o f a n A ( ' n t o t o r 1 8 ~--1 S 9 _ j _ _ . L i B R A R Y u~~lvtHsJn o F M ; ; n n n t w 4 . S R I t A n . . . "J~ ( 1 . , " • · r : ~ l V A D u t y w i t h n o n - 1 D u t y i n w h i c h , g e n e r a l l y , t h e l o a d a n d p e r i o d i c l o a d a n d 1 t h e s p e e d v a r y n o n - p e r i o d i c a l l y w i t h i n s p e e d v a r i a t i o n s t h e p e n n i s s i b l e r a n g e . T h i s d u t y i n c l u d e s f r e q u e n t o v e r l o a d s t h a t m a y e x c e e d t h e f u l l l o a d s . T a b l e 2 . 3 - M o t o r d u t y c y c l e t y p e s a s p e r T E C s t a n d a r d s 2 . 1 0 S t a r t i n g l o a d i n e r t i a I n a n y t y p e o f d u t y c y c l e o p e r a t i o n s , i t i s n e c e s s a r y t o d e t e r m i n e n o t o n l y t h e p o w e r r e q u i r e m e n t s b u t t h e n u m b e r o f t i m e s t h e m o t o r w i l l b e s t a r t e d , t h e i n e r t i a [ 2 ] o f t h e d r i v e n m a c h i n e , t h e t y p e o f l o a d ( c o n s t a n t o r v a r i a b l e t o r q u e ) a n d t h e m e t h o d o f s t o p p i n g t h e m o t o r . T h e i n e r t i a o f t h e r o t a t i n g p a r t s o f t h e d r i v e n e q u i p m e n t a f f e c t s t h e a c c e l e r a t i o n t i m e a n d m o t o r h e a t i n g d u r i n g a c c e l e r a t i o n . T h e h e a t i n g o f t h e m o t o r r o t o r a n d s t a t o r d u r i n g f r e q u e n t s t a r t i n g , s t o p p i n g , a n d / o r r e v e r s a l s c a n b e c o m e a d e s i g n l i m i t a t i o n . 2 . 1 1 S e r v i c e F a c t o r S e r v i c e f a c t o r [ 2 ] i s d e f i n e d a s t h e p e r m i s s i b l e a m o u n t o f o v e r l o a d a m o t o r w i l l h a n d l e ' - ' i t h i n d e f i n e d t e m p e r a t u r e l i m i t s . W h e n v o l t a g e a n d f r e q u e n c y a r c m a i n t a i n e d a t n a m e p l a t e r a t e d v a l u e s , t h e m o t o r m a y b e o v e r l o a d e d u p t o t h e h o r s e p o w e r o b t a i n e d b y m u l t i p l y i n g t h e r a t e d h o r s e p o w e r b y t h e s e r v i c e f a c t o r s h o w n o n t h e n a m e p l a t e . H o w e v e r l o c k e d - r o t o r t o r q u e , l o c k e d - r o t o r c m T e n t a n d b r e a k d o w n t o r q u e a r e u n c h a n g e d . N E M A h a s d e f i n e d s e r v i c e f a c t o r v a l u e s f o r s t a n d a r d p o l y p h a s e d r i p p r o o C 6 0 H z m o t o r s a r e a s s h o w n i n t h e f o l l o w i n g t a b l e . T a b l e 2 . 4 ! I H p I ~- S c ! c c r i o n o f 1 1 1 1 A C n w r o r --~~--- ~~~- S y n c h r o n o u s S p e e d , r p m 3 6 0 0 1 . 2 5 * I 1 8 0 0 1 2 0 0 I 1 . 1 5 * 1 . 1 5 * ( ' 1 : ) • r " ""'!J~tJ ·--~--- 9 0 0 1 . 1 5 * 1 1 . I n : - r o : - _ ~4 ~ ~--~--j 1 9 1 1 . 5 - 1 2 5 1 1 . 1 5 * 1 1 . 1 5 * 1 1 . 1 5 * . . T . T 5 * . ] 1 . 1 5 * T T . T s *~~ ( . 1 5 * - 1 5 0 1 . 1 5 * 1 1 . 1 5 * 1 1 . 1 5 * 1 . 1 5 * ~ 1 . 1 5 * 1 . 1 5 * l 1 . o j ' 2 0 0 ' 0 0 I : - 1 5 ' ' 1 . 1 5 ' I 1 . 1 5 ' 1 1 1 5 ' - 1 . 1 5 * 1 . 0 1 . 0 ~r200 1.0-----rl.O---t1.0~ 1 1 . - 0 - - - 1 - _ j _ _ · - 1 . 0 1 1 . 0 I 1 . o I T a b l e 2 . 4 - S e r v i c e F a c t o r s * T h e s e s e r v i c e f a c t o r s a p p l y o n l y t o N E M A d e s i g n A , B a n d C m o t o r s . 2 . 1 2 T e m p e r a t u r e a n d A l t i t u d e A m a j o r c o n s i d e r a t i o n i n b o t h m o t o r d e s i g n a n d a p p l i c a t i o n i s h e a t . E x c e s s i v e h e a t w i l l a c c e l e r a t e m o t o r i n s u l a t i o n d e t e r i o r a t i o n a n d c a u s e p r e m a t u r e i n s u l a t i o n f a i l u r e . E x c e s s i v e h e a t m a y a l s o c a u s e a b r e a k d o w n o f b e a r i n g g r e a s e , t h u s d a m a g i n g t h e b e a r i n g s y s t e m o f a m o t o r . T h e t o t a l t e m p e r a t u r e a m o t o r m u s t w i t h s t a n d i s t h e r e s u l t o f t w o f a c t o r s ; e x t e r n a l o r a m b i e n t t e m p e r a t u r e , a n d i n t e r n a l o r m o t o r t e m p e r a t u r e r i s e . A n u n d e r s t a n d i n g o f h m v t h e s e c o m p o n e n t s a r e m e a s u r e d a n d e x p r e s s e d i s i m p o r t a n t f o r p r o p e r m o t o r a p p l i c a t i o n . F o r a g i v e n a p p l i c a t i o n , t h e m a x i m u m s u s t a i n e d a m b i e n t t e m p e r a t u r e , m e a s u r e d i n d e g r e e s C e l s i u s , s h o u l d b e d e t e n n i n e d . M o s t m o t o r s a r c d e s i g n e d t o o p e r a t e i n a m a x i m u m a m b i e n t t e m p e r a t u r e o f 4 0 ° C a t 1 O O O m a b o v e s e a l e v e l . I f t h e a m b i e n t t e m p e r a t u r e o r a l t i t u d e d i f f e r t h e s t a n d a r d , m o t o r m a y n e e d t o b e m o d i f i e d t o c o m p e n s a t e f o r t h e i n c r e a s e i n t o t a l t e m p e r a t u r e . A s a s e q u e n c e o f d i f f e r e d a m b i e n t t e m p e r a t u r e a n d a l t i t u d e f r o m t h e s t a n d a r d , e f f e c t i v e m o t o r p o w e r m u s t b e f o u n d a c c o r d i n g l y . F o l l o w i n g t a b l e s s h o w d e g r a d i n g f a c t o r s f o r a m b i e n t t e m p e r a t u r e a n d a l t i t u d e . 1 A m b i e n t T e m p e r a t u r e I t e m p e r a t u r e f a c t o r 1 · 3 o 0 c I 1 0 6 ~35 11 C 1 . 0 3 S e l e c t i o n o l a n A C m o t o r I Altitudc-~hove I A l t ; ; ; ; , k - 1 I I s e a l e v e l f a c t o r I - - - - - - - - - · - - - - - - - - - 1 0 0 0 1 1 1 I 1 . 0 0 I 1 5 0 0 m 1 - - - ( 0 ) 8 - · - - l _ _ _ j 2 0 I 4 0 u C - - - - - 1 . 0 0 I 4 5 U C 0 . 9 7 r - 5 o u c 0 . 9 3 I I I 5 5 u c - . . - - I 0 . 8 8 I ~ 6 0 " C 0 . 8 2 ' · - --~ - - - - - - - - - -0~94 - - - - 1 2 0 0 0 I l l 2 5 0 0 I l l 0 . 9 1 3 0 0 0 1 1 1 0~~~ 3 5 0 0 I l l 0 . 8 2 4~00 m _ j - - - - - - - - - - - - 0 . 7 7 - - - - - - - T a b l e 2 . 5 a - T e m p e r a t u r e f a c t o r T a b l e 2 . 5 b - A l t i t u d e f~1ctor T h e n . E f f e c t i v e P o w e r = R a t e d P o w e r x T e m p . ! < ' a c t o r x A l t . f a c t o r ( 2 . 3 ) T h e t e m p e r a t u r e r i s e i s t h e r e s u l t o f h e a t g e n e r a t e d b y m o t o r l o s s e s d u r i n g o p e r a t i o n . A t n o - l o a d , f r i c t i o n i n t h e b e a r i n g , c o r e l o s s e s ( e d d y c u n e n t a n d h y s t e r e s i s ) , a n d s t a t o r I 2 R l o s s e s c o n t r i b u t e t o t e m p e r a t u r e r i s e ; a t f u l l - l o a d , a d d i t i o n a l l o s s e s w h i c h c a u s e h e a t i n g a r e r o t o r 1 2 R l o s s e s a n d s t r a y l o a d l o s s e s . S i n c e c u n c n t i n c r e a s e s w i t h a n i n c r e a s e i n m o t o r l o a d a n d u n d e r l o c k e d - r o t o r , t e m p e r a t u r e r i s e w i l l b e s i g n i f i c a n t l y h i g h e r u n d e r t h e s e c o n d i t i o n s . T h e r e f o r e , a p p l i c a t i o n s r e q u i r i n g f r e q u e n t s t a r t i n g a n d / o r f r e q u e n t o v e r l o a d s m a y r e q u i r e s p e c i a l m o t o r s t o c o m p e n s a t e f o r t h e i n c r e a s e i n t o t a l t e m p e r a t u r e . 2 . 1 3 M o t o r C o o l i n g S i r . , · c t h e t o t a l t e m p e r a t u r e o f a m o t o r i s g r e a t e r t h a n t h e s u r r o u n d i n g e n v i r o n m e n t , , . . : a t g e n e r a t e d d u r i n g m o t o r o p e r a t i o n w i l l b e t r a n s f e n e d t o t h e a m b i e n t a i r . T h e r a t e ' " h e a t t r a n s f e r a f f e c t s t h e m a x i m u m l o a d a n d / o r t h e d u t y c y c l e o f a s p e c i f i c m o t o r d e s i g n . I E C f o r m e t h o d o f c o o l i n g i s I E C 6 0 0 3 4 - 6 [ 1 2 ] . F a c t o r s a f f e c t i n g t h i s r a t e o f h e a t t r a n s f e r a r e : 1 . M o t o r e n c l o s u r e D i f f e r e n t e n c l o s u r e s r e s u l t i n d i f f e r e n t a i r f 1 o w p a t t e r n s w h i c h a l t e r t h e a m o u n t o f a m b i e n t a i r i n c o n t a c t w i t h t h e m o t o r . ( s e e s e c t i o n 2 . 2 0 f o r m o t o r e n c l o s u r e ) 2 . F r a m e s u r f a c e a r e a . S i ' l c c t i o n u f a n A C 1 1 1 o t o r 2 1 I n c r e a s i n g t h e a r e a o f a m o t o r e n c l o s u r e i n c o n t a c t w i t h t h e a m b i e n t a i r w i l l i n c r e a s e t h e r a t e o f h e a t t r a n s f e r . 3 . A i r f l o w o v e r m o t o r T h e v e l o c i t y o f a i r m o v i n g o v e r t h e e n c l o s u r e a f f e c t s t h e r a t e o f h e a t t r a n s f e r . F a n s a r e p r o v i d e d o n m o s t t o t a l l y - e n c l o s e d a n d s o m e o p e n m o t o r s t o i n c r e a s e t h e v e l o c i t y o f a i r o v e r t h e e x t e m a l p a r t s . 4 . A m b i e n t a i r d e n s i t y A r e d u c t i o n i n t h e a m b i e n t a i r d e n s i t y w i l l r e s u l t i n a r e d u c t i o n o f t h e r a t e o f h e a t t r a n s f e r f r o m t h e m o t o r . T h e r e f o r e , t o t a l o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e i n c r e a s e s w i t h a l t i t u d e . S t a n d a r d m o t o r s a r e s u i t a b l e f o r o p e r a t i o n u p t o I 0 0 0 m ; m o t o r s w i t h s e r v i c e f a c t o r m a y b e u s e d a t a l t i t u d e u p t o 3 0 0 0 f e e t a t 1 . 0 s e r v i c e f a c t o r . 2 . 1 4 I n s u l a t i o n C l a s s v s . T e m p e r a t u r e N E M A h a s c l a s s i f i e d i n s u l a t i o n s y s t e m s [ 2 ] b y t h e i r a b i l i t y t o p r o v i d e s u i t a b l e t h e r m a l e n d u r a n c e . T h e t o t a l t e m p e r a t u r e i s t h e s u m o f a m b i e n t t e m p e r a t u r e p l u s t h e m o t o r ' s t e m p e r a t u r e r i s e . T h e f o l l o w i n g c h a r t s i l l u s t r a t e t h e m a x i m u m t o t a l m o t o r t e m p e r a t u r e a l l o w e d f o r e a c h o f t h e s t a n d a r d c l a s s e s o f i n s u l a t i o n . A n a d d i t i o n a l 1 0 ° C m e a s u r e d t e m p e r a t u r e r i s e i s p e r m i t t e d w h e n t e m p e r a t u r e s a r e m e a s u r e d b y d e t e c t o r s e m b e d d e d i n t h e w i n d i n g . F i g u r e 2 . 4 - F i g u r e 2 . 6 i l l u s t r a t e t h e t e m p e r a h 1 r e r i s e l i m i t s e s t a b l i s h e d f o r v a r i o u s i n s u l a t i o n c l a s s e s p e r N E M A M G 1 , p 3 1 1 1 2 . 1 8 0 1 6 0 1 4 0 1 2 0 E N C L O S U R E : D R I P P R O O F O R T E F C , S E R V I C E F A C T O R : 1 . 0 I N S U L A T I O N C L A S S B F H - - - · · - - I I I I I R I S E B Y R E S I S T A N C E ( / ) ~ 1 0 0 ! - - . . . . . . . D A M B I E N T c : 8 0 ( ! I 6 0 ~ C l 4 0 2 0 0 F i g u r e 2 . 4 - D r i p p r o o f o r T E F C e n c l o s u r e , S F 1 . 0 · · - - - - - - - S i ' l r > c t i o n o f a n A C m o t o r 2 2 1 8 0 1 6 0 1 4 0 1 2 0 ~ 1 0 0 L L J c : 8 0 ( ! l 6 0 L L J 1 : 1 4 0 2 0 0 1 8 0 1 6 0 E N C L O S U R E : T E N V , S E R V I C E F A C T O R : 1 . 0 I N S U L A T I O N C L A S S B F H - - - - r n R I S E B Y R E S I S T A N C E · 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - · 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 A M B I E N T F i g u r e 2 . 5 - T E N V e n c l o s u r e , S F 1 . 0 E N C L O S U R E : D R I P P R O F F O R T E F C , S E R V I C E F A C T O R : 1 . 1 5 I N S U L A T I O N C L A S S B F 1 4 0 I - i i i R I S E B Y R E S I S T A N C E 1 2 0 t 3 1 0 0 . . - -~-~- - o A M B I E N T L L J c : " 8 0 L L J C l 6 0 4 0 2 0 0 F i g u r e 2 . 6 - D r i p p r o o f o r T E F C e n c l o s u r e , S F 1 . 1 5 2 . 1 5 E f f i c i e n c y E f f i c i e n c y [ 2 ] i s a n i m p o r t a n t a p p l i c a t i o n c o n s i d e r a t i o n . T h a t i s e s p e c i a l l y t r u e f o r a p p l i c a t i o n h a v i n g h i g h h o u r s o f o p e r a t i o n w h e r e c o s t o f m o t o r o p e r a t i o n i s m a n y t i m e s t h e i n i t i a l p u r c h a s e p r i c e o f t h e m o t o r . E n e r g y e f f i c i e n c y c l a s s e s a r c d e s c r i b e d i n I E C 6 0 0 3 4 - 3 0 [ 1 2 ] . E f f i c i e n c y i s d e f i n e d a s , W a t t s O u t p u t E f f i c i e n c y = W a t t s I n p u t S e l e c t i o n o f a n A C m o t o r ( 2 . 4 ) 2 3 E f f i c i e n c y = ( I n p u t - L o s s e s ) I n p u t T h e o n l y w a y t o i m p r o v e e f f i c i e n c y i s t o r e d u c e l o s s e s . 2 . 1 6 M o t o r l o s s e s ( 2 . 5 ) T y p i c a l l y , m o t o r l o s s e s [ 2 ] a r e c a t e g o r i z e d , f i r s t , a s t h o s e w h i c h o c c u r w h i l e t h e m o t o r i s e n e r g i z e d b u t o p e r a t i n g a t n o - l o a d ; a n d s e c o n d , t h o s e a d d i t i o n a l l o s s e s d u e t o t h e o u t p u t l o a d . S p e c i f i c l o s s e s a r c : 1 . N o - l o a d l o s s e s a . W i n d a g e a n d f r i c t i o n b . S t a t o r i r o n l o s s e s c . S t a t o r f R l o s s e s 2 . L o a d l o s s e s a . S t a t o r I 2 R l o s s e s ( d u e t o i n c r e a s e i n c u r r e n t u n d e r l o a d ) b . R o t o r I 2 R c . S t r a y l o a d l o s s e s T h e n o - l o a d l o s s e s a n d t h e c o n d u c t o r l o s s e s u n d e r l o a d c a n b e m e a s u r e d s e p a r a t e l y ; n m v e v c r , t h e s t r a y l o a d l o s s r e q u i r e s a c c u r a t e i n p u t - o u t p u t t e s t e q u i p m e n t f o r d e t e r m i n a t i o n . T h e s t r a y - l o a d l o s s c o n s i s t s o f l o s s e s d u e t o h a r m o n i c c u r r e n t s a n d t 1 u x i n t h e m o t o r . F a c t o r s a f f e c t i n g s t r a y l o a d l o s s e s i n c l u d e : S t a t o r a n d r o t o r s l o t g e o m e t r y N u m b e r o f s l o t s A i r g a p l e n g t h R o t o r s l o t i n s u l a t i o n M a n u f a c t u r i n g p r o c e s s S c / c c t i o n o f a n A C m o t o r 2 4 2 . 1 7 P o w e r F a c t o r I n a s e n s e , m o t o r s a r e e l e c t r o m a g n e t s a n d p o w e r f a c t o r [ 2 ] i s a m e a s u r e o f t h e a m o u n t n f m a g n e t i z i n g c u r r e n t r e q u i r e d . P o w e r f a c t o r i s a n i m p m 1 a n t c o n s i d e r a t i o n w h e n s e l e c t i n g a m o t o r f o r a p a r t i c u l a r a p p l i c a t i o n s i n c e l o w p o w e r f a c t o r m a y r e s u l t i n p o w e r f~lctor p e n a l t y c h a r g e s f r o m t h e u t i l i t y s u p p l i e r . E q u a t i o n f o r P o w e r f a c t o r i n a t h r e e - p h a s e s y s t e m , P F = W a t t s I n p u t ( F 3 X V X I ) ( 2 . 6 ) T h i s e q u a t i o n I S a n u m e r i c a l m e t h o d o f e x p r e s s i n g t h e p h a s e d i f f e r e n c e b e t w e e n \ ' o l t a g e a n d c u r r e n t i n a m o t o r c i r c u i t . T h e c m T e n t i n a n i n d u c t i o n m o t o r l a g s t h e a p p l i e d v o l t a g e , a n d o n l y t h e c o m p o n e n t t h a t i s i n - p h a s e w i t h t h e v o l t a g e v a r i e s w i t h m o t o r p o w e r . 2 . 1 8 L o a d C o n n e c t i o n s T \ V O m e t h o d s o f m e c h a n i c a l c o n n e c t i o n [ 2 ] o f t h e m o t o r t o t h e d r i v e n l o a d a r e c o m m o n l y u s e d . 1 . D i r e c t c o n n e c t i o n D i r e c t c o n n e c t i o n s h o u l d a l w a y s b e c o n s i d e r e d w h e r e t h e r e q u i r e d l o a d s p e e d c o i n c i d e s w i t h a n a v a i l a b l e m o t o r s p e e d . T h e p r e f e r r e d p r a c t i c e i s t o u s e a f l e x i b l e c o u p l i n g w h i c h w i l l a l l o w a s l i g h t a m o u n t o f m i s a l i g n m e n t a n d m i n i m i z e t r a n s m i s s i o n o f t h r u s t t o t h e m o t o r b e a r i n g s . A x i a l t h r u s t l o a d s a r e c o m m o n l y e n c o u n t e r e d w h e n a p u m p i m p e l l e r o r t~m i s m o u n t e d o n t h e m o t o r s h a f t . T h e y a l s o o c c u r i n d i r e c t c o n n e c t e d h e l i c a l g e a r d r i v e s a n d w h e n t h e m o t o r i s m o u n t e d v e r t i c a l l y o r i n a n i n c l i n e d p o s i t i o n \ V h e r e a n y w e i g h t o t h e r t h a n t h e r o t o r i s s u p p o r t e d b y t h e m o t o r s h a f t . 2 . B e l t , c h a i n a n d g e a r d r i v e s \ e l e c t i o n o ( a n A C 1 1 1 o t o r 2 5 W h e n c o n n e c t i n g a m o t o r t o i t s l o a d w i t h t h i s t y p e o f d r i v e s , p r o p e r s e l e c t i o n i s n e c e s s a r y t o l i m i t w i t h i n r a d i a l l o a d c a p a c i t i e s . 2 . 1 9 S t a r t i n g M e t h o d s T h e f o l l o w i n g m o t o r s t m i i n g m e t h o d s e n c o u n t e r e d w h e n s t m i i n g a m o t o r 2 . 1 9 . 1 D O L s t a r t e r s W h e n a n e l e c t r i c m o t o r i s s t a r t e d b y d i r e c t c o n n e c t i o n t o t h e p o w e r s u p p l y ( D O L ) [ 7 ] , i t d r a w s a h i g h c u r r e n t , c a l l e d t h e s t a r t i n g c u n e n t w h i c h i s a p p r o x i m a t e l y e q u a l i n m a g n i t u d e t o t h e l o c k e d r o t o r c u n e n t . L o c k e d r o t o r c u r r e n t i s n o n n a l l y u p t o 8 t i m e s t h e r a t e d c u r r e n t o f t h e m o t o r . I n c i r c u m s t a n c e s w h e r e t h e m o t o r s t a r t s u n d e r n o l o a d o r w h e r e h i g h s t a r t i n g t o r q u e i s r e q u i r e d , i t i s p r e f e r a b l e t o r e d u c e t h e s t a r t i n g c u n e n t b y o n e o f t h e f o l l o w i n g m e a n s . 2 . 1 9 . 2 S t a r - D e l t a s t a r t i n g T h r o u g h t h e u s c o f a s t a r - d e l t a s t a r t e r [ 7 ] , t h e m o t o r t e m 1 i n a l s a r e c o n n e c t e d i n t h e s t a r c o n f i g u r a t i o n d u r i n g s t a t i i n g a n d r e c o n n e c t e d t o t h e d e l t a c o n f i g u r a t i o n w h e n r u n n i n g . T h e b e n e f i t s o f t h i s s t a r t i n g m e t h o d a r e a s i g n i f i c a n t l y l o w e r s t a r t i n g c u n c n t , t o a v a l u e a b o u t 1 / 3 o f t h e D O L s t m i i n g c u n c n t , a n d a c o n c s p o n d i n g s t a r t i n g t o r q u e a l s o r e d u c e d t o a b o u t 1 / 3 o f i t s D O L v a l u e . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t a s e c o n d c u n c n t s u r g e o c c u r s o n c h a n g e o v e r t o t h e d e l t a c o n n e c t i o n . T h e l e v e l o f t h i s s u r g e w i l l d e p e n d o n t h e s p e e d t h e m o t o r h a s r e a c h e d a t t h e m o m e n t o f c h a n g e o v e r . 2 . 1 9 . 3 E l e c t r o n i c s o f t s t a r t e r s T h r o u g h t h e u s c o f a n e l e c t r o n i c s o f t s t a r t e r [ 7 ] , w h i c h c o n t r o l s s u c h p a r a m e t e r s a s c u r r e n t a n d v o l t a g e , t h e s t a r t i n g s e q u e n c e c a n b e t o t a l l y c o n t r o l l e d . T h e s t a r t e r c a n b e p r o g r a m m e d t o l i m i t t h e a m o u n t o f s t a r t i n g c u n c n t . B y l i m i t i n g t h e r a t e o f t h e c u r r e n t S e l e c t i o n o / o n A C m o t o r 2 6 i n c r e a s e t h e s t a r t u p t i m e i s e x t e n d e d . T h i s s t a r t i n g m e t h o d i s p a r t i c u l a r l y s u i t a b l e f o r c e n t r i f u g a l l o a d s ( f a n s a n d p u m p s ) 2 . 1 9 . 4 V a r i a b l e S p e e d D r i v e s A d r i v e i s p r i m a r i l y r e c o g n i z e d f o r i t s a b i l i t y t o m a n i p u l a t e p o w e r f r o m a c o n s t a n t t h r e e 5 0 / 6 0 H z s u p p l y c o n v e r t i n g i t t o v a r i a b l e v o l t a g e a n d v a r i a b l e f r e q u e n c y p o w e r . T h i s e n a b l e s t h e s p e e d o f t h e m o t o r t o b e m a t c h e d t o i t s l o a d i n a t 1 c x i b l e a n d e n e r g y e f f i c i e n t m a n n e r . T h e o n l y w a y o f p r o d u c i n g s t a r t i n g t o r q u e e q u a l t o f u l l l o a d t o r q u e \ v i t h f u l l l o a d c u r r e n t i s b y u s i n g v a r i a b l e s p e e d d r i v e . T h e f u n c t i o n a l l y t 1 c x i b l e V S D i s a l s o c o m m o n l y u s e d t o r e d u c e e n e r g y c o n s u m p t i o n o n f a n s , p u m p s a n d c o m p r e s s o r s a n d o f f e r s a s i m p l e a n d r e p e a t a b l e m e t h o d o f c h a n g i n g s p e e d s o r t 1 o w r a t e s . 2 . 2 0 M o t o r e n c l o s u r e s T h e t y p e o f e n c l o s u r e s [ 2 ] r e q u i r e d i s d e p e n d e n t u p o n t h e s u r r o u n d i n g a t m o s p h e r e i n w h i c h t h e m o t o r i s i n s t a l l e d a n d t h e a m o u n t o f m e c h a n i c a l p r o t e c t i o n a n d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e r e q u i r e d . T h e t w o g e n e r a l c l a s s e s o f m o t o r e n c l o s u r e a r e o p e n a n d t o t a l l y - e n c l o s e d . A n o p e n m a c h i n e i s o n e h a v i n g v e n t i l a t i n g o p e n i n g s w h i c h p e n n i t p a s s a g e o f e x t e m a l a i r o v e r a n d a r o u n d t h e w i n d i n g o f t h e m o t o r . A t o t a l l y - e n c l o s e d m a c h i n e i~ c o n s t r u c t e d t o p r e v e n t t h e f r e e e x c h a n g e o f a i r b e t w e e n t h e i n s i d e a n d o u t s i d e o f t h e m o t o r , b u t n o t s u f f i c i e n t l y e n c l o s e d t o b e t e r m e d a i r - t i g h t . D e r i v a t i v e s o f t h e s e t w o b a s i c e n c l o s u r e s a r e d e s c r i b e d b e l o w . E n c l o s u r e s c o m e u n d e r I E C 6 0 0 3 4 - 7 [ 1 2 ] . • O p e n 1 . D r i p p r o o f . D r i p p r o o f m o t o r s a r e d e s i g n e d t o b e i n t e m a l l y v e n t i l a t e d b y a m b i e n t a i r , h a v i n g v e n t i l a t i o n o p e n i n g s c o n s t r u c t e d s o t h a t s u c c e s s f u l o p e r a t i o n i s n o t a f f e c t e d w h e n d r o p s o f l i q u i d o r s o l i d p a r t i c l e s s t r i k e t h e e n c l o s u r e a t a n y a n g l e f r o m 0 t o 1 5 d e g r e e s d o w n w a r d f r o m v e r t i c a l . D r i p p r o o f m o t o r s a r e t y p i c a l l y u s e d m r e l a t i v e l y c l e a n , i n d o o r a p p l i c a t i o n s . A l s o W e a t h e r p r o t e c t e d , o p e n m a c h i n e s a r c o f a n o t h e r t y p e . - - - · · · - - - - · · - - - - - - - S e l e c t i o n o f ' a n A C m o t o r 2 7 • T o t a l l y - E n c l o s e d T o t a l l y - e n c l o s e d m o t o r s a r e d e s i g n e d s o t h a t t h e r e i s n o f r e e e x c h a n g e o f a i r b e t w e e n t h e i n s i d e a n d o u t s i d e o f t h e e n c l o s u r e , b u t n o t s u f f i c i e n t l y e n c l o s e d t o b e a i r t i g h t . T o t a l l y - e n c l o s e d m o t o r s a r e m a y b e o f t h r e e t y p e s o f c o n s t r u c t i o n . 1 . T E F C ( T o t a l l y - e n c l o s e d f a n - c o o l e d ) . T h i s t y p e i n c l u d e s a n e x t e r n a l f a n m o u n t e d o n t h e m o t o r s h a f t . T h i s f a n i s e n c l o s e d i n a f a n c a s i n g w h i c h b o t h p r o t e c t s t h e f a n a n d d i r e c t s t h e o u t p u t a i r o v e r t h e m o t o r f r a m e f o r c o o l i n g . 2 . T E A O ( T o t a l l y - e n c l o s e d a i r - o v e r ) . T h i s t y p e i s s i m i l a r t o T E F C d e s i g n s e x c e p t t h a t t h e c o o l i n g a i r b e i n g f o r c e d o v e r t h e m o t o r f r a m e i s p r o v i d e d b y a f a n w h i c h i s n o t a n i n t e g r a l p a r t o f t h e m o t o r . 3 . T E N V ( T o t a l l y - e n c l o s e d n o n - v e n t i l a t e d ) . T h i s t y p e o f c o n s t r u c t i o n d o e s n o t r e q u i r e f o r c e d a i r f l o w o v e r t h e m o t o r f r a m e f o r c o o l i n g . 2 . 2 1 E n c l o s u r e m a t e r i a l F r a m e a n d e n d - s h i e l d m a t e r i a l s t h a t a r e n o n n a l l y u s e d a r e l i s t e d b e l o w A l u m i n u m - a l l o y , C a s t - i r o n , s h e e t s t e e l 2 . 2 2 T e r m i n a l b o x T e r m i n a l b o x i s t h e r e f o r c o n n e c t i n g p o w e r c a b l e s . A s s t a n d a r d t h e t e r m i n a l b o x i s m o u n t e d o n t h e r i g h t h a n d s i d e w h e n v i e w e d f r o m d r i v e e n d . M o t o r s a r c a l s o a v a i l a b l e w i t h t e m 1 i n a l l e f t h a n d s i d e o r t o p . T h e y a r c f i t t e d w i t h c o n d u i t e n t r i e s . 2 . 2 3 M o u n t i n g C o n f i g u r a t i o n s V a r i o u s m o u n t i n g c o n f i g u r a t i o n s a r e a v a i l a b l e , c o m p l y i n g w i t h I E C 6 0 0 3 4 - 7 [ 1 2 ] . • F l o o r m o u n t • C e i l i n g m o u n t . \ e l i ! c l i o n o f a n A C m o t o r 2 8 • W a l l m o u n t , s h a f t h o r i z o n t a l • W a l l m o u n t , s h a f t v e r t i c a l 2 . 2 4 D y n a m i c B a l a n c e / V i b r a t i o n M o t o r s s h o u l d b e d y n a m i c a l l y b a l a n c e d s o a s t o f u l f i l l v i b r a t i o n s t a n d a r d s . V i b r a t i o n s a r e t e s t e d a s p e r N E M A s t a n d a r d M G 1 - 1 2 . 0 8 a n d s h o u l d b e w i t h i n t h e l i m i t s . I E C s t a n d s f o r v i b r a t i o n i s I E C 6 0 0 3 4 - 1 4 [ 1 2 ] 2 . 2 5 B e a r i n g / L u b r i c a t i o n A l l s t a n d a r d m o t o r s a r e e q u i p p e d w i t h " c l e a n s t e e l " c o r n e d d e e p g r o o v e b a l l b e a r i n g s . L u b r i c a t i o n s h o u l d b e d o n e a s p e r i n s t r u c t i o n g i v e n b y t h e m a n u f a c t u r e r . 2 . 2 6 N o i s e l i m i t s N o i s e l i m i t o f m o t o r s s h o u l d c o m p l y w i t h t h e l E C 6 0 0 3 4 - 9 , 6 [ 1 2 ] . 2 . 2 7 S h a f t a n d k e y S h a f t a n d k e y s o f m o t o r s s h o u l d c o m p l y w i t h t h e I E C 6 0 0 3 4 - 1 , 1 1 . 2 [ 1 2 ] . 2 . 2 8 D e g r e e o f p r o t e c t i o n T h i s i s I P s t a n d a r d s e x p l a n a t i o n a n d c o m i n g u n d e r I E C 6 0 0 3 4 - 5 [ 1 2 ] . F i r s t c h a r a c t e r i s t i c n u m e r a l D e g r e e o f p r o t e c t i o n o f p e r s o n s a g a i n s t a p p r o a c h t o l i v e p a r t s o r c o n t a c t w i t h l i v e o r m o v i n g p a r t s ( o t h e r t h a n s m o o t h r o t a t i n g s h a f t s a n d t h e l i k e ) i n s i d e t h e e n c l o s u r e , a n d d e g r e e o f p r o t e c t i o n o f e q u i p m e n t w i t h i n t h e e n c l o s u r e a g a i n s t t h e i n g r e s s o f s o l i d f o r e i g n b o d i e s . . - - - - - - S c i c c r i o n o f a n A C m o t o r 2 9 4 p r o t e c t e d a g a i n s t s o l i d o b j e c t g r e a t e r t h a n l . O m m : \ V i r e s o r s t r i p s o f t h i c k n e s s g r e a t e r t h a n l . O m m , s o l i d s o b j e c t s e x c e e d i n g l . O m m 5 D u s t p r o t e c t e d : I n g r e s s o f d u s t i s n o t t o t a l l y p r e v e n t e d b u t i t d o e s n o t e n t e r i n s u f f i c i e n t q u a n t i t y t o i n t e r f e r e w i t h s a t i s f a c t o r y o p e r a t i o n o f t h e e q u i p m e n t . 6 D u s t t i g h t : N o i n g r e s s o f d u s t . S e c o n d c h a r a c t e r i s t i c n u m e r a l 4 P r o t e c t e d a g a i n s t s p l a s h i n g w a t e r . W a t e r s p l a s h e d a g a i n s t t h e e n c l o s u r e f r o m a n y d i r e c t i o n s h a l l h a v e n o h a r m f u l e f f e c t . 5 P r o t e c t e d a g a i n s t w a t e r j e t s : W a t e r p r o j e c t e d b y a n o z z l e a g a i n s t t h e e n c l o s u r e f r o m a n y d i r e c t i o n s h a l l h a v e n o h a n n f u l e f f e c t . 6 P r o t e c t e d a g a i n s t h e a v y s e a s : W a t e r f r o m h e a v y s e a s o r w a t e r p r o j e c t e d i n p o w e r f u l j e t s s h a l l n o t e n t e r t h e e n c l o s u r e i n h a m 1 f u l q u a n t i t i e s . N o t e : f i r s t t h r e e n u m e r a l s a r e n o t e x p l a i n e d , s i n c e t h e y h a v e n o u s e h e r e . 2 . 2 9 M o t o r N a m e p l a t e A t y p i c a l n a m e p l a t e o f a n A C i n d u c t i o n m o t o r i s s h o w n i n F i g u r e 2 . 7 N a m e o f M a n u f a c t u r e r O R D . l \ o . I N 4 5 6 0 9 X 1 3 2 4 T Y P E H I G H E F F I C I E N C Y H P . 4 2 A M P S - 1 - 4 2 R P M . I 1 7 9 0 I D U T Y C O N T I C L A S S i I C I N E M A I u I F R A : V 1 E 2 X 6 T S E R V I C E ! 1 . 1 0 F A C T O R i · - I 4 I 5 V O L T S I H E R T Z D A T E O I / 1 5 / 2 0 0 3 N E M J \ I n . ; ; : · - - - - - , ~=J ·--~---- . . 1 ' 1 O L E - - 1 - -~ I I I l \ S U L I • I D _ E S I G J \ I u I N O M . E f T - L _ I ~ddress o f M a n u f a c t u r e . . . _ _ _ _ _ _ j F i g u r e 2 . 7 - T y p i c a l n a m e p l a t e o f a n I n d u c t i o n m o t o r S e l e c t i o n o f 1 1 1 1 A C m o t o r 3 0 C h a p t e r 3 M o t o r s e l e c t i o n f o r t h e a p p l i c a t i o n 3 . 1 M e a s u r e m e n t s M a c h i n e s p e e d r a n g e : M i n i m u m 2 0 0 r p m ; M a x i m u m 7 4 0 r p m A v a i l a b l e s u p p l y : 3 p h a s e , 4 0 0 V A m b i e n t t e m p e r a t u r e : 3 2 ° C A l t i t u d e 2 . 7 4 m A n n a t u r e v o l t a g e a t m a x i m u m s p e e d , Y a : 1 2 6 V D C A r m a t u r e c u r r e n t a t m a x i m u m s p e e d , I a : 3 3 A D C A m 1 a t u r e r e s i s t a n c e , R a : 0 . 5 4 n 3 . 1 . 1 L o a d p r o f i l e F i g u r e 3 . 2 s h o w s t h e l o a d p r o f i l e o f t h e e x i s t i n g d r i v e o v e r a 1 4 m a c h i n e c y c l e s a p p r o x i m a t e l y 2 5 s e c o n d s e a c h . A n d F i g u r e 3 . 3 s h o w s a n e n l a r g e v i e w o f o n e ; n a c h i n c c y c l e . M e t h o d o f d a t a l o g g e d i s s h o w n i n F i g u r e 3 . 1 \ J o t e : S i n c e A n n a t u r e c o n t r o l i s u s e d f o r s p e e d c o n t r o l l i n g o f t h e m o t o r a t c o n s t a n t f l u x , A n n a t u r e p a r a m e t e r s a r e m e a s u r e d . \ l o t o r s c l c c l i o n f ( ; r t h e a p p l i c a t i o n 3 1 3 0 0 0 I 2 o o o Q ) : : f r . 1 0 0 0 5 0 0 0 L 1 L 2 l 3 v o l t a g e c o n n e c t i o n C T ~· c o o o e c t i o o u r "~:;~~y ~--Da-ia D C D r i v e L o g g e r -=-=-==--=-~ f i e l d s u p p l y F i g u r e 3 . 1 - C m m e c t i o n o f d a t a l o g g e r V a r i a t i o n i n P o w e r a t m a x i m u m s p e e d ( 6 3 3 r p m - 7 4 0 r p m ) 1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 ~---~--------- - - - - - - - - - - - 3 5 7 9 1 1 1 3 1 5 1 7 1 9 2 1 2 3 2 5 t i m e ( s ) F i g u r e 3 . 3 E n l a r g e v i e w o f o n e m a c h i n e c y c l e . 3 . 1 . 2 M e a s u r e m e n t o f T o r q u e F i g u r e 3 . 4 s h o w s t h e m e t h o d o l o g y u s e d t o m e a s u r e t h e f r i c t i o n t o r q u e o f t h e m a c h i n e . ! \ s p r i n g b a l a n c e i s u s e d w i t h a h a n d l e f i t t e d t o t h e m a c h i n e m a i n s h a f t a n d f o r c e i s a p p l i e d a t t h e h o o k o f t h e b a l a n c e a l w a y s p e r p e n d i c u l a r t o t h e h a n d l e . \ f u r o r s e l e c t i o n f i J I · t h e a p p l i c a t i o n 3 2 +~~F S P R I N G B A L A N C E : H A N D L E M A C H I N E S H A F T E ~I i H A N D L E c : : i ~ ] ' *-~~~ ~~ M A C H I N E S H A F T ' I I F i g u r e 3 . 4 - T o r q u e m e a s u r e m e n t F o r c e a p p l i e d j u s t t o m o v e t h e m a c h i n e F o r c e a p p l i e d j u s t t o c o n t i n u e t h e r o t a t i o n a l m o v e m e n t ' = l l k g = 8 k g N o t e : F u l l l o a d o f t h e m a c h i n e w i l l b e c a l c u l a t e d b y m e a n s o f Y a , I a , R a ( s e c . 3 . 1 ) 3 . 2 M o t o r S t a n d a r d A m o t o r w i t h I E C s t a n d a r d i s p r e f e r r e d . M a c h i n e r e q u i r e s a f a i r l y h i g h s t a r t i n g t o r q u e a t t h e b e g i n n i n g . T h e r e f o r e , a m o t o r h a v i n g h i g h s t a r t i n g t o r q u e w i t h l o w s t a r t i n g c u r r e n t a n d l o w s s l i p a t f u l l l o a d i s s u i t a b l e f o r t h e a p p l i c a t i o n . l E C m o t o r h a v i n g e q u i v a l e n t p c r f o n n a n c e s a s N E M A d e s i g n c l a s s C i s s e l e c t e d . R e f e r s e c t i o n 2 . 8 3 . 3 M o t o r t y p e S q u i r r e l c a g e i n d u c t i o n m o t o r i s s e l e c t e d . I t i s s i m p l e a n d r u g g e d d e s i g n , l o w c o s t a n d l o w m a i n t e n a n c e 3 . 4 V o l t a g e a n d F r e q u e n c y T h r e e p h a s e , 4 1 5 V , 5 0 H z \ l o t o r . \ e l e c t i o n j ( J r t h e a p p l i c a t i o n 3 3 3 . 5 S p e e d A s p e r a b o v e m e a s u r e m e n t , m a x i m u m s p e e d i s 7 4 0 r p m . T h e r e f o r e , l e t ' s s e l e c t t h e m o t o r s p e e d a s 1 O O O r p m . S o f a r , s e l e c t i o n c a n b e t e r m e d a s b e l o w . S e l e c t 3 P , 4 1 5 V , 5 0 H z , 1 0 0 0 r p m c a g e i n d u c t i o n m o t o r 3 . 6 N u m b e r o f P o l e s S i n c e , m o t o r s p e e d h a s b e e n t a k e n a s 1 O O O r p m N u m b e r o f p o l e s S e l e c t 6 p o l e m o t o r 3 . 7 M o t o r p o w e r = 1 2 0 f / n s y n = 1 2 0 x 5 0 I 1 0 0 0 = 6 F i g u r e 3 . 2 s h o w s t h e l o a d p r o f i l e o f t h e e x i s t i n g D C d r i v e . I t i s t h e p o w e r v a r i a t i o n a t m a x i m u m r u n n i n g s p e e d ; i . e . 7 4 0 r p m . F i g u r e 3 . 3 s h o w s t h e e n l a r g e v i e w o v e r o n e m a c h i n e c y c l e . T h i s p o w e r i s m e a s u r e d a s t h e p o w e r d e l i v e r e d t o t h e a n n a t u r e o f t h e e x i s t i n g D C m o t o r . S u p p l i e d f i e l d c u r r e n t i s n o t c o n s i d e r e d h e r e a n d i t i s m a i n t a i n e d c o n s t a n t b y t h e d r i v e . I t i s s e e n f r o m t h e g r a p h , a t m a x i m u m r u n n i n g s p e e d , p o w e r v a n e s a s P m i n 1 5 2 2 . 6 W P a , g 1 7 5 3 . 3 W P m a x 2 4 2 7 . 6 W T h e r e f o r e i n s t a n t a n e o u s p e a k p o w e r d e l i v e r e d t o t h e m o t o r i s 2 . 4 k W C l o s e s t a v a i l a b l e c a p a c i t y s h o u l d b e g r e a t e r t h a n 2 . 4 k W F u r t h e r , i t h a s t o b e c o n s i d e r e d t h e " F u l l l o a d t o r q u e " r e q u i r e m e n t o f t h e m o t o r . . ' v ! u t o r s c l c c l i o n / o r t h e a p p l i c a t i o n 3 4 3 . 8 F r i c t i o n T o r q u e o f t h e m a c h i n e F o l l o w i n g s h o w s a o n l y a r o u g h g u i d e o r i n d i c a t i o n a b o u t t h e f r i c t i o n t o r q u e o f t h e m a c h i n e . F r o m a b o v e m e a s u r e d d a t a , F o r c c a p p l i e d j u s t t o m o v e t h e m a c h i n e = 1 1 k g F o r c e a p p l i e d i n N e w t o n , ( 1 k g = 9 . 8 1 N ) F = 1 l x 9 . 8 1 = 1 0 7 . 9 N L e n g t h o f t h e h a n d l e , T h e r e f o r e , t o r q u e = 0 . 1 5 m F x l 1 0 7 . 9 x 0 . 1 5 1 6 . 1 8 N m F o r c e a p p l i e d j u s t t o c o n t i n u e t h e r o t a t i o n a l m o v e m e n t F o r c e a p p l i e d i n N e w t o n T h e r e f o r e , T o r q u e 3 . 9 M o t o r T o r q u e = 8 k g = 8 X 9 . 8 1 = 7 8 . 5 N = 7 8 . 5 x 0 . 1 5 = 1 1 . 7 7 N m F o l l o w i n g d e s c r i b e s c a l c u l a t i o n o f m o t o r t o r q u e a t m a x i m u m m a c h i n e s p e e d f r o m m o t o r p a r a m e t e r s . E q u i v a l e n t c i r c u i t o f a s e p a r a t e l y e x c i t e d D C m o t o r i s c o n s i d e r e d f o r c a l c u l a t i o n . R e f e r A p p e n d i x - A L o a d i n t h e a p p l i c a t i o n i s " C o n s t a n t t o r q u e " a n d s p e e d c h a n g e i s a c h i e v e d t h r o u g h A r m a t u r e v o l t a g e c o n t r o l . F r o m a b o v e m e a s u r e d d a t a , A n n a t u r e v o l t a g e a t m a x i m u m s p e e d , Y a = 1 2 6 V D C A r m a t u r e c u r r e n t a t m a x i m u m s p e e d , f a = 3 3 A D C A m 1 a t u r e r e s i s t a n c e , R a = 0 . 5 4 f 2 A t m a x i m u m m a c h i n e r l l l m i n g s p e e d , i . e . 7 4 0 r p m , F r o m e q u a t i o n s A . 3 a n d A . 4 i n a p p e n d i x - A - - - - - - · - - - - - \ l o l o r s e ! e c t i o n / ( J r t h e a p p l i c a t i o n 3 5 P e o n , = U V = E f a a V = R I + E ( / ( / ( / ( / n o = ( V a - I a R a ) x l u T x 7 4 0 x 2 n / 6 0 = ( 1 2 6 - 3 3 x 0 . 5 4 ) x 3 3 T = 4 6 N m T h i s g i v e s a n i d e a a b o u t t h e t o r q u e d e l i v e r e d b y t h e e x i s t i n g D C m o t o r a t m a x i m u m r u n n i n g s p e e d . T h i s c a n b e c o n s i d e r e d a s t h e r e q u i r e d " F u l l l o a d t o r q u e " o f t h e p r o p o s e d m o t o r . T h e r e f o r e , l e t ' s s e l e c t a m o t o r h a v i n g t h e " F u l l l o a d t o r q u e " w h i c h i s e q u a l o r g r e a t e r t h a n 4 6 N m . S o f a r , s e l e c t i o n c a n b e t e r m e d a s b e l o w . S e l e c t 3 P , 4 1 5 V , 5 0 H z , 1 0 0 0 r p m , P o w e r > 2 . 4 k W , f u l l l o a d t o r q u e > 4 6 N m , c a g e i n d u c t i o n m o t o r H e n c e , f r o m C M G M o t o r s e l e c t i o n c a t a l o g u e , S . S k W m o t o r h a v i n g f u l l l o a d t o r q u e o f 5 4 . 4 N m c a n b e s e l e c t e d . 3 . 1 0 M o t o r i n e r t i a M o t o r i n e r t i a i s a l s o a v e r y i m p 0 1 1 a n t f a c t o r . S i n c e t h e m a c h i n e i s a h e a v y m e c h a n i c a l , t h e r e i s a b s o r p t i o n o f i n e r t i a . M a c h i n e c o m e s t o r e s t a s s o o n a s S T O P b u t t o n i s p r e s s e d . A t t h e s t a r t i n g a l s o , m a c h i n e c o m e s t o s t e a d y s t a t e c o n d i t i o n w i t h i n c o u p l e o f s e c o n d s . T h e r e f o r e i t i s a s s u m e d t o h a v e a s m a l l i n e r t i a a n d n o t d i s u s e d h e r e . 3 . 1 1 T e m p e r a t u r e a n d A l t i t u d e F r o m a b o v e m e a s u r e m e n t s , S e c t i o n 3 . 1 A m b i e n t t e m p e r a t u r e : 3 2 ° C A l t i t u d e : 2 . 7 4 m S i n c e t h e m o t o r i s r u n n i n g w i t h i n s t a n d a r d a m b i e n t c o n d i t i o n s o f 4 0 " C a t l O O O m b e l o w s e a l e v e l , n o d e - r a t i n g i s r e q u i r e d . - - - - - - - - - - \ c / o t o r s e l e c t i o n f o r t h e a p p l i c a t i o n 3 6 3 . 1 2 D u t y c y c l e R e f e r t h e F i g u r e 3 . 1 . M a c h i n e d u t y c y c l e i s t o o s m a l l a s 0 . 7 8 s a n d p o w e r v a r i e s f r o m 1 . 1 k w t o 2 . 4 k W a n d n o r e s t t i m e . T h e r e f o r e t h i s o p e r a t i o n c a n b e c o n s i d e r e d a s c o n t i n u o u s d u t y a p p l i c a t i o n . R e f e r s e c t i o n 2 . 9 . S e l e c t a c o n t i n u o u s d u t y m o t o r 3 . 1 3 M o t o r c o o l i n g E n c l o s e d f a n c o o l e d o v e r a n e x t e m a l l y r i b b e d f r a m e , w i t h f r e e m o v e m e n t o f i n t e r n a l a i r b y r o t a t i o n o f r o t o r b l a d e s i s s u i t a b l e f o r t h e a p p l i c a t i o n . R e f e r s e c t i o n 2 . 1 3 . 3 . 1 4 I n s u l a t i o n t e m p e r a t u r e T h e t o t a l m o t o r t e m p e r a t u r e i s t h e s u m o f a m b i e n t t e m p e r a t u r e p l u s t h e m o t o r ' s t e m p e r a t u r e r i s e . C l a s s F i n s u l a t i o n i s p r e f e r r e d f o r t h e a p p l i c a t i o n . R e f e r F i g u r e 2 . 4 i n s e c t i o n 2 . 1 4 . 3 . 1 5 E f f i c i e n c y E f f i c i e n c y ( s e c s e c t i o n 2 . 1 5 ) o f t h e s e l e c t e d m o t o r a s p e r t h e m a n u f a c t u r e d a t a s h e e t . R e f e r A n n e x B f o r d a t a s h e e t . A t 1 0 0 % o f f u l l l o a d : 8 5 . 6 A t 7 5 % o f f u l l l o a d : 8 5 . 9 A t 5 0 % o f f u l l l o a d : 8 4 . 3 \ f u r o r s e l e c t i o n f i n · t h e a p p l i c a t i o n 3 7 3 . 1 6 P o w e r F a c t o r P F ( s e c s e c t i o n 2 . 1 7 ) o f t h e s e l e c t e d m o t o r a s p e r t h e m a n u f a c t u r e d a t a s h e e t . R e f e r A n n e x B f o r d a t a s h e e t . A t 1 0 0 % o f f u l l l o a d : 0 . 8 1 A t 7 5 % o f f u l l l o a d : 0 . 7 6 A t 5 0 % o f f u l l l o a d : 0 . 6 4 3 . 1 7 M o t o r e n c l o s u r e T o t a l l y c l o s e d e n c l o s u r e w i t h f a n c o o l e d t y p e ( T E F C ) i s s u i t a b l e f o r t h e a p p l i c a t i o n . R e f e r s e c t i o n 2 . 2 0 . 3 . 1 8 E n c l o s u r e m a t e r i a l C a s t - I r o n : F r a m e , E n d - s h i e l d s , T e r m i n a l b o x S h e e t s t e e l : F a n c o w l . ( R e f e r s e c t i o n 2 . 2 1 ) 3 . 1 9 T e r m i n a l b o x T e r m i n a l b o x , l o c a t e d o n T o p i s p r e f e r r e d . C a b l e r o u t i n g o f t h e e x i s t i n g m o t o r i s t e n n i n a t e d t o t o p s i d e a n d , t h e r e f o r e i t w i l l b e e a s y f o r c o n n e c t i o n s . C o n d u i t e n t r i e s a r e p r o v i d e d t a p p e d . R e f e r s e c t i o n 2 . 2 2 . 3 . 2 0 M o u n t i n g c o n f i g u r a t i o n S i n c e t h e r e i s a m a c h i n e b e d t o i n s t a l l t h e m o t o r , F o o t m o u n t i s s u i t a b l e f o r t h e a p p l i c a t i o n . R e f e r s e c t i o n 2 . 2 3 . \ " I n t o r s e l e c t i o n f o r 1 h e a p p l i c a t i o n 3 8 3 . 2 1 B e a r i n g s / l u b r i c a t i o n / v i b r a t i o n / b a l a n c i n g / n o i s e l i m i t s N o t s p e c i a l l y c o n s i d e r e d . S e l e c t e d a s s t a n d a r d . R e f e r s e c t i o n s 2 . 2 4 - 2 . 2 6 3 . 2 2 S h a f t a n d k e y S t a n d a r d s h a f t e x t e n s i o n w i t h s t a n d a r d k e y . R e f e r s e c t i o n 2 . 2 7 3 . 2 3 D e g r e e o f p r o t e c t i o n 1 P 5 5 p r o t e c t i o n f o r b o t h m o t o r a n d t e n n i n a l b o x i s I P 5 5 . R e f e r s e c t i o n 2 . 2 8 . 3 . 2 4 L o a d c o n n e c t i o n E x i s t i n g s y s t e m h a s b e l t d r i v e n s y s t e m . F r o m e f f i c i e n c y p o i n t o f v i e w , i t i s b e t t e r t o g o f o r a g e a r e d c o u p l i n g . B u t c o n s i d e r i n g t h e e x t r a d i f f i c u l t i e s e n c o u n t e r e d i n m o d i f i c a t i o n w i t h t h e e x i s t i n g s e t u p , i t i s d e c i d e d t o u s e t h e s a m e b e l t c o u p l i n g s y s t e m . R e f e r s e c t i o n 2 . 1 8 . W h i l e F i g u r e 3 . 5 s h o w s t h e p r e s e n t l o a d c o n n e c t i o n , F i g u r e 3 . 6 s h o w s t h e l o a d c o n n e c t i o n o f t h e p r o p o s e d s y s t e m . M / C D R I V E N S H A F T F i g u r e 3 . 5 E x i s t i n g s y s t e m F i g u r e 3 . 6 - P r o p o s e d s y s t e m ' v ! o t o r s e l e c t i o n j o r t h e a p p l i c a t i o n 3 9 3 . 2 5 P e r f o r m a n c e d a t a o f t h e s e l e c t e d m o t o r S o u r c e : C M G M o t o r s , A u s t r a l i a T h r e e p h a s e , 4 1 5 V , 5 0 H z , I O O O r p m ( 6 p o l e ) , S . S k W , I P S S , c o n t i n u e s d u t y , F c l a s s i n s u l a t i o n , f a n c o o l e d , f o o t m o u n t e d , e x t e n d e d s h a f t c a g e i n d u c t i o n m o t o r . T a b l e 3 . 1 d e s c r i b e s t h e o t h e r p e r f o r m a n c e s . A l s o r e f e r A n n e x B . E f f i c i e n c y % a t % f u l l l o a d P o w e r F a c t o r , cos~ C u r r e n t 1 2 5 1 0 0 7 5 5 0 1 2 5 f - · - · - - - · - 1 0 0 7 5 5 0 F u l l l o a d , I N ( A ) L o c k e d r o t o r , I L / I N 8 4 . 4 8 5 . 6 8 5 . 9 . 8 4 ~ _ _ _ j 0.8~ I 0 . 8 1 0 . 7 6 0 . 6 4 1 1 . 0 6 . 9 ' f - - - - - - - - . - - - - - · - - · - - - - - - - - · - F u l l l o a d , T N ( N m ) 5 4 . 4 T o r q u e L o c k e d r o t o r , T 1 / T N 2 . 4 B r e a k d o w n , T i l T N 3 . o : J M o m e n t o f I n e r t i a k g m - 0 . 0 4 5 W e i g h t o f f o o t m o u n t m o t o r k g 9 0 ~- - - - · - - · · - · - - - - _ _ L _ _ _ _ _ · - T a b l e 3 . 1 - P e r f o r m a n c e d a t a \ l o t o r s e l e c t i o n f o r t h e a p p l i c a t i o n 4 0 C h a p t e r 4 S e l e c t i o n o f a M o t o r D r i v e A s d i s c u s s e d i n s e c t i o n 2 . 1 9 i n C h a p t e r 0 2 , s e v e r a l m e t h o d s a r e a v a i l a b l e t o s t a r t a n d d r i v e a n A C i n d u c t i o n m o t o r . I n t h i s p a r t i c u l a r a p p l i c a t i o n , i t r e q u i r e s t o c h a n g e t h e m a c h i n e s p e e d o v e r t h e r a n g e o f 2 0 0 r p m t o 7 4 0 r p m . T h e r e f o r e , V a r i a b l e f r e q u e n c y d r i v e h a s t o b e s e l e c t e d a s t h e d r i v e m e c h a n i s m . 4 . 1 N e e d f o r t h e e l e c t r i c a l d r i v e f o r a n i n d u c t i o n m o t o r A p a r t f r o m t h e n o n l i n e a r c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e i n d u c t i o n m o t o r , t h e r e a r e v a n o u s i s s u e s a t t a c h e d t o t h e d r i v i n g o f t h e m o t o r . L e t ' s l o o k a t t h e m o n e b y o n e [ 5 ] . E a r l i e r m o t o r s t e n d e d t o b e o v e r d e s i g n e d t o d r i v e a s p e c i f i c l o a d o v e r i t s e n t i r e r a n g e . T h i s r e s u l t e d i n a h i g h l y i n e f f i c i e n t d r i v i n g s y s t e m , a s a s i g n i f i c a n t p a r t o f t h e i n p u t p o w e r w a s n o t d o i n g a n y u s e f u l w o r k . M o s t o f t h e t i m e , t h e g e n e r a t e d m o t o r t o r q u e \ v a s m o r e t h a n t h e r e q u i r e d l o a d t o r q u e . F o r t h e i n d u c t i o n m o t o r , t h e s t a t e m o t o r i n g r e g i o n i s r e s t r i c t e d f r o m 8 0 % o f t h e r a t e d s p e e d t o l 0 0 % o f t h e r a t e d s p e e d c l u e t o t h e f i x e d s u p p l y f r e q u e n c y a n d t h e n u m b e r o f p o l e s . W h e n a n i n d u c t i o n m o t o r s t a r t s , i t w i l l d r a w v e r y h i g h i n m s h c u r r e n t d u e t o t h e a b s e n c e o f t h e b a c k E M F a t s t a r t . T h i s r e s u l t s i n h i g h e r p o w e r l o s s i n t h e t r a n s m i s s i o n l i n e a n d a l s o i n t h e r o t o r , w h i c h w i l l e v e n t u a l l y h e a t u p a n d m a y f a i l d u e t o i n s u l a t i o n f~1ilure. T h e h i g h i n r u s h c u r r e n t m a y c a u s e t h e v o l t a g e t o c l i p i n t h e s u p p l y l i n e , w h i C h m a y a t l e c t t h e p e r f o m 1 a n c e o f o t h e r u t i l i t y e q u i p m e n t c o n n e c t e d o n t h e s a m e s u p p l y l i n e . W h e n t h e m o t o r i s o p e r a t e d a t a m i n i m u m l o a d ( i . e . , o p e n s h a f t ) , t h e c u n e n t d r a w n b y t h e m o t o r i s p r i m a r i l y t h e m a g n e t i z i n g c u n e n t a n d i s a l m o s t p u r e l y i n d u c t i v e . A s a S e l e c t i o n o l n i v f o t o r D r i v e 4 1 r e s u l t , t h e P F i s v e r y l o w , t y p i c a l l y a s l o w a s 0 . 1 . W h e n t h e l o a d i s i n c r e a s e d , t h e w o r k i n g c u r r e n t b e g i n s t o r i s e . T h e m a g n e t i z i n g c u r r e n t r e m a i n s a l m o s t c o n s t a n t o v e r t h e e n t i r e o p e r a t i n g r a n g e , f r o m n o l o a d t o f u l l l o a d . H e n c e , w i t h t h e i n c r e a s e i n t h e l o a d . t h e P F w i l l i m p r o v e . W h e n t h e m o t o r o p e r a t e s a t a P F l e s s t h a n u n i t y , t h e c u r r e n t d r a w n b y t h e m o t o r i s n o t s i n u s o i d a l i n n a t u r e . T h i s c o n d i t i o n d e g r a d e s t h e p o w e r q u a l i t y o f t h e s u p p l y l i n e a n d m a y a f f e c t p e r f o n n a n c e s o f o t h e r u t i l i t y e q u i p m e n t c o n n e c t e d o n t h e s a m e l i n e . W h e n t h e s u p p l y l i n e i s d e l i v e r i n g t h e p o w e r a t a P F l e s s t h a n u n i t y , t h e m o t o r d r a w s c u r r e n t r i c h i n h a r m o n i c s . T h i s r e s u l t s i n h i g h r o t o r l o s s a f f e c t i n g t h e m o t o r l i f e . T h e t o r q u e g e n e r a t e d b y t h e m o t o r w i l l b e p u l s a t i n g i n n a t u r e d u e t o h a r m o n i c s . A t h i g h s p e e d , t h e p u l s a t i n g t o r q u e r e s u l t s i n t h e m o t o r s p e e d p u l s a t i o n . T h i s r e s u l t s i n j e r k y m o t i o n a n d a f f e c t s t h e b e a r i n g ' s l i f e . T h e s u p p l y l i n e m a y e x p e r i e n c e a s u r g e o r s a g d u e t o t h e o p e r a t i o n o f o t h e r e q u i p m e n t o n t h e s a m e l i n e . I f t h e m o t o r i s n o t p r o t e c t e d f r o m s u c h c o n d i t i o n s . i t w i l l b e s u b j e c t e d t o h i g h e r s t r e s s t h a n d e s i g n e d f o r , w h i c h u l t i m a t e l y m a y l e a d t o i t s p r e m a t u r e f a i l u r e . A l l o f t h e p r e v i o u s l y m e n t i o n e d p r o b l e m s , f a c e d b y b o t h c o n s u m e r s a n d t h e i n d u s t r y , s t r o n g l y a d v o c a t e d t h e n e e d f o r a n i n t e l l i g e n t m o t o r c o n t r o l . W i t h t h e a d v a n c e m e n t o f s o l i d s t a t e d e v i c e t e c h n o l o g y ( B J T , M O S F E T . I G B T , S C R , e t c . ) a n d I C f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y , w h i c h g a v e r i s e t o h i g h - s p e e d m i c r o c o n t r o l l e r s c a p a b l e o f e x e c u t i n g r e a l - t i m e c o m p l e x a l g o r i t h m t o g i v e e x c e l l e n t d y n a m i c p e r f o r m a n c e o f t h e A C i n d u c t i o n m o t o r , t h e e l e c t r i c a l v a r i a b l e f r e q u e n c y d r i v e b e c a m e p o p u l a r . - - - - - - - - - - - - - - - - - S e l e c r i o n o f a i v f o r o r D r i v e 4 2 4 . 2 V a r i a b l e F r e q u e n c y D r i v e T h e V F D [ 5 ] i s a s y s t e m m a d e u p o f a c t i v e / p a s s i v e p o w e r e l e c t r o n i c s d e v i c e s ( I G B T , M O S F E T , e t c . ) , a h i g h s p e e d c e n t r a l c o n t r o l l i n g u n i t ( a m i c r o c o n t r o l l e r , l i k e t h e P I C I X o r t h e P I C 1 6 ) a n d o p t i o n a l s e n s i n g d e v i c e s , d e p e n d i n g u p o n t h e a p p l i c a t i o n r e q u i r e m e n t . T h e b a s i c f u n c t i o n o f t h e V F D i s t o a c t a s a v a r i a b l e f r e q u e n c y g e n e r a t o r i n o r d e r t o \ a r y s p e e d o f m o t o r a s p e r t h e u s e r s e t t i n g . T h e r e c t i f i e r a n d t h e f i l t e r c o n v e 1 1 t h e A C m p u t t o D C w i t h n e g l i g i b l e r i p p l e . T h e i n v e r t e r , u n d e r t h e c o n t r o l o f t h e m i c r o c o n t r o l l e r , s y n t h e s i z e s t h e D C i n t o t h r e e - p h a s e v a r i a b l e v o l t a g e , v a r i a b l e f r e q u e n c y A C . A d d i t i o n a l f e a t u r e s c a n b e p r o v i d e d , l i k e t h e D C b u s v o l t a g e s e n s i n g , O V a n d U V t r i p , o v e r - c u n e n t p r o t e c t i o n , a c c u r a t e s p e e d / p o s i t i o n c o n t r o L t e m p e r a t u r e c o n t r o l , e a s y c o n t r o l s e t t i n g , d i s p l a y , P C c o n n e c t i v i t y f o r r e a l - t i m e m o n i t o r i n g , P o w e r F a c t o r C o n e c t i o n ( P F C ) a n d s o o n . W i t h t h e r i c h f e a t u r e s s e t o f t h e m i c r o c o n t r o l l e r , i t 1 s p o s s i b l e t o i n t e g r a t e a l l t h e f e a t u r e s n e c e s s a r y i n t o g e t a d v a n t a g e s , s u c h a s r e l i a b i l i t y , a c c u r a t e c o n t r o l , s p a c e , c o s t s a v i n g a n d s o o n . W h i l e a b l o c k d i a g r a m o f a n I n v e r t e r i s s h o w n i n F i g u r e 4 . 1 , a t y p i c a l m o d e m - a g e m t e l l i g c n t V F D f o r t h e t h r e e - p h a s e i n d u c t i o n m o t o r w i t h s i n g l e p h a s e s u p p l y i s s h o w n 1 1 1 F i g u r e 4 . 2 + ~-,.. r I I S u p p l v c c - + - { - L . ' • . - < - - - - - 1 - - ~ll ~:1 I - - - - L . - - + r . I 1 F<~ctfer : x : ; L i n k I n ' e r 1 e r \ n - ; e r t e r B l o c k : : J i - 1 ' : J f 3 1 1 l F i g u r e 4 . 1 · A n I n v e r t e r b l o c k d i a g r a m S e l e c t i o n o f ' a A l o t o r D r i v e 4 3 M a 1 n s u p p l y 2 3 0 V A C 5 0 H z R e c t 1 f 1 e r F i l t e r P F C D 1 s p l a y a n d C o n t r o l P a n e l ~ ~ S M P S R S - 2 3 2 L 1 n k A t t e n u a t o r a n d I s o l a t o r I s o l a t o r P I C M 1 c r o c o n t r o l l e r I s o l a t o r a n d D r 1 v e I n v e r t e r F i g u r e 4 . 2 - A t y p i c a l m o d e m - a g e i n t e l l i g e n t V F D 3 - P h a s e l n d u c t 1 o n M o t o r F e e d b a c k D e v 1 c e 6 G a t e S 1 g n a 1 s M T h e b a s e d s p e e d o f t h e m o t o r i s p r o p o r t i o n a l t o s u p p l y f r e q u e n c y a n d i s i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t o t h e n u m b e r o f s t a t o r p o l e s . T h e n u m b e r o f p o l e s c a n n o t b e c h a n g e d o n c e t h e m o t o r I s c o n s t r u c t e d . S o , b y c h a n g i n g t h e s u p p l y f r e q u e n c y , t h e m o t o r s p e e d c a n b e c h a n g e d . B u t w h e n t h e s u p p l y f r e q u e n c y i s r e d u c e d , t h e e q u i v a l e n t i m p e d a n c e o f e l e c t r i c c i r c u i t r e d u c e s . T h i s r e s u l t s i n h i g h e r c u r r e n t d r a w n b y t h e m o t o r a n d a h i g h e r f 1 u x . I f t h e s u p p l y v o l t a g e i s n o t r e d u c e d , t h e m a g n e t i c f i e l d m a y r e a c h t h e s a t u r a t i o n l e v e l . T h e r e f o r e , b o t h t h e s u p p l y v o l t a g e a n d t h e f r e q u e n c y a r c c h a n g e d i n a c o n s t a n t r a t i o . S i n c e t h e t o r q u e p r o d u c e d b y t h e m o t o r i s p r o p o r t i o n a l t o t h e m a g n e t i c f i e l d i n t h e a i r g a p , t h e t o r q u e r e m a i n s m o r e o r l e s s c o n s t a n t t h r o u g h o u t t h e o p e r a t i n g r a n g e . : ; : 4 : 1 _ : . S c l c e i i u n o / a . V f o t o r D r i v e · ' 4 4 . - : > - - - - " - - • • I V R A T E D ~ C o n s t a n t T o r q u e R e g i o n C o n s t a n t P o w e r R e g i o n V o l t a g e T M A X t T o r q u e V M I N o L _ [ _ _ . . - _ _ _ _ _ _ . _ _ _ _ , _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . , . . . M i n B a s e S p e e d S p e e d S p e e d - - · - - · - - · - - - F i g u r e 4 . 3 - V / f c u r v e A s s e e n i n t h e F i g u r e 4 . 3 , t h e v o l t a g e a n d t h e f r e q u e n c y a r e v a r i e d a t a c o n s t a n t r a t i o u p t o t h e b a s e s p e e d . T h e f l u x a n d t h e t o r q u e r e m a i n a l m o s t c o n s t a n t u p t o t h e b a s e : : ; p e e d . B e y o n d t h e b a s e s p e e d , t h e s u p p l y v o l t a g e c a n n o t b e i n c r e a s e d . I n c r e a s i n g t h e f r e q u e n c y b e y o n d t h e b a s e s p e e d r e s u l t s i n t h e f i e l d w e a k e n i n g a n d t h e t o r q u e r e d u c e s . A b o v e t h e b a s e s p e e d , t h e t o r q u e g o v e r n i n g f a c t o r s b e c o m e m o r e n o n l i n e a r a s t h e f r i c t i o n a n d w i n d a g e l o s s e s i n c r e a s e s i g n i f i c a n t l y . B a s e d o n t h e m o t o r t y p e , t h e f i e l d w e a k e n i n g c a n g o u p t o t w i c e t h e b a s e s p e e d . T h i s c o n t r o l i s t h e m o s t p o p u l a r i n i n d u s t r i e s a n d i s p o p u l a r l y k n o w n a s t h e c o n s t a n t V / f c o n t r o l . B y s e l e c t i n g t h e p r o p e r V / f r a t i o f o r a m o t o r , t h e s t a r t i n g c u r r e n t c a n b e k e p t w e l l u n d e r c o n t r o l . T h i s a v o i d s a n y s a g i n t h e s u p p l y l i n e , a s w e l l a s h e a t i n g o f t h e m o t o r . T h e V F D a l s o p r o v i d e s o v e r - c u r r e n t p r o t e c t i o n . T h i s f e a t u r e v e r y u s e f u l w h i l e c o n t r o l l i n g t h e m o t o r w i t h h i g h e r i n e r t i a . S i n c e a l m o s t c o n s t a n t r a t e d t o r q u e i s a v a i l a b l e o v e r t h e e n t i r e o p e r a t i n g r a n g e , t h e s p e e d r a n g e o f t h e m o t o r b e c o m e s w i d e r . U s e r c a n s e t t h e s p e e d a s p e r l o a d r e q u i r e m e n t , t h e r e b y a c h i e v i n g h i g h e r e n e r g y e f f i c i e n c y ( e s p e c i a l l y w i t h t h e l o a d w h e r e p o w e r i s p r o p o r t i o n a l t o t h e e n t i r e r a n g e i s s m o o t h , e x c e p t a t v e r y l m v s p e e d . T h i s r e s t r i c t i o n c o m e s m a i n l y d u e t o t h e i n h e r e n t l o s s e s i n t h e m o t o r , l i k e f r i c t i o n a L w i n d a g e , i r o n , e t c . T h e s e l o s s e s a r e a l m o s t c o n s t a n t o v e r t h e e n t i r e s p e e d . T h e r e f o r e , t o s t a r t t h e m o t o r , s u f f i c i e n t p o w e r m u s t b e s u p p l i e d t o o v e r c o m e t h e s e l o s s e s a n d t h e m i n i m u m t o r q u e h a s t o b e d e v e l o p e d t o o v e r c o m e t h e l o a d i n e r t i a . · - - - - - - - - - - - - - - - - · - - · - - S c ! e c r i o n o ( o , ' v ! o t o r D r i v e 4 5 A P F C c i r c u i t a t t h e i n p u t s i d e o f t h e V F D h e l p s a g r e a t d e a l t o m a i n t a i n a n a p p r o x i m a t e u n i t y P F . B y e x e c u t i n g a c o m p l e x a l g o r i t h m i n r e a l - t i m e u s i n g m i c r o c o n t r o l l e r , t h e u s e r c a n e a s i l y l i m i t f l o w o f h a r m o n i c s f r o m l i n e t o m o t o r a n d h e n c e , n e a r u n i t y P F p o w e r c a n b e d r a w n f r o m t h e l i n e . B y i n c o r p o r a t i n g t h e p r o p e r E M ! f i l t e r , t h e n o i s e f l o w f r o m t h e V F D t o t h e l i n e c a n e n t i r e l y b e s t o p p e d . A s t h e V F D i s i n b e t w e e n t h e s u p p l y l i n e a n d t h e m o t o r , a n y d i s t u r b a n c e ( s a g o r s u r g e ) o n t h e s u p p l y l i n e d o e s n o t g e t t r a n s m i t t e d t o t h e m o t o r s i d e . W i t h t h e u s c o f v a r i o u s k i n d s o f a v a i l a b l e f e e d b a c k s e n s o r s , t h e V F D b e c o m e s a n m t e l l i g e n t o p e r a t o r i n t m c s e n s e . D u e t o f e e d b a c k , t h e V F D w i l l s h i f t m o t o r t o r q u e - s p e e d c u r v e , a s p e r t h e l o a d a n d t h e i n p u t c o n d i t i o n . T h i s h e l p s t o a c h i e v e b e t t e r e n e r g y e f f i c i e n c y . W i t h t h e V F D , t h e h u e f o u r q u a d r a n t o p e r a t i o n o f t h e m o t o r i s p o s s i b l e ( i . e . f o r w a r d m o t o r i n g a n d b r e a k i n g , r e v e r s e m o t o r i n g a n d b r e a k i n g ) . T h i s m e a n s t h a t i t e l i m i n a t e s t h e n e e d f o r m e c h a n i c a l b r e a k s a n d e f f i c i e n t l y r e u s e s t h e K i n e t i c E n e r g y ( K E ) o f t h e m o t o r . H o w e v e r , f o r s a f e t y r e a s o n s , i n m a n y a p p l i c a t i o n s l i k e h o i s t s a n d c r a n e s , t h e m e c h a n i c a l b r e a k s a r e k e p t a s a s t a n d b y i n c a s e o f e l e c t r i c a l b r e a k f a i l u r e . C a r e m u s t b e t a k e n w h i l e b r e a k i n g t h e m o t o r . I f t h e i n p u t s i d e o f t h e V F D i s u n c o n t r o l l e d , t h e n r e g e n e r a t i v e b r e a k i n g i s n o t p o s s i b l e ( i . e . t h e K E f r o m t h e m o t o r c a n n o t b e r e t u r n e d b a c k t o t h e s u p p l y ) . I f t h e f i l t e r D C l i n k c a p a c i t o r i s n o t s u f f i c i e n t l y l a r g e e n o u g h , t h e n t h e K E , w h i l e b r e a k i n g , w i l l r a i s e t h e D C b u s v o l t a g e l e v e l . T h i s w i l l i n c r e a s e t h e s t r e s s l e v e l o n t h e p o w e r d e v i c e s a s w e l l a s t h e D C l i n k c a p a c i t o r . T h i s m a y l e a d t o p e r m a n e n t d a m a g e t o t h e d e v i c e / c a p a c i t o r . I t i s a l w a y s a d v i s a b l e t o u s e t h e d i s s i p a t i v e m e a n ( r e s i s t o r ) t o l i m i t t h e e n e r g y r e t u r n i n g t o t h e D C l i n k b y d i s s i p a t i n g a s u b s t a n t i a l p o r t i o n i n t h e r e s i s t o r . C o m p a r e d t o t h e m e c h a n i c a l b r e a k i n g , t h e e l e c t r i c a l b r e a k i n g i s f r i c t i o n l e s s . T h e r e i s n o w e a r a n d t e a r i n t h e e l e c t r i c a l b r e a k i n g . A s a r e s u l t , t h e r e p e t i t i v e b r e a k i n g i s d o n e m o r e e f f i c i e n t l y w i t h t h e e l e c t r i c a l b r e a k i n g . S c l c c l i o n o f ' a } v f o r o r D r i v e 4 6 4 . 3 S e l e c t i n g a D r i v e O f t e n d r i v e s e l e c t i o n [ 4 ] i s s t r a i g h t f o r w a r d , a s a m o t o r i s a l r e a d y i n s t a l l e d a n d t h e s p e e d r a n g e r e q u i r e m e n t i s n o t e x c e s s i v e . H o w e v e r , w h e n a d r i v e s y s t e m i s s e l e c t e d f r o m f i r s t p r i n c i p l e s , c a r e f u l c o n s i d e r a t i o n m a y a v o i d p r o b l e m s i n i n s t a l l a t i o n a n d o p e r a t i o n , a n d m a y a l s o s a v e s i g n i f i c a n t c o s t . O v e r a l l c o n s i d e r a t i o n • C h e c k t h e c u r r e n t r a t i n g o f t h e i n v e r t e r a n d t h e m o t o r . P o w e r r a t i n g i s o n l y a r o u g h g u i d e . • C h e c k t h a t t h e c o r r e c t o p e r a t i n g v o l t a g e i s s e l e c t e d . 2 3 0 V s i n g l e p h a s e o r 4 0 0 V t h r e e p h a s e . • C h e c k t h e r e q u i r e d s p e e d r a n g e . O p e r a t i o n a b o v e n o n n a l s u p p l y f r e q u e n c y ( 5 0 H z ) i s u s u a l l y o n l y p o s s i b l e a t r e d u c e d p o w e r . O p e r a t i o n a t l o w f r e q u e n c y a n d h i g h t o r q u e c a n c a u s e t h e m o t o r t o o v e r h e a t d u e t o l a c k o f c o o l i n g . • C h e c k o v e r l o a d p e r f o r m a n c e . T h e i n v e r t e r w i l l l i m i t c u r r e n t t o 1 5 0 o r 2 0 0 % o f f u l l c u r r e n t v e r y q u i c k l y - a s t a n d a r d , f i x e d s p e e d m o t o r w i l l t o l e r a t e t h e s e o v e r l o a d s . • Q u i c k s t o p p i n g i s n e e d e d ? I f s o , c o n s i d e r b r a k i n g f a c i l i t i e s p r o v i d e d w i t h t h e d r i v e . • I s i t n e e d e d t o o p e r a t e w i t h c a b l e s l o n g e r t h a n 5 0 m , o r s c r e e n e d o r a n n o r e d c a b l e s l o n g e r t h a n 2 5 m ? I f s o , i t m a y b e n e c e s s a r y t o d e - r a t e , o r f i t a c h o c k t o c o m p e n s a t e f o r t h e c a b l e c a p a c i t a n c e . 4 . 3 . 1 S u p p l y s i d e r e q u i r e m e n t s I n o r d e r t o a c h i e v e r e l i a b l e o p e r a t i o n , t h e m a i n p o w e r s u p p l y t o t h e i n v e 1 1 e r s y s t e m m u s t b e s u i t e d t o t h e i n v e r t e r a n d t h e a n t i c i p a t e d p o w e r s u p p l i e d . T h e f o l l o w i n g p o i n t s s h o u l d b e c o n s i d e r e d . S C ! e c t i o n o f a M o t o r D r i v e 4 7 4 . 3 . 1 . 1 S u p p l y T o l e r a n c e T h e i n v e r t e r s a r e d e s i g n e d t o o p e r a t e o n a w i d e r a n g e o f s u p p l y v o l t a g e a s f o l l o w s . L o w v o l t a g e u n i t s H i g h v o l t a g e u n i t s V c r y L o w v o l t a g e u n i t s 2 0 8 - 1 4 0 V + / - 1 0 % i . e . 1 8 7 - 2 6 4 V 3 8 0 - S O O V + / - 1 0 % i . e . 3 4 2 - 5 5 0 V 5 2 5 - 5 7 5 V + / - 1 0 % i . e . 4 7 2 - 6 3 3 V I n v e r t e r s w i l l o p e r a t e o v e r a s u p p l y f r e q u e n c y o f 4 7 - 6 3 H z 4 . 3 . 1 . 2 S u p p l y D i s t u r b a n c e T h e i n v e r t e r s a r e d e s i g n e d t o a b s o r b h i g h l e v e l o f s u p p l y d i s t u r b a n c e - f o r i n s t a n c e , v o l t a g e s p i k e s u p t o 4 k V . H o w e v e r , t h e a b o v e e q u i p m e n t c a n c a u s e p o w e r s u p p l y d i s t u r b a n c e s i n e x c e s s o f t h i s . I t w i l l b e n e c e s s a r y t o s u p p r e s s t h i s i n t e r f e r e n c e - p r e f e r a b l y a t s o u r c e - o r a t l e a s t b y t h e i n s t a l l a t i o n o f a n i n p u t c h o k e i n t h e i n v e r t e r s u p p l y . E M C f i l t e r s d o n o t s u p p r e s s d i s t u r b a n c e s w i t h t h i s l e v e l o f e n e r g y : o v e r v o l t a g e p r o t e c t i o n p r o d u c t s s u c h a s m e t a l o x i d e v a r i s t o r s s h o u l d b e c o n s i d e r e d . D a m a g e c a n a l s o b e c a u s e d b y l o c a l s u p p l y f a u l t s a n d t h e e f f e c t s o f e l e c t r i c a l s t o n n s . I n a r e a s w h e r e t h e s e a r e e x p e c t e d , s i m i l a r p r e c a u t i o n s a r e r e c o m m e n d e d . 4 . 3 . 1 . 3 U n g r o u n d e d s u p p l i e s C e r t a i n i n d u s t r i a l i n s t a l l a t i o n s o p e r a t e w i t h s u p p l i e s t h a t a r e i s o l a t e d f r o m t h e p r o t e c t i v e e a r t h ( I T s u p p l y ) . T h i s p e r m i t s e q u i p m e n t t o c o n t i n u e t o r u n f o l l o w i n g a n e a r t h f a u l t . H o w e v e r t h i s i n v e r t e r i s d e s i g n e d t o o p e r a t e o n g r o u n d e d s u p p l i e s a n d a r c f i t t e d w i t h i n t e r f e r e n c e s u p p r e s s i o n c a p a c i t o r s b e t w e e n t h e s u p p l y a n d g r o u n d . H e n c e o p e r a t i o n o n u n g r o u n d e d s u p p l i e s m u s t b e r e s t r i c t e d . S e l e c t i o n o f ' a i v f o t o r D r i v e 4 8 4 . 3 . 1 . 4 L o w f r e q u e n c y H a r m o n i c s T h e i n v e r t e r c o n v e r t s t h e A C s u p p l y t o D C u s i n g a n u n c o n t r o l l e d d i o d e r e c t i f i e r b r i d g e . T h e D C l i n k v o l t a g e i s c l o s e t o t h e p e a k A C s u p p l y v o l t a g e , s o t h e d i o d e s o n l y c o n d u c t f o r a s h o r t t i m e a t t h e p e a k o f t h e A C w a v e f o r m . T h e c u n e n t w a v e f o r m t h e r e f o r e a s a r e l a t i v e l y h i g h R M S v a l u e a s a h i g h c u n c n t f l o w s f r o m t h e s u p p l y f o r a s h o r t t i m e . T h i s m e a n s t h a t t h e c u n e n t w a v e f o r m i s c o n s i s t s o f a s e r i e s o f l o w f r e q u e n c y h a n n o n i c s , a n d t h i s m a y i n t u m c a u s e v o l t a g e h a m 1 o n i c d i s t o r t i o n , d e p e n d i n g o n t h e s u p p l y i m p e d a n c e . S o m e t i m e s t h e s e h a r m o n i c s n e e d t o b e a s s e s s e d i n o r d e r t o e n s u r e t h a t c c 1 1 a i n l e v e l s a r e n o t e x c e e d e d . E x c e s s i v e h a n n o n i c l e v e l s c a n c a u s e h i g h l o s s e s i n t r a n s f o m 1 c r s , a n d m a y i n t e r f e r e w i t h o t h e r e q u i p m e n t . l n a n y c a u s e , t h e r a t i n g a n d s e l e c t i o n o f c a b l i n g a n d p r o t e c t i o n e q u i p m e n t m u s t t a k e i n t o a c c o u n t t h e s e h i g h R M S l e v e l s . 4 . 3 . 2 M o t o r l i m i t a t i o n s T h e m o t o r s p e e d i s d e t e m 1 i n e d m a i n l y b y t h e a p p l i e d f r e q u e n c y . T h e m o t o r s l o w s d o w n a l i t t l e a s t h e l o a d i n c r e a s e s a n d t h e s l i p i n c r e a s e s . I f t h e l o a d i s t o o g r e a t t h e m o t o r w i l l e x c e e d t h e m a x i m u m t o r q u e a n d s t a l l o r ' p u l l o u t ' . M o s t m o t o r s a n d i n v e 1 1 e r s w i l l o p e r a t e a t 1 5 0 % l o a d f o r a s h o r t t i m e , f o r i n s t a n c e , 6 0 s e c o n d s . T h e m o t o r i s u s u a l l y c o o l e d b y a b u i l t i n f a n t h a t r u n s a t m o t o r s p e e d . T h i s i s d e s i g n e d t o c o o l t h e m o t o r a t f u l l l o a d a n d b a s e s p e e d . C o o l i n g m a y b e i n a d e q u a t e , i f i t r u n s a t l o w s p e e d a n d f u l l t o r q u e . 4 . 3 . 3 L o a d c o n s i d e r a t i o n s T h e i n v e r t e r a n d m o t o r r e q u i r e m e n t s a r e d e t e r m i n e d b y t h e s p e e d r a n g e a n d t o r q u e r e q u i r e m e n t s o f t h e l o a d . T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n S p e e d a n d T o r q u e i s d i f f e r e n t f o r d i f f e r e n t l o a d s . M a n y l o a d s c a n b e c o n s i d e r e d t o b e c o n s t a n t t o r q u e l o a d s , s u c h a s c o n v e y e r s , c o m p r e s s o r s , p o s i t i v e d i s p l a c e m e n t p u m p s . S e l e c t i o n o l a . ' v ! o t o r D r i v e 4 9 4 . 3 . 4 A c c e l e r a t i o n a n d b r e a k i n g r e q u i r e m e n t s I f t h e l o a d h a s h i g h i n e r t i a a n d t h e r e i s a r e q u i r e m e n t f o r f a s t a c c e l e r a t i o n o r b r e a k i n g , t h e l o a d d u e t o t h e i n e r t i a m u s t b e c o n s i d e r e d . D u r i n g a c c e l e r a t i o n , a d d i t i o n a l t o r q u e w i l l b e n e e d e d . T h e t o t a l t o r q u e n e e d e d w i l l b e t h e s u m o f t h e s t e a d y s t a t e t o r q u e a n d t h i s a d d i t i o n a l t o r q u e . 4 . 3 . 5 E n v i r o n m e n t a l C o n s i d e r a t i o n s A n i n v c t 1 e r i s d e s i g n e d f o r o p e r a t i o n i n a n i n d u s t r i a l e n v i r o n m e n t . H o w e v e r t h e r e a r c c e r t a i n l i m i t a t i o n s w h i c h m u s t b e c o n s i d e r e d . S o m e i m p m 1 a n t p o i n t s a r c a s f o l l o w s . • T h e a i r f l o w t h r o u g h t h e i n v e r t e r s h o u l d n o t b e b l o c k e d b y w i r i n g e t c . • T e m p e r a t u r e o f a i r d o e s n o t e x c e e d 5 0 ° C . • I P r a t i n g o f t h e i n v e r t e r t o s u i t w i t h t h e e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n . • T h e i n v e r t e r s a r e d e s i g n e d f o r f i x e d i n s t a l l a t i o n a n d n o t d e s i g n e d t o w i t h s t a n d e x c e s s i v e s h o c k a n d v i b r a t i o n . • T h e i n v e r t e r w i l l b e d a m a g e d b y c o r r o s i v e a t m o s p h e r e s . • A t t e n t i o n f o r E l e c t r o m a g n e t i c C o m p a t i b i l i t y ( E M C ) . S e l e c t i o n o f a l v f o ! O r D r i v e 5 0 C h a p t e r 5 S e l e c t e d M o t o r D r i v e 5 . 1 S I E M E N S M I C R O M A S T E R 4 4 0 T h e M I C R O M A S R E T 4 4 0 s [ 1 0 ] a r e f r e q u e n c y i n v e r t e r s f o r s p e e d a n d t o r q u e c o n t r o l o f t h r e e p h a s e A C m o t o r s . T h e v a r i o u s m o d e l s a v a i l a b l e c o v e r t h e p e r f o n n a n c e r a n g e f r o m 1 2 0 W t o 2 0 0 k W . T h e i n v e r t e r s a r c m i c r o p r o c e s s o r - c o n t r o l l e d a n d s t a t e - o f - t h e a r t I n s u l a t e d G a t e B i p o l a r T r a n s i s t o r s ( I G B T ) t e c h n o l o g y . T h i s m a k e s t h e m r e l i a b l e a n d v e r s a t i l e . A s p e c i a l p u l s e - w i d t h m o d u l a t i o n m e t h o d w i t h s e l e c t a b l e P u l s e f r e q u e n c y p e n n i t s q u i e t m o t o r o p e r a t i o n . C o m p r e h e n s i v e p r o t e c t i v e f u n c t i o n s p r o v i d e e x c e l l e n t i n v e r t e r a n d m o t o r p r o t e c t i o n . T h e M I C R O M A S T E R 4 4 0 w i t h i t s d e f a u l t f a c t o r y s e t t i n g s , i t i s s u i t a b l e f o r a m a n y v a r i a b l e m o t o r a p p l i c a t i o n s . U s i n g f u n c t i o n a l l y M I C R O M A S T E R 4 4 0 c a n b e u s e d b o t h ' s t a n d - a l o n e ' a p p l i c a t i o n s a s w e l l a s b e i n g i n t e g r a t e d i n t o ' A u t o m a t i o n S y s t e m s ' . F i g u r e 5 . 1 s h o w s o u t s i d e a p p e a r a n c e o f t h e d r i v e a n d F i g u r e 5 . 2 s h o w s t h e b l o c k d i a g r a m . T a b l e 5 . 1 d e s c r i b e s t h e P e r f o n n a n c e r a t i n g o f t h e d r i v e . F i g u r e 5 . 1 - S I E M E N S M I C R M A S T E R 4 4 0 ----~-~ - - - - ~~--~---- S e l e c t e d m o t o r d r i 1 · e 5 1 5 . 1 . 1 B l o c k d i a g r a m , - - - - - - - - - - o , - - + 1 0 v ~ 4 7 k n 1 0 E x t e r n a l 2 4 V C I N 1 - - - - ( ) 5 1 1 D I N 1 + _Ql_~~-() 6 _QI_~}-o, D I N 4 - - - - v 8 _QII~?_., 1 6 __121:"!~-<> 1 7 D I N 2 D I N 3 D I N 4 D I N 5 1 6 D I N G 1 7 f - 2 4 V - - - - - - < > F N p O u t p u t + 2 4 V ,-----------o---~ax.100 r n A : o r 9 ( I s o l a t e d ) : I I P N O u t p u t 0 V - - - - - - - - - - - o - - - m a x 1 0 0 m A 2 8 2 8 P T C A ( I s o l a t e d ) ~~~r ~----::::~ K T Y 8 4 f C _ _ _ _ _ _ 1 5 D A C 1 + o - 2 0 m A , ; ; : - - - - - - - - - - . . . . . 1 2 m a x 5 0 0 J . l ~-------- D A C 1 - 1 3 · z o R e l a y 1 o . • N O 3 0 V D C I 5 A ( r e s i s t i V e ) ~ - 2 2 2 E O V A C / 2 A ( I n d u c t i v e ) R e l a y 2 0 N O I 2 1 I C O M ' 2 5 I R e l a y 3 : N O ~ : > c b a u l o m a t 1 c C P U P E =======~~;::::::===== 1 1 3 A C 2 0 0 - 2 4 0 V 3 A C 3 8 0 - 4 8 0 V 3 A C 5 0 0 - 6 0 0 V B O P i i t D J l 1 _ . . . . , . R S 2 3 2 r moo~ . . . . . . P E S l l / L 1 . N f l 2 c r l / L 1 N f l 2 L 3 o r L 1 L 2 L 3 : · · - , : R : ~, _ _ : c 0 c u ~§ , F r a m e s i z e s F X a n d G X • I ~- ' " D ~ 0 ~~ ' - - . . - - -~ . . · - - - · ; ; .~oooo:: 1 i O t P s w i t c h ( o n C o t t t t c l ~ard} A D C A D C Cllr!'~nt • • D I P S W i t c h Q.2QmA~ 1 ~ 2 0 _ 1 0 V C ] C ] ( o n 1 / 0 B o a r d ) v a t a g 9 1 2 3 - ~~ w E F i g u r e 5 . 2 - B l o c k d i a g r a m o f t h e d r i v e S e l e c t e d m o t o r d r i v e 5 2 5 . 1 . 2 P e r f o r m a n c e r a t i n g F e a t u r e t / . : 1 ; r : ~ ; : : . 1 ! = % r : : ; ; t , · · : g ·~'oft,:l:gc D P o - t c · ( • : 9~1r.gc-; J r . · .;··n~'H U 1 1 c : l < ' P : : i Tr~tq!Jf• :~ap.Jb!idJ ' • / a : ; , ; J t : . . : c f D ' ( l U ( ! S p e c U 1 c a t 1 o o l A C 2 0 C t o ~~~0 \ ' 1 0 \ . \ , 3 . A C J O t : < > 2~!0 \ / 1 J J ~'\C 3 8 C ~() - . 1 , 3 ( ) \ ' ! G , } A C 5 0 C ~,,, S O O 1 / 1 8 · · c ; , · l T t o 6 : : ! · H z 0 H z t o 6 5 0 1 - z 0 9 5 r·r~}rT¥..:· 1.'1·~·~~~ , • \ 1 ' ) ~ ;:·r;~~'()t~ -~~~zt~~. ~:x . ) n : i c ; _ : , o : : ;~ x , l f ' J c _ ; x . F r , : J " ' l l ( ' S , z c · < . . · / . . , t o F C T 0 1 2 k ' / ' - . / ~~.0 J . , \ / ' : . t , 0 ' 6 h p ~H)r C T 0 ~; k·~\'- ~50 k V \ i "lr~ 1 v - c \ s o ¥ . • / ' , . 1 - ~s c : k V J ' i p i C l 0 . 3 ' 7 ~.\\' 2 0 C = k V \ 1 .0.~·0 h p : ? 6 8 \i~ 7 . 5 C ~:.'/\i » · 2 5 0 b . \ ' 1 0 . 0 h : J J~-;:;. •);;:~I C T 0 . 7 : . . k \ \ / : · s o t . : ' / • / , 1 ~:john-· · c 1 c ' ) 0 · \ / . . . . 1 5 { > k~\ 1 - f j ( l _ S . k i . - \ > : 2 . 0 0 r w - • ? C ; ~);:.. 1 ~)) ' > ; : J < t - r h < , . t S ! f , : l 1 3 8 i . ~.,·/ei'J' s , ) t ) · j ? ~ ~~·,::nl>D31 G U ! r . . < L t C..Jncn~, u : : = : - J '·*~ ' . . : - 1 - . : " ' > f C ' ' ' f : ; : < . N n · 1 1 W , ' : i ; O l . 1 ; ) , i t (,u·r~.._>r·! 1 1 F : . t } : C " · 1 · 3 C ( J ~, . H 1 d l - 8 " . . , k ) ' ' l i l . . . . . . , : J . Dutp~Jt ? > ~'" ( · · - ; r : r y · 3 ( ; - C ~ l ~ ~ N o m F ! . l l o u q : - ; n ( > r . • 1 f · : · r ~c 1 , v f , - : ; r I , } G : . • : • . · ( · ' ' / : • { ) ' J ~, . . w : : l 0 y c : l c · ~1me P < . l l · ; - c rtc•qLc~oc_,, t"\•<:..lk:qJ•~ G-u~pu! S e l e c t e d m o t o r d r i v e l ! l • "~<:.tlw·,:J -:.)~.rput - . . : . · u r r ( · n t ; ; ~: i . : , . l ) ' : " ; , s . c · , · - c · : ' 1 J ; ) C : . F r : a · r t ( • ~·~;d'C<'S F A . J n d C A 1 1 "'~Jon1~-~:al ou~put ,_:-u~ent ( ' - 0 I t ! - . ; n i : l t c . . d f " r u "TT~J S1.rc~ / < . t v E F r a : - - r H ) S : ; : : : e r : /:r;~.·t1f• ~-~:lf~, \ ' : ! . : l n d c ; ; ' \ ~;·8 : . < - < : · , · , - : : r y ~~CJ -. . . . a r v j ~.:,~nll . . ' < ( i <-·~.rp~jt 30S~~ e ' - : c . . : r y ~ 5 : : ; ~ \ ' · ° C • . : r - t r c : . ( ' l . - t p u t tf!.)fl:J~HI:,"i [ ; < + N • : : - : i H I ( ) f - - < . 7 ,)n~j " i . ( rc~ ~ - : : d t " < . ) ' L l i ' H ' ! J r V . f c - : : • n t r o l - . _ _ ; r . . : < H V f c , J n t r 0 i V . ' ! t h F C . C P : ) l a t · . : ; ! c \ l ~ • : t > r ' H < . : d r/.;.,lti·\>.-::.;t~t \ i f c - D r ' 1 r c - i \ / , f c c n t ! C h f - ' : • r ~c d i : L " " a p p ! c < n ' • i ~ c ; : _ . r t r o i w r : r ; F C : : . h . : ; , - h ' . ' \ t i - C · OJp;:dl..;_-~)~'c:Or''..:< \ / ~ ! _ ; : o r ' ! 1 < ' - . 1 : v~:th l r ' d t - f : , ' > { ; - f i d L • ' l t ',':)lt.J·~J(' ·~etp0111t. ' 1 . / ( ; < , : t , ; H ( : - ; ; t ' ! t ( ; - 1 {I>Jt~hl1 t t < : t > U - t ' f ' l ' Y bf:~'N('f:t· · i . t < H d : ' O f . } H , z :_:;f•"";·f.<.::f'r:~.·:. \/~112.tor C•)r~trcl \.'·-~::!:Y . . . . o q u < ' - ~:j:)~;_~(· : j ·:li~,..j E n . . . : o u e r ; - e c • d b ; ) : : : : . h : T o r c : u c cc>n~'o! -..-.~n- E n o : · d . . - : : - r For:C'b;;<_~; C r . J ' T l t ' S 1 , ; : : 0 ' - > l • . L < C F r a . ' ' i ' i O S 1 z o s A t : : ) F Fr;~.'1~f· ~).l!'·~. ,H~J ( ; ; ' ( l - J A C 2 0 0 \ ; ' t o 5 , 5 k V \ ' ( S 1 . J r ' d - , J i d t 6 -"-H~­ < : : . · t h : · r f > : . - , - ; . - . : r · ; , . . : J ~~,d \ • C t . l g 0·~ ~: k - i z t t : : > 1 6 k - 1 ; : : < ? k H . z s t r : < p $ _ : tSL:trc.:u~J 4 k ' · ' i : n C ' U \ " / ( ' f l - , H l ~)~'-'P•··~ ,·.:.;~and~H~_j : 2 o.::r~~~ • , V r ; ~ k H , ; ;(_~ . . . ! l ; : . { ; ( : " " . J b k : !~ / i . / : / . / ! - v o l t a g e c o n t r o l r a n g e - i . . F 1 e l d c o n t r o l r a n g e . j ' ' ' I f . , f n , - - - - - - _ j F i g u r e 5 . 3 - C h a r a c t e r i s t i c s o f a n i n d u c t i o n m o t o r w h e n f e d f r o m a d r i v e i n v e r t e r 5 . 2 . 2 J O G f u n c t i o n T h e J O G f u n c t i o n [ 1 O J i s u s e d a s f o l l o w s . • T o c h e c k t h e f u n c t i o n a l i t y o f t h e m o t o r a n d d r i v e i n v e r t e r a f t e r c o m m i s s i o n i n g h a s b e e n c o m p l e t e d ( t h e t r a v e r s i n g m o t i o n , c h e c k i n g t h e d i r e c t i o n o f r o t a t i o n , e t c . ) • P o s i t i o n i n g a d r i v e / a d r i v e n l o a d i n t o a s p e c i f i c p o s i t i o n • T r a v e r s i n g d r i v e , e . g . a f t e r a p r o g r a m h a s b e e n i n t e n u p t e d T h e d r i v e i s t r a v e r s e d u s i n g t h i s f u n c t i o n b y e n t e r i n g f i x e d f r e q u e n c i e s P l 0 5 8 , P l 0 5 9 l l l ] . T h e J O G m o d e c a n b e s e l e c t e d e i t h e r u s i n g t h e o p e r a t o r p a n e l , d i g i t a l i n p u t s o r a l s o v i a t h e s e r i a l i n t e r f a c e s . A n O N / O F F c o m m a n d i s n o t u s e d t o m o v e t h e d r i v e , b u t w h e n t h e " J O G k e y s " a r e p r e s s e d . P l O S S a n d P 1 0 5 6 a r e u s e d f o r J O G r i g h t a n d J O G l e f t s i m u l t a n e o u s l y . - - - - S e l e c t e d m o t o r d r i v e 5 5 I f b o t h J O G k e y s a r e s i m u l t a n e o u s l y p r e s s e d , t h e n t h e i n s t a n t a n e o u s f r e q u e n c y i s k e p t ( c o n s t a n t v e l o c i t y p h a s e ) a n d a l a r m A 0 9 2 3 i s o u t p u t . W h e n a k e y p r e s s e d , t h e d r i v e i n v e r t e r a c c e l e r a t e s t h e m o t o r t o t h e f i x e d f r e q u e n c y i n t h e t i m e e n t e r e d i n P 1 0 6 0 [ 1 1 ] . T h i s f r e q u e n c y i s o n l y e x i t e d a f t e r t h e k e y h a s b e e n c a n c e l l e d a n d t h e d r i v e b r e a k s d o w n t o 0 H z i n t h e t i m e e n t e r e d i n P 1 0 6 1 [ 1 1 ] . [ _ ~~~-__] ~ I C B C O M l z n k 1 J O G r z g h t f P 1 i i 5 5 l " 0 " - - ~ A 0 9 2 3 I : : : A 0 9 2 3 J O G l e f t " 1 " - - - - - - - + - - I ! i - - + - - - - ~ . 1 0 1 f i i I I I I - - - - - - - - - r - · - - - - - - - r - - - - - - - · · t t - - r · - · · r · - - - - - - - - - · - r · · - ---------~--------------i------------+-:-··'t· - - - - - - - - - - - - + - · · . " " ' " . . . . . . J l : ! . - 1 , , - - t i i i l . U l , - P 1 0 8 2 . . . . . . . . 1 8 . . . . . . . . . . . + w + . . . " ' . . . . . . . . . . - " ' i . . . . ; . . ; . . . . . . . . . . i . . . . . . . . . . . . . > . . . . . . + . . ; . . . o · t a t o o · · , · · . . c t c t c t n : F i g u r e 5 . 4 - J O G c o u n t e r - c l o c k w i s e a n d J O G c l o c k w i s e J O G t i • p 1 0 8 2 . . . . . . . . . . . . . . . J . . . . ~ . . -~ . . . I f i ~f1m~~8 . . . . . . . . . . . . . . . . ! / · / ! ! \ \ 0 I I I : - p 1 0 6 0 - i i - - P 1 0 6 1 - - - - - - . ! F i g u r e 5 . 5 - J O G r a m p u p a n d r a m p d o w n p 1 0 5 8 : J O G f r e q u e n c y r i g h t : F r e q u e n c y i n H z w h e n t h e m o t o r i s r o t a t i n g c l o c k w i s e i n t h e j o g m o d e . F i g u r e 5 . 4 p 1 0 5 9 : J O G f r e q u e n c y l e f t : F r e q u e n c y i n H z w h e n t h e m o t o r i s r o t a t i n g c o u n t e r - c l o c k w i s e i n t h e j o g m o d e . F i g u r e 5 . 4 - - - - - - - - - - - - . . . . - - - - - - - - - - - S e l c c t i ' d m o t o r d r i v e 5 6 p 1 0 6 0 : R a m p - u p t i m e : R a m p u p t i m e i n s f r o m 0 t o t h e m a x i m u m f r e q u e n c y ( p 1 0 8 2 ) . J o g r a m p - u p i s l i m i t e d b y p 1 0 5 8 o r p 1 0 5 9 . F i g u r e 5 . 4 & 5 . 5 p 1 0 6 1 : R a m p - d o w n t i m e i n s f r o m t h e m a x i m u m f r e q u e n c y ( p 1 0 8 2 ) t o 0 . F i g u r e 5 . 5 5 . 2 . 3 A n a l o g I n p u t s ( A D C ) N u m b e r : 2 F e a t u r e s : - C y c l e t i m e 4 m s - r e s o l u t i o n 1 0 b i t s - a c c u r a c y 1 % r e f e r r e d t o 1 O V / 2 0 m A - e l e c t r i c a l f e a t u r e s i n c o r r e c t p o l a r i t y p r o t e c t i o n , s h o r t - c i r c u i t p r o o f A n a l o g s e t p o i n t s , a c t u a l v a l u e s a n d c o n t r o l s i g n a l s a r e r e a d - i n t o t h e d r i v e i n v e r t e r u s i n g t h e a p p r o p r i a t e a n a l o g m p u t s a n d a r e c o n v e r t e d i n t o d i g i t a l s i g n a l s / v a l u e s u s i n g t h e A D C c o n v e r t e r . T h e s e t t i n g a s t o w h e t h e r t h e a n a l o g i n p u t i s a v o l t a g e i n p u t ( 1 O V ) o r a c u r r e n t i n p u t ( 2 0 m A ) m u s t b e s e l e c t e d u s i n g t h e 2 s w i t c h e s D I P 1 ( 1 , 2 ) o n t h e l / 0 b o a r d a s w e l l a s a l s o u s i n g p a r a m e t e r P 0 7 5 6 . F o l l o w i n g F i g u r e 5 . 6 s h o w s t h e c o n n e c t i o n e x a m p l e f o r A D C v o l t a g e / c u r r e n t i n p u t . V o l t a g e 1 n p u t ~---OKL1 1 0 V > 4 7 k~l K L 2 0 V I . K U A D C • A . K L 4 A D C - K L 1 0 ~DC+ I A K L 1 1 A D C - - - - C u r r e n t i n p u t Q K L 1 1 0 V 6 K L 2 I o v A . K L 3 A D C + 0 . . 2~ F i g u r e 5 . 6 - t w o A D C c h a n n e l s , c o n n e c t i o n e x a m p l e f o r A D C - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - S e l e c T e d m o t o r d r i 1 • c 5 7 5 . 2 . 4 D i g i t a l i n p u t s ( D I N ) N u m b e r : 6 + 2 F e a t u r e s : - C y c l e t i m e 2 m s - s w i t c h - o n t h r e s h o l d 1 0 . 6 V - s w i t c h - o u t t h r e s h o l d 1 0 . 6 V - a c c u r a c y 1 % r e f e r r e d t o 1 O V / 2 0 m A - e l e c t r i c a l f e a t u r e s e l e c t r i c a l l y i s o l a t e d , , s h o r t - c i r c u i t p r o o f E x t e m a l c o n t r o l s i g n a l s a r e r e q u i r e d f o r a d r i v e c o n v e r t e r t o b e a b l e t o o p e r a t e a u t o n o m o u s l y . T h e s e s i g n a l s c a n b e e n t e r e d v i a a s e r i a l i n t e r f a c e a s w e l l a s a l s o v i a d i g i t a l i n p u t s . M I C R O M A S T E R h a s 6 d i g i t a l i n p u t s w h i c h c a n b e e x p a n d e d t o a t o t a l o f 8 b y u s i n g t h e 2 a n a l o g i n p u t s . T h e i n p u t s , a s f a r a s t h e i r a s s i g n m e n t , c a n b e f r e e l y p r o g r a m m e d t o c r e a t e a f u n c t i o n . P o s s i b l e s e t t i n g s o f t h e i n d i v i d u a l i n p u t s a r e l i s t e d i n t h e f o l l o w i n g T a b l e 5 . 2 P a r a m e t e r v a l u e S i g n i f i c a n c e 0 D i g i t a l i n p u t d i s a b l e d ~-- ---~~-------- ---~- 1 O N / O F F ! I I L - 2 O N + r e v e r s e / O F F 1 - - - - - ~------ 3 O F F 2 - c o a s t t o s t a n d s t i l l 4 O F F 3 - q u i c k r a m p - d o w n 9 F a u l t a c k n o w l e d g e f - - - - ---~--~-- ----~--- 1 0 J O G r i g h t 1 1 J O G l e f t I 1 2 R e v e r s e 1 3 M O P u p ( i n c r e a s e f r e q u e n c y ) I 1 4 M O P d o w n ( d e c r e a s e f r e q u e n c y ) ~- -~---~-------- ~ I 1 5 F i x e d s e t p o i n t ( d i r e c t s e l e c t i o n + O N ) I 1 7 F i x e d s e t p o i n t ( b i n a r y - c o d e d s e l e c t i o n + O N ) I ! I I 2 5 E n a b l e D C b r e a k i n g I I I I 2 9 I E x t e r n a l t r i p - - - - - - - - - S e l e c t e d m o t o r d r i v e 5 8 3 3 D i s a b l e a d d i t i o n a l f r e q u e n c y s e t p o m t ·~ 9 9 E n a b l e B I C O p a r a m e t e r i z a t i o n T a b l e 5 . 2 - P o s s i b l e s e t t i n g s o f t h e i n d i v i d u a l i n p u t s . 5 . 2 . 5 D i g i t a l o u t p u t s ( D O U T ) N u m b e r : 3 F e a t u r e s : - C y c l e t i m e l m s B m a r y s t a t e s i n t h e d r i v e c a n b e o u t p u t v i a t h e d i g i t a l o u t p u t s . A s r e s u l t o f t h e f a s t c y c l e t i m e , i t i s p o s s i b l e t o c o n t r o l e x t e r n a l d e v i c e s a n d t o d i s p l a y t h e s t a t e i n r e a l t i m e . I n o r d e r t h a t h i g h e r p o w e r c a n a l s o b e o u t p u t , t h e i n t e r n a l s i g n a l ( T T L l e v e l ) i s a m p l i f i e d u s i n g a r e l a y . F i g u r e 5 . 7 R e l a y : M a x i m u m o p e n i n g / c l o s i n g t i m e : 5 / 1 0 m s V o l t a g e I c u r r e n t : 3 0 V D C I S A ; 2 5 0 V A C I 2 A , 1 F c t o f O O U T 2 ~0732 c S e l e c t e d m o t o r d r i v e I n v e r t D O U T s 0 7 P 0 7 4 8 ( O J I n v e r t D O U T s 0 P 0 7 4 8 ( 0 ) I n v e r t D O U T s 0 7 P 0 7 4 8 ( 0 ) C C / 8 0 S t a t e D O J T s C O / B O S t a t e D O U T s ' , $ · F i g u r e 5 . 7 - R e l a y o u t p u t s I I c : m t · K I 2 0 l N O ~ K l 1 9 \ , - - - - - y r N C ~ K I 1 S I c o r r l ~KI22 N O I . \ , - - - - < ) K l 2 1 I I I ~OI~b K l :2~ . r ~~KI24 r " ' ' , ~KI23 I 5 9 5 . 2 . 6 T h e r m a l m o t o r p r o t e c t i o n a n d o v e r l o a d r e s p o n s e T h e M I C R O M A S T E R 4 4 0 h a s a c o m p l e t e l y n e w i n t e g r a t e d c o n c e p t f o r t h e r m a l m o t o r p r o t e c t i o n [ 1 0 ] . T h e r e a r e n u m e r o u s p o s s i b i l i t i e s o f e f f e c t i v e l y p r o t e c t i n g t h e m o t o r b u t a t t h e s a m e t i m e e n s u r i n g h i g h m o t o r u t i l i z a t i o n . T h e b a s i c p h i l o s o p h y o f t h i s i n n o v a t e c o n c e p t i s t o d e t e c t c r i t i c a l t h e r m a l s t a t e s , o u t p u t w a r n i n g s a n d i n i t i a t e t h e a p p r o p r i a t e r e s p o n s e s . B y r e s p o n d i n g t o c r i t i c a l s t a t e s i t i s p o s s i b l e t o o p e r a t e t h e d r i v e t h e n n a l p o w e r l i m i t a n d t o a v o i d , u n d e r a l l c i r c u m s t a n c e s , a n i m m e d i a t e s h u t d o w n ( w h e r e t h e d r i v e i n v e r t e r i s t r i p p e d ) T h e r m a l m o t o r m o d e l a n d P T C t e m p e r a t u r e s e n s o r s a r e d i s c u s s e d u n d e r t h i s . 5 . 2 . 7 P o w e r m o d u l e p r o t e c t i o n 5 . 2 . 7 . 1 G e n e r a l o v e r l o a d m o n i t o r i n g J u s t t h e s a m e a s f o r m o t o r p r o t e c t i o n , M I C R O M A S T E R p r o v i d e s e x t e n s i v e p r o t e c t i o n f o r t h e p o w e r c o m p o n e n t s . T h i s p r o t e c t i o n c o n c e p t i s a l s o s u b - d i v i d e d i n t o 2 l e v e l s . • W a r n i n g a n d r e s p o n s e [ 1 O J • F a u l t s h u t d o w n [ 1 O J U s i n g t h i s c o n c e p t , a h i g h u t i l i z a t i o n o f t h e p o w e r m o d u l e c o m p o n e n t s c a n b e a c h i e v e d w i t h o u t t h e d r i v e i n v e r t e r b e i n g i m m e d i a t e l y s h u t d o w n . M o n i t o r i n g f u n c t i o n s a r e , Ima~ c o n t r o l l e r f o r V / f V d c m a x c o n t r o l l e r . G e n e r a l p r o t e c t i o n o f t h e p o w e r c o m p o n e n t s . • O v e r c u r r c n t / s h o r t c i r c u i t ( F O O O 1 ) • D C l i n k o v e r v o l t a g e ( F 0 0 0 2 ) • D C l i n k u n d e r v o l t a g e ( F 0 0 0 3 ) • L i n e p h a s e f a i l u r e d e t e c t i o n ( F 0 0 2 0 ) S e l e c t e d m o t o r d r i v e 6 0 T h e m o n i t o r i n g t h r e s h o l d s a r e p e r m a n e n t l y s a v e d i n t h e d r i v e i n v e 1 1 e r a n d c a n n o t b e c h a n g e d b y t h e u s e r . O n t h e o t h e r h a n d , t h e t h r e s h o l d l e v e l s f o r t h e " W a m i n g a n d r e s p o n s e " c o l u m n c a n b e m o d i f i e d b y t h e u s e r t o o p t i m i z e t h e s y s t e m . T h e s e v a l u e s h a v e d e f a u l t s e t t i n g s s o t h a t t h e " F a u l t a n d s h u t d o w n " t h r e s h o l d d o n o t r e s p o n d . 5 . 2 . 7 . 2 T h e r m a l M o n i t o r i n g f u n c t i o n s a n d o v e r l o a d r e s p o n s e s S i m i l a r t o m o t o r p r o t e c t i o n , t h e m a i n f u n c t i o n o f t h e t h e r m a l p o w e r m o d u l e m o n i t o r i n g [ 1 O J i s t o d e t e c t c r i t i c a l s t a t e s . P a r a m c t e r i z a b l e r e s p o n s e s a r c p r o v i d e d t o t h e u s e r w h i c h a l l o w s t h e d r i v e s y s t e m t o b e s t i l l o p e r a t e d a t t h e p o w e r l i m i t t h u s a v o i d i n g i m m e d i a t e s h u t d o w n . H o w e v e r , t h e p o s s i b i l i t i e s o f a s s i g n i n g p a r a m e t e r s o n l y i n v o l v e s i n t e r v e n t i o n s b e l o w t h e s h u t d o w n t h r e s h o l d w h i c h c a n n o t b e c h a n g e d b y u s e r s . M o n i t o r i n g f u n c t i o n s a r e 1 2 t m o n i t o r i n g ( r 0 0 3 6 ) : T h e l~t m o n i t o r i n g i s u s e d t o p r o t e c t c o m p o n e n t s w h i c h h a v e a l o n g t h e r n 1 a l t i m e c o n s t a n t i n c o m p a r i s o n t o t h e s e m i c o n d u c t o r s . A n o v e r l o a d r e f e r e n c e t o I 2 t i s p r e s e n t i f t h e d r i v e i n v e r t e r u t i l i z a t i o n r 0 0 3 6 i n d i c a t e s a v a l u e g r e a t e r t h a n 1 0 0 % ( u t i l i z a t i o n a s a % r e f e r r e d t o r a t e d o p e r a t i o n ) H e a t s i n k t e m p e r a t u r e ( r 0 0 3 7 [ 1 ] ) : T h e m o n i t o r i n g o f t h e h e a t s i n k t e m p e r a t u r e r 0 0 3 7 [ 0 ] o f t h e p o w e r s e m i c o n d u c t o r ( I G B T ) C h i p t e m p e r a t u r e : S i g n i f i c a n t t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e s c a n o c c u r b e t w e e n t h e b a r r i e r j u n c t i o n o f t h e I G B T a n d t h e h e a t s i n k . T h e s e d i t l e r e n c e s a r c t a k e n i n t o a c c o u n t b y t h e c h i p t e m p e r a t u r e r 0 0 3 7 [ 1 ] a n d m o n i t o r e d . W h e n a n o v e r l o a d o c c u r s r e g a r d i n g o n e o f t h e s e t h r e e m o n i t o r i n g f u n c t i o n s , i n i t i a l l y , a w a r n i n g i s o u t p u t . T h e w a r n i n g t h r e s h o l d P 0 2 9 4 ( 1 2 t m o n i t o r i n g ) S e l e c t e d 1 1 1 o t o r d r i 1 • e 6 1 a n d P 0 2 9 2 ( h e a t s i n k t e m p e r a t u r e a n d c h i p t e m p e r a t u r e m o n i t o r i n g ) c a n b e p a r a m e t e r i z e d r e l a t i v e t o t h e s h u t d o w n v a l u e s . 5 . 3 A t y p i c a l I n s t a l l a t i o n F i g u r e 5 . 8 d e m o n s t r a t e s a t y p i c a l i n s t a l l a t i o n [ 1 O J o f a n i n v e r t e r . S w i t c h g e a r s u s e d a r e e x p l a i n e d b e l o w . S u p p l y I s o l a t o r 5 . 3 . 1 S u p p l y C 1 r c u 1 t b r e a k e r o r f u s e E m e r g e n c y s t o p C o n t a c t o r C o n t r o l c o n n e c t 1 o n s I n v e r t e r F i g u r e 5 . 8 - A t y p i c a l i n s t a l l a t i o n o f a n i n v e r t e r . M M o t o r T h e s u p p l y m a y b e e i t h e r s i n g l e p h a s e o r t h r e e p h a s e , d e p e n d i n g o n t h e i n v e r t e r t y p e . T h e r e c o m m e n d e d w i r e s i z e s s h o u l d b e u s e d . 5 . 3 . 2 I s o l a t o r A n i s o l a t o r i s u s u a l l y r e q u i r e d f o r s a f e t y r e a s o n s . 5 . 3 . 3 C i r c u i t b r e a k e r o r F u s e s T h e p r o t e c t i o n r a t i n g i s b a s e d o n t h e i n p u t c u r r e n t a s s t a t e d i n t h e m a n u a l . T h e i n p u t c u r r e n t i s h i g h e r t h a n t h e o u t p u t c u r r e n t b e c a u s e t h e f o m 1 f a c t o r o f t h e c u r r e n t i s h i g h . D o n o t u s e f a s t a c t i n g c i r c u i t b r e a k e r s o r s e m i c o n d u c t o r f u s e s . M o t o r c i r c u i t b r e a k e r s a r c u s u a l l y r e c o m m e n d e d f o r u s e w i t h i n v e r t e r s . · - - - - - · - - - - S e l e c t e d m o t o r d r i 1 • e 6 2 I n r u s h c u r r e n t s o n t h e l a t e s t i n v e r t e r s a r e t y p i c a l l y o n l y t w o o r t h r e e t i m e s o f f u l l l o a d C U ! T e n t , s o n u i s a n c e t r i p p i n g i s l e s s o f a p r o b l e m . 5 . 3 . 4 C o n t a c t o r A c o n t a c t o r , w i t h a n e m e r g e n c y s t o p f u n c t i o n c o n n e c t e d m a y b e r e q u i r e d b o t h f o r a u x i l i a r y c o n t r o l a n d s a f e t y i s o l a t i o n . D o n o t u s e t h e c o n t a c t o r a s a s t o p s t m i f u n c t i o n . T h i s w i l l c a u s e u n n e c e s s a r y w e a r o n t h e c o n t a c t o r a n d t h e r e w i l l a l w a y s b e a s l i g h t d e l a y w h i l e t h e i n v e r t e r i n i t i a l i z e s . U s e t h e c o n t r o l t e n n i n a l s o r p u s h b u t t o n s t o d o t h i s . I t i s n o t p e n n i t t e d t o u s e t h e R u n / S t o p c o n t r o l o f t h e i n v e r t e r a s a n e m e r g e n c y s t o p f u n c t i o n . l t i s n o t r e c o m m e n d f i t t i n g a c o n t a c t o r b e t w e e n t h e o u t p u t o f t h e m v e r t e r a n d t h e m o t o r . 5 . 3 . 5 M o t o r M a n y m o t o r s , p a r t i c u l a r l y a t l o w p o w e r s , a r e d e s i g n e d f o r l o w v o l t a g e ( 2 3 0 V ) o r h i g h v o l t a g e ( 4 0 0 V ) o p e r a t i o n . T h e v o l t a g e i s u s u a l l y s e l e c t e d b y f i t t i n g l i n k s a t t h e m o t o r t e r m i n a l s . I n s t m c t i o n f o r l o w v o l t a g e ( s t a r ) c o n n e c t i o n o r h i g h v o l t a g e ( d e l t a ) c o n n e c t i o n a r e u s u a l l y s h o w n o n t h e i n s i d e o f t h e t e r m i n a l c o v e r . C l e a r l y a n i n v e r t e r w i t h a l o w v o l t a g e s i n g l e o r t h r e e p h a s e i n p u t w i l l p r o d u c e a l o w v o l t a g e t h r e e p h a s e o u t p u t , a n d t h e m o t o r s h o u l d b e c o n n e c t e d a c c o r d i n g l y . S e l e c t e d m o t o r d r i v e 6 3 C h a p t e r 6 P o w e r a n d C o n t r o l w i r i n g I n t h i s c h a p t e r , i t i s g o i n g t o d i s c u s s i n d e t a i l h o w t h e c o n t r o l s w i t c h g e a r o f e x i s t i n g s y s t e m i s m o d i f i e d t o a d a p t w i t h t h e n e w s y s t e m u s i n g t h e e x i s t i n g s w i t c h g e a r s . U s e r w i l l n o t f e e l a n y d i f f e r e n c e i n o p e r a t i o n , b e c a u s e s a m e o p e r a t i o n a l s w i t c h e s p e r f o n n t h e s a m e f u n c t i o n a s i t i s n o w . P a r a m e t e r i z a t i o n o f t h e A C d r i v e w i l l n o t d i s c u s s h e r e . F i g u r e 6 . 1 s h o w s t h e i n p u t s a n d o u t p u t s o f t h e e x i s t i n g D C c o n v e r t e r a n d F i g u r e 6 . 2 s h o w s t h e s a m e i n t h e p r o p o s e d A C d r i v e s y s t e m . G e n e r a l d e s c r i p t i o n o n c o n n e c t e d p a r t s a n d s u p p l y w i l l b e g i v e n b e l o w . F I E L D S U P P L Y A R M A T U R E S U P P L Y - R U N A D J . P O T J O G A D J . P O T T A C H O F E E D B A C K A C 3 P , I N - - -~1 I _ , _ I N I I i · - ' - - f _ _ J _ _ - . D C O U T - A R M A T U R E --~ D C O U T - F I E L D O U T ' ~ S P E E D D I S P L A Y F i g u r e 6 . 1 - I n p u t s / O u t p u t s o f t h e e x i s t i n g D C c o n v e r t e r P o 1 1 c r a n d C o n t r o l \ \ ' i r i n g 6 4 R U N A D J . P O T - - - - J O G P R E S E T S E L E C T O R - - - - - T A C H O F E E D B A C K - - - I - , _ , _ , - - I N A C 3 P . I N - _ _ , . I O U T c/_~ / ~/~ _ , . A C 3 P . O U T , . S P E E D D I S P L A Y F i g u r e 6 . 2 - I n p u t s / O u t p u t s o f t h e p r o p o s e d A C i n v e r t e r A C I N : C o m m e r c i a l s u p p l y , 3 < P , 4 0 0 V , 5 0 H z A C O U T : 3 < P , v a r i a b l e f r e q u e n c y v a r i a b l e v o l t a g e o u t R U N A D J . P O T : P o t e n t i o m e t e r f o r a d j u s t i n g r u n n i n g s p e e d J O G A D J . P O T : P o t e n t i o m e t e r f o r a d j u s t i n g j o g g i n g s p e e d T A C H O F E E D B A C K : S p e e d f e e d b a c k t o t h e d r i v e J O G P R E S E T S E L E C T O R : S e l e c t o r t o g e t d e s i r e d p r e s e t j o g g i n g s p e e d F I E L D S U P P L Y : A C s u p p l y t o D C c o n v e r t e r f o r f i e l d c o n t r o l A R M A T U R E S U P P L Y : A C s u p p l y t o D C c o n v e r t e r f o r A n n a t u r e c o n t r o l D C O U T - F I E L D : C o n v e r t e r D C o u t p u t t o f i e l d c o i l D C O U T - A R M A T U R E : C o n v e r t e r D C o u t p u t t o A m 1 a t u r e S P E E D D I S P L A Y : D i s p l a y f o r r u n n i n g r p m ( s h o w s n o o f p r o d u c t s o u t p e r m i n . ) 6 . 1 P o t e n t i o m e t e r 1 o v P o t e n t i o m e t e r i s a v a r i a b l e r e s i s t o r . W h i l e s l i d i n g c o n t a c t p o i n t m o v e s , i t g i v e s a v a r i a b l e v o l t a g e o u t p u t . I t i s h e r e i n t h e r a n g e o f O - l O V D C w h i c h c o n t r o l s t h e d r i v e r o u t p u t . F i g u r e 6 . 3 --~ S I G O V F i g u r e 6 . 3 - P o t e n t i o m e t e r P r m e r a n d C o n t r o l \ \ ' i r i n g 6 5 6 . 2 D C T a c h o G e n e r a t o r D C T a c h o g e n e r a t o r [ 3 ] i s a u n i t w h i c h g i v e s a c c u r a t e D C v o l t a g e o u t p u t p r o p o r t i o n a l t o s p e e d o f i t s m o v e r . I t i s w i d e l y u s e d i n a p p l i c a t i o n s f o r f e e d b a c k a n d d i s p l a y p u r p o s e s . S e e a p p e n d i x C f o r d a t a s h e e t o f D C T a c h o g e n e r a t o r . F o l l o w i n g s e c t i o n s w i l l d e s c r i b e t h e m o d i f i c a t i o n t h a t t h e e x i s t i n g c o n t r o l c i r c u i t s a r e u n d e r g o n e . A c c o r d i n g t o F i g u r e 6 . 4 [ 9 ] , i n a m 1 a t u r e c o n n e c t i o n s c o n t a c t o r 5 K 1 , F u s e 1 F l , i n f i e l d c o i l c o n n e c t i o n s c u r r e n t o v e r l o a d 1 Q 4 , c o n t a c t o r 5 K 4 , o v e r l o a d 1 Q S c a n b e r e m o v e d s i n c e t h e y a r e n o m o r e u s e . O v e r l o a d 1 Q 6 f o r c o o l i n g f a n c a n a l s o b e r e m o v e d . T h e n N / 0 a n d N / C c o n t a c t p o i n t s u s e d i n v a r i o u s p l a c e s i n d r a w i n g s h a v e t o b e i g n o r e d a n d m o d i f i e d a c c o r d i n g l y . F i g u r e 6 . 5 s h o w s a f t e r m o d i f i c a t i o n d o n e o n F i g u r e 6 . 4 . O u t p u t o f o v e r l o a d 1 Q 3 w i l l b e t h e A C i n p u t p o w e r o f t h e A C d r i v e w h i c h w i l l b e u s e d i n t h e p r o p o s e d s y s t e m . L 1 L 2 L 3 1 0 8 1 0 2 4 0 A 1 0 1 4 Q A . - , - - - - - - - - - - r - - - - - - - : - = - - - ; + - r - = - - - - - 1 I I I I i 1 0 4 • L ] L 1 1 L 2 . 1 L 3 . 1 ' ' ! 1 = - - - . J ~-' 1 0 - 1 6 A ~~:;:--~ 1 1 0 3 6 - 1 0 A ~3 + - . - - l i 5 2 1 , , ~ . ' J - - . - : : : : l > ~ N N N 5 K 1 = 1 F 1 ~-' ~ , , A - . - r t ::::J>~ ~~~ 5 K 4 ~ 1 I ! i , I ' I - - - - + L : : : : l > ( " ) N 1 A 1 C O N V E R T O R S I E M E N S • _ > J . . . . . - u o u 0 5 1 m . . . - - < D ( " " ) C " 1 " : : : - . . . . . - - + - \ - - - - - - ! l " - - : ( j . 5 - 1 • 1 3 · • - - - - - . . ) T A C H O 1 0 6 0 6 - 1 A 8 - · · - S W I T C H O N - C O N V E R T O R 1 5 S P E E D P O T E N T I O M E T E R 1 0 5 : - ; . , l s H U N T F I E L D C O I L A R M A T U R E F i g u r e 6 . 4 - D r a w i n g o f t h e e x i s t i n g c o n v e r t e r P m t e r a n d C o n t r o l w i r i n g j - - C O O L I N G F A N 6 6 L 1 L 2 L 3 1 0 8 1 0 2 1 0 1 4 0 A _ , . 4 0 A j - - · L 1 . 1 L 2 . 1 L 3 . 1 1 0 3 6 - 1 0 A : . : : J - ; , ! ' . ' T O A C D R I V E P O W E R I N F i g u r e 6 . 5 - M o d i f i e d d r a w i n g E x i s t i n g d i a g r a m i n F i g u r e 6 . 6 [ 9 ] a n d m o d i f i e d d i a g r a m i n F i g u r e 6 . 7 s h o w r e m o v a l o f 1 Q 4 , 1 Q 5 a n d 1 Q 6 f r o m c o n t r o l d i a g r a m s . N o t e t h a t , e x i s t i n g d i a g r a m i s u n d e r g o n e m o d i f i c a t i o n o n l y i n s i d e d o t t e d c a g e a n d s h o w n i n F i g u r e 6 . 7 3 0 7 -6A~r 2 2 0 V S 1 1 F 1 5 K 3 T L i m 1 t L 1 m 1 t \ 3 K 8 3 K 9 3 K 5 5 3 5 2 s w s w 1 A 1 u 1 0 3 3 K 7 " j-_~ z 1 0 4 I 0 ~ ] - 7 > 3 K 1 1 ~ ~ ' - ~ 1 0 5 3 K 8 . , _ , - , : ; 3 S 1 1 0 6 ' 3 K 9 I 3 K 6 [ 3 H 2 ! 3 H 3 1 3 K 1 J . - , 3 H 7 I 3 K 5 I 3 H 1 ' 3K~l. 3 H 4 1 ~Kq- 3 H 5 3 K 1 0 · ; ; : ;~ 9 . . , / X t N - - - - 1 - - - -·---~--------- P O W E : : R P O W E R I N F E E D L O A D O V E ' R L O A D E M E R G r ' : I ' \ C Y M O T O R ~EPDY T O 0 ' F A U I _ T C O N E Y O R O V E R L O A D C L U T C H S T O P O V E R L O A D S T A R f F i g u r e 6 . 6 - E x i s t i n g C o n t r o l d i a g r a m P ( } l t c r a n d C o l l t r o ! \ \ ' i r i n g 6 7 3 K 9 3 K 5 1 0 3 3 K 7 (~ 3 K 1 1 3 K 8 3 K 9 3 K 9 , _ 3 H 5 1 g 3 K 1 0~- 3 H 6 , _ ' , I M O T O R O V E R L O A D ' ? y ' I - _ _ l _ _ _ R E A D Y T O S T A R T F i g u r e 6 . 7 - M o d i f i e d p a r t o f t h e a b o v e d i a g r a m 6 . 3 S T A R T / S T O P ( O N / O F F ) f u n c t i o n R e f e r t h e F i g u r e 6 . 8 [ 9 ] f o r R U N a n d J O G s t a r t . I t h a s n o a n y c h a n g e . L 1 . 1 2 2 D V I s w P O S I T I O N O N M / C R U N ; J O G - - 4 S W I ! R U N 1 s w 1 s w I s w I s w J O G ! J O G J O G J O G 5 k 2 T 1 - - - [ _ I _ [ - 4 K 1 1 4 K 7 P R t - S E L [ C l E D R U N I I l 4 K 1 2 4 K 1 1 i S T A R T R U N P c J \ n : r a n d C o n t r o l \ ! ' i r i n g 4 K 1 1 4 K 1 2 ' - ' - T [ _ _ S T A R T J O G F i g u r e 6 . 8 - R U N a n d J O G s t a r t s w ' J O G I 4 S 2 4 H 8 P R E S F = L E C H - l J J 0 ( 3 6 8 6 . 3 . 1 S T A R T ( R U N ) F u n c t i o n P u t s e l e c t o r t o " S W R U N " ; F i g u r e 6 . 8 P r e s s " S W R U N " ; F i g u r e 6 . 8 C o n t a c t o r 4 K 1 1 e n e r g i z e s ; F i g u r e 6 . 8 C o n t a c t s o f 4 K l l c l o s e a n d R U N S P E E D P O T i s c o n n e c t e d ; F i g u r e 6 . 1 2 C o n t a c t o r 5 K 2 e n e r g i z e s ; F i g u r e 6 . 1 1 C o n t a c t o r 5 K 3 e n e r g i z e s ; F i g u r e 6 . 1 1 C o n t a c t s o f 5 K 3 c l o s e a n d d r i v e S T R A R T r u n n i n g ; F i g u r e 6 . 9 b 6 . 3 . 2 S T O P F u n c t i o n P r e s s ' ' S W S T O P " ; F i g u r e 6 . 1 1 C o n t a c t o r 5 K 2 d e - e n e r g i z e s ; F i g u r e 6 . 1 1 C o n t a c t o r 5 K 3 d e - e n e r g i z e s ; F i g u r e 6 . 1 1 C o n t a c t s o f 5 K 3 o p e n a n d d r i v e S T O P ; F i g u r e 6 . 9 b D C C O N V E R T O R A C I N V E R T E R > . . . . N + F i g u r e 6 . 9 a - D C c o n v e r t e r O N F i g u r e 6 . 9 b - A C i n v e r t e r O N N o t e t h a t O F F d e l a y a n d O N d e l a y t i m e r s u s e d i n t h e o r i g i n a l c i r c u i t i s n o t i m p o r t a n t f o r t h e p r o p o s e d s y s t e m . O N d e l a y t i m e r i s t h e r e t o e n s u r e t h e a v a i l a b i l i t y o f A n n a t u r e a n d F i e l d s u p p l y b e f o r e s w i t c h i n g O N t h e d r i v e . O F F d e l a y T I M E R i s t h e r e t o e n s u r e t o c u t o f f A n n a t u r e a n d F i e l d s u p p l y a f t e r s w i t c h i n g O F F t h e d r i v e . T h e r e f o r e t i m e r f u n c t i o n s a r e r e m o v e d a n d 5 K 2 a n d 5 K 3 a r e u s e d i n p l a c e o f 5 K 2 T a n d 5 K 3 T . N e w c o n t a c t o r 5 K 5 i s a d d e d f o r J O G o p e r a t i o n . P o \ \ ' C I ' a n d C o n t r o l \ \ ' i r i n g 6 9 L 1 1 4 K 1 1 4 K 1 2 5 K 2 T 5 K 1 5 K 4 5 K 2 T S W S T O P 3 K 1 0 3 K 9 5 K 2 T 3 K 8 3 K 5 M O T O R D R I V E S T A R T : O F F D E L A Y l 5 K 2 T 5 K 4 5 K 3 T F l E W C O I L S W O N C O N V E R T E R i O N D E L A Y I F i g u r e 6 . 1 0 - S T A R T / S T O P c o n t r o l d i a g r a m 5 K 1 A R M A T U R = . C O I L L 1 . 1 4 K 1 1 ! 4 K 1 2 S W , 3 K 8 S T O P L 5 K 2 3 K 1 0 3 K 5 3 K 9 3 K 9 1 5 K 2 5K5~I 5 K 3 _ _ I M O T O R D R I V E J O G O N S W O N S T A R T C O N V E R T E R F i g u r e 6 . 1 1 - S T A R T / S T O P m o d i f i e d c o n t r o l d i a g r a m H e r e , s a m e s w i t c h e s a r e u s e d a n d h e n c e n o a n y d i f f e r e n c e i n o p e r a t i o n f r o m t h e u s e r p o i n t o f v i e w . 6 . 3 . 3 R U N S P E E D f u n c t i o n O n c e t h e c o n t a c t o r 4 K 1 1 e n e r g i z e s , R U N S P E E D p o t e n t i o m e t e r c o n n e c t s w i t h t h e d r i v e t h r o u g h c o n t a c t s p o i n t s o f 4 K 1 1 . V o l t a g e a n a l o g i n p u t i s f e d t o t h e A C d r i v e u s i n g o n e A I D c h a n n e l . T h i s i n p u t c a n b e s e t e i t h e r a s 0 - 1 O V o r 4 - 2 0 m A t h r o u g h d i p s w i t c h e s p r o v i d e d i n t h e d r i v e . S i n c e p o t e n t i o m e t e r g i v e s a n o u t p u t i n v o l t a g e , 0 - 1 O V i s s e t b y p u t t i n g d i p t o p o s i t i o n 1 . O p e r a t o r c a n a d j u s t t h e m a c h i n e s p e e d a s d e s i r e d . F o l l o w i n g f i g u r e s 6 . 1 2 [ 9 ] a n d 6 . 1 3 s h o w t h e c o n n e c t i o n s i n t h e e x i s t i n g s y s t e m a n d t h e p r o p o s e d s y s t e m r e s p e c t i v e l y . - - - - - - - - P r J \ \ · c r a n d C o n t r o l \ \ ' i r i n g 7 0 D C C O N V E R T O R ! i 4 K 1 1 i 4 K 1 1 4 K 1 1 1 4 K 1 2 1 4 K 1 2 1 4 K 1 2 i + L t _ ' - - - - , - 1 : ~ I I I I I I I 1 0 K : l _ _ _ _ _ _ _ ' ! 10~ J O G S P E E D R U N S P E E D F i g u r e 6 . 1 2 - R U N / J O G S p e e d c o n t r o l A C I N V E R T E R I I : i 4 ' K 1 1 I 4 K 1 1 1 4 K 1 1 1 I i I n~rT I I 1 1 Q K : l _ _ _ _ _ _ _ R U N S P E E D F i g u r e 6 . 1 3 - R U N S p e e d c o n t r o l P o 1 1 · c r a n d C o n t r o l 1 1 · i r i n g 7 1 6 . 3 . 4 J O G F u n c t i o n P u t s e l e c t o r t o " J O G " ; F i g u r e 6 . 8 K e e p p r e s s ' ' S W J O G " ; F i g u r e 6 . 8 C o n t a c t o r 4 K l 2 e n e r g i z e s ; F i g u r e 6 . 8 C o n t a c t s o f 4 K 1 2 c l o s e a n d c o n t a c t s 5 K 5 e n e r g i z e s ; F i g u r e 6 . 1 1 C o n t a c t s o f 5 K 5 c l o s e a n d D I N 2 o r D I N 3 o r D I N 4 a c t i v a t e s - d r i v e s t a r t s r u n n i n g i n . J O G m o d e . ; F i g u r e 6 . 1 4 b I n t h e e x i s t i n g s y s t e m a p o t e n t i o m e t e r i s u s e d t o a d j u s t t h e s p e e d a t J O G o p e r a t i o n , F i g u r e 6 . 1 4 a . I n t h e A C d r i v e J O G o p e r a t i o n i s n o t p r o v i d e d w i t h a p o t e n t i o m e t e r c o n t r o l b u t p r o v i d e d w i t h d i g i t a l i n p u t s . T h e r e f o r e o n e m o d i f i c a t i o n i s a d d e d h e r e t o g e t t h e d e s i r e d p r e s e t s p e e d s b y s e l e c t i n g t h r o u g h a t h r e e p o s i t i o n s e l e c t o r . 6 . 3 . 4 . 1 J O G S P E E D f u n c t i o n F i g u r e 6 . 1 4 a [ 9 ] s h o w s R U N / J O G s p e e d c o n t r o l i n t h e e x i s t i n g s y s t e m a n d F i g u r e 6 . 1 4 b s h o w s s a m e o p e r a t i o n i n t h e p r o p o s e d s y s t e m . S e l e c t i n g t h e s e l e c t o r t o o n e o f t h e t h r e e p o s i t i o n s p r e s e t s p e e d c a n b e o b t a i n e d . I n p u t s D I N 1 , D I N 2 , D I N 3 a r c p a r a m e t e r i z e d f o r t h r e e d i f f e r e n t f r e q u e n c i e s . D C C O N V E R T O R 1 9 1 f 1 i l 1 6 1 I I A C I N V E R T E R 4 K 1 1 ! 4 K 1 1 4 K 1 1 1 4 K 1 2 ; 4 K 1 2 , 4 K 1 J r - - - ! - - + - ' 1 I ' I I I ! I ! L t J ! , L 1 0 K 1 L - - - - - - - J O G S P E E D R U N S P E E D F i g u r e 6 . 1 4 a R U N / J O G S p e e d c o n t r o l F i g u r e 6 . 1 4 b J O G S p e e d Po~t·cr a n d C o n t r o l H ' i r i n g 7 2 6 . 3 . 5 F E E D B A C K O p e r a t i o n S e l e c t e d D C T a c h o g e n e r a t o r g i v e s v o l t a g e o u t p u t v a r y i n g f r o m 0 - 1 O V D C . T h e r e f o r e , t h e s e c o n d A I D c h a n n e l o f t h e d r i v e i s u s e d t o f e e d t h e v o l t a g e f e e d b a c k . D i p s w i t c h s h o u l d b e p u t t o p o s i t i o n 1 t o c o n f i g u r e c h a n n e l a s 0 - 1 O V i n p u t . ( S e l e c t i o n a s t h e i n p u t t s e i t h e r 4 - 2 0 m A o r 0 - 1 O V ) . W h i l e F i g u r e 6 . 1 5 a s h o w s t h e T A C H O c o n n e c t i o n i n t h e e x i s t i n g s y s t e m , F i g u r e 6 . 1 5 b s h o w s t h e s a m e i n A C i n v e r t e r . D C C O N V E R T O R T A C H O F i g u r e 6 . 1 5 a - T A C H O c o n n e c t i o n D C c o n v e r t e r 6 . 3 . 6 S P E E D D i s p l a y A C I N V E R T E R T A C H O F i g u r e 6 . 1 5 b - T A C H O c o n n e c t i o n A C i n v c 1 1 c r I n t h e e x i s t i n g s y s t e m m a c h i n e s p e e d , i . e . n u m b e r o f b o t t l e s m o v i n g i n a m i n u t e , i s s h o w n o n a s e v e n s e g m e n t d i s p l a y , c a p t u r e d f r o m a p r o x i m i t y s e n s o r c o n n e c t e d t o t h e m a c h i n e , p o i n t i n g r o t a t i n g m e t a l s e c t i o n s . I t i s i n d e p e n d e n t f r o m t h e d r i v e s y s t e m a n d t h e r e f o r e s a m e c a n b e k e p t a s i t i s . S e e F i g u r e 6 . 1 6 b e l o w . v I N D I C A T O R F O R R P M I I -~ I , J _ , :-:1~-h :_~: . . . ~ I " E P r o x l r n • t y F r o r n c o n t r o l 7 7 U V A C s e n s o r p a n e l R U N S P E E D v a n a b l e 1 0 K D R U N A C S P E E D I N V E R T E R F i g u r e 6 . 1 6 - S p e e d d i s p l a y i n e x i s t i n g a n d p r o p o s e d s y s t e m s P m t e r a n d C o n t r o l t l ' i r i n g 0 P R O X I M I T Y S E N S O R 7 3 6 . 4 P O W E R O N F u n c t i o n A s p e r t h e F i g u r e 6 . 1 7 a a n d 6 . 1 8 a , " P O W E R O N " a n d " P O W E R F A U L T " i n d i c a t i o n s a r e p r o v i d e d t o a c t i v a t e s h o w i n g t h e c o n d i t i o n o f t h e d r i v e . T h a t i s a i n t e r n a l r e l a y o p e r a t i o n o f t h e D C c o n v e r t e r . S i m i l a r o p e r a t i o n i s o b t a i n e d w i t h t h e A C d r i v e b y m e a n s o f i t s i n b u i l t r e l a y o u t p u t . S e e F i g u r e 6 . 1 7 b a n d 6 . 1 8 b b e l o w . N O N C C O M 5 3 5 2 D C C O N V E R T E R 5 1 F i g u r e 6 . 1 7 a - R e l a y c o n t a c t D C c o n v e r t e r C O M I 2 5 -~ N O 2 4 A C I N V E R T E R N C I 2 3 F i g u r e 6 . 1 7 b - R e l a y c o n t a c t A C i n v e r t e r F i g u r e 6 . 1 8 a a n d 6 . 1 8 b s h o w t h e P o w e r O N c i r c u i t o f e x i s t i n g a n d p r o p o s e d s y s t e m s r e s p e c t i v e l y . _ : 3 Q 7 3 Q 7 6 A 6 A 2 2 0 V 2 2 0 V 5 1 >--~ 2 5 5 3 5 2 2 4 2 3 ~, 1 A 1 3 K 5 3 H 1 3 K 5 i 3 H 1 N N i L - . . . . . . - . - P O W E R P O W E R O N F A U L T F i g u r e 6 . 1 8 a - P o w e r O N , D C C o n v e r t e r P o t t · c r a n d C o n t r o l \ \ ' i r i n g P O W E R P O W E R O N F A U L T F i g u r e 6 . 1 8 b - P o w e r O N , A C I n v e r t e r , . . , . , • • ; N ~~-- ./~ 7 4 . ·~ C h a p t e r 7 E c o n o m i c C o n s i d e r a t i o n T h i s s e c t i o n a n a l y s e s , h o w t h e p r o p o s e d c o m b i n a t i o n c o n t r i b u t e s a g a i n s t e x i s t i n g s y s t e m i n e c o n o m i c s t e r m s . A n a l y s i s i s u n d e r g o n e i n f o l l o w i n g a r e a s • L o s s i n c u r r e d d u e t o D o w n T i m e • L o s s i n c u n e d d u e t o p o o r P o w e r F a c t o r ( P F ) • L o s s i n c u n e d d u e t o h a n n o n i c s 7 . 1 M e a s u r e m e n t s F r o m t h e e x i s t i n g s y s t e m , d a t a a r e l o g g e d b y m e a n s o f a d a t a l o g g e r . F i g u r e 7 . 1 s h o w s t h e c o n n e c t i o n o f d a t a a n a l y z e r t o l o g t h e r e q u i r e d d a t a . F r o m F i g u r e 7 . 2 t o 7 . 8 s h o w t h e g r a p h i c a l r e p r e s e n t a t i o n o f l o g g e d d a t a . P a r a m e t e r s c o n s i d e r e d f o r d a t a l o g g i n g . 1 . C u n e n t ( I ) ; ( F i g u r e 7 . 2 ) 2 . L i n e V o l t a g e ( V ) ; ( F i g u r e 7 . 3 ) 3 . A c t i v e P o w e r ( W ) ; ( F i g u r e 7 . 4 ) 4 . A p p a r e n t P o w e r ( V A ) ; ( F i g u r e 7 . 5 ) 5 . R e a c t i v e p o w e r ( V a r ) ; ( F i g u r e 7 . 6 ) 6 . P o w e r F a c t o r ( P F ) ; ( F i g u r e 7 . 7 ) 7 . T o t a l H a r m o n i c D i s t o r t i o n ( T H D ) ; ( F i g u r e 7 . 8 ) E c o n o m i c C o n s i d e r a t i o n 7 5 L 1 L 2 l 3 v o l t a g e c o n n e c t i o n C T ~~~. - : · · : · : : : c o n n e c t i o n A r m a t u r e _ s u p p l y D a t a , Log~~ I D C D r i v e i -~l f i e l d s u p p l y F i g u r e 7 . 1 - C o n n e c t i o n o f d a t a l o g g e r N o t e : S i n c e A r m a t u r e c o n t r o l i s u s e d f o r s p e e d c o n t r o l l i n g o f t h e m o t o r a t c o n s t a n t f l u x , A r m a t u r e p a r a m e t e r s a r e m e a s u r e d . N o t e : C a l c u l a t i o n s i n t h e s e c t i o n a r e d o n e c o n s i d e r i n g t h e n o r m a l r u n n i n g s p e e d o f t h e m a c h i n e . T h a t i s t h e s p e e d o f w h i c h m a j o r i t y o f p 1 i n t i n g r e q u i r e m e n t s a r e u n d e r g o n e . I t h a s b e e n o b s e r v e d t h a t , s p e e d o f t h e m a c h i n e i s n o t s t a b l e a n d c h a n g i n g f r o m m i n i m u m o f 3 4 5 r p m t o m a x i m u m o f 3 6 3 r p m . 7 . 1 . 1 D a t a M a c h i n e p a r a m e t e r s 1 . M a c h i n e s p e e d : 3 5 0 r p m ( t a k e n t h r o u g h a T a c h o m e t e r ) 2 . P o w e r c o n s u m e d a t t h i s s p e e d : 0 . 8 5 k W ( F i g u r e 7 . 4 ) 3 . P o w e r F a c t o r : 0 . 1 4 ( F i g u r e 7 . 7 ) 4 . C u r r e n t : l O A ( F i g u r e 7 . 2 ) 5 . V o l t a g e : 3 7 0 V * ( F i g u r e 7 . 3 ) 6 . T o t a l H a r m o n i c D i s t o r t i o n ( T H D ) 8 4 % ( F i g u r e 7 . 8 ) * 4 0 0 V i s c o n s i d e r e d f o r c a l c u l a t i o n s E c o n o n u c C o n s i d e r a t i o n 7 6 G e n e r a l P a r a m e t e r s 1 . A m b i e n t t e m p . a r o u n d t h e M o t o r 2 . A l t i t u d e : P r o d u c t i o n P a r a m e t e r s 1 . A v e r a g e r u n n i n g h o u r s 2 . M a c h i n e o u t p u t : 3 2 ° C 2 . 7 4 m 2 2 h o u r s p e r d a y 4 0 b o t t l e s p e r m i n u t e 3 . M i n i m u m e s t i m a t e d s a l e s v a l u e * o f a p r i n t : R s . 1 . 1 0 p e r b o t t l e ( V a r i e s r o u g h l y f r o m R s . 1 . 1 0 t o R s . 2 . 8 0 ) 4 . M i n i m u m h o u r s o f m a c h i n e d o w n t i m e d u e t o p r o b l e m s o f t h e D C m o t o r : 5 h r s p e r m o n t h * T h i s s a l e s v a l u e o f a p r i n t i s e s t i m a t e d c o n s i d e r i n g a l l f i x e d a n d v a r i a b l e c o s t i n v o l v e m e n t f o r t h e p r o d u c t i o n . L a b o r p a r a m e t e r s 1 . L a b o r c o s t ~Permanent e m p l o y e e : R s . 4 8 p e r p e r s o n p e r h o u r 2 . N u m b e r o f p e n n a n e n t e m p l o y e e s : 1 1 3 . L a b o r c o s t ~Casual e m p l o y e e : R s . 5 6 p e r p e r s o n p e r h o u r 4 . N u m b e r o f C a s u a l e m p l o y e e s : 9 R e - w i n d i n g p a r a m e t e r s 1 . C o s t o f r e - w i n d i n g t h e m o t o r , i f b u r n e t 2 . M i m m u m n u m b e r o f d a y s ( t a k e n a s m a c h i n e d o w n t i m e ) I n v e s t m e n t f o r t h e p r o p o s e d s y s t e m R s . 8 5 , 0 0 0 3 d a y s 1 . 3~, 5 . 5 k W , 6 p o l e c a g e I n d u c t i o n m o t o r : R s . 5 5 , 0 0 0 2 . 3~, 5 . 5 k W V S D w i t h f i l t e r 3 . T a c h o g e n e r a t o r 4 . O t h e r a c c e s s o r i e s t · c o n o m i c C o n s i d e r a t i o n R s . 1 2 5 , 0 0 0 R s . 7 7 , 5 0 0 R s . 1 0 , 0 0 0 7 7 5 . D a t a l o g g i n g R s . 1 5 , 0 0 0 6 . L a b o r f o r i n s t a l l a t i o n a n d c o m m i s s i o n i n g R s . 0 ( I n - h o u s e ) T o t a l : O t h e r d a t a - A C D r i v e E x p e c t e d P o w e r f a c t o r E x p e c t e d e f f i c i e n c y E x p e c t e d T H D i n n e w d r i v e T a r i f f ( I n d u s t r i a l p u r p o s e I - 3 ) C h a r g e f o r A c t i v e P o w e r C h a r g e f o r M a x i m u m d e m a n d F i x e d C h a r g e 7 . 2 L o s s i n c u r r e d d u e t o D o w n T i m e R s . 2 8 2 , 5 0 0 0 . 9 5 ( T a b l e 5 . 1 ) 9 6 - 9 7 % ( T a b l e 5 . 1 ) 4 0 % a p p r o x i m a t e f i g u r e R s . 9 . 1 0 p e r k W h R s . 6 5 0 p e r k V A R s . 3 0 0 0 I f m o t o r h a s t o b e r e w i r e d , i t r e s u l t s c o n s i d e r a b l e d o w n t i m e i n p r o d u c t i o n . I n r e c e n t p a s t , m o t o r h a s f a i l e d t w o t i m e s a n d o n l y s o l u t i o n w a s t o r e w i n d a n d f i x . A s s t a t e d a b o v e , m i n i m u m n u m b e r o f d a y s f o r a r e w i n d i n g i s t h r e e d a y s a n d i t h a s t o b e o u t s o u r c e d s i n c e i n - h o u s e s k i l l i s n o t a v a i l a b l e . 7 . 2 . 1 C a l c u l a t i o n o f S a l e s l o s s F r o m a b o v e d a t a M i n i m u m e s t i m a t e d s a l e s v a l u e * o f a p r i n t : R s . 1 . 1 0 p e r b o t t l e M a c h i n e o u t p u t : 4 0 b o t t l e s p e r m i n u t e T h e r e f o r e , n o o f b o t t l e s p e r h o u r 4 0 x 6 0 E c o n o n u c C o n s i d e r a t i o n 7 8 2 4 0 0 b o t t l e s T h e r e f o r e l o s s i n c u r r e d d u e t o n o t p r i n t i n g b o t t l e s i n o n e h o u r 7 . 2 . 2 C a l c u l a t i o n o f l a b o r l o s s F r o m a b o v e d a t a 1 . L a b o r c o s t - P e r m a n e n t e m p l o y e e 2 . N u m b e r o f p e r m a n e n t e m p l o y e e s 3 . L a b o r c o s t - C a s u a l e m p l o y e e 4 . N u m b e r o f C a s u a l e m p l o y e e s T o t a l l a b o r l o s s , b e i n g i d l e t h e m = R s . 1 . 1 0 x 2 4 0 0 = R s . 2 , 6 4 0 . 0 0 R s . 4 8 p e r p e r s o n p e r h o u r 1 1 R s . 5 6 p e r p e r s o n p e r h o u r 9 = R s . 4 8 x 1 l + R s . 5 6 x 9 = R s . 1 , 0 3 2 T h e r e f o r e t o t a l l o s s f r o m l a b o r b e i n g i d l i n g a n d n o t b o t t l e b e i n g p r i n t e d = R s . 1 , 0 3 2 + R s . 2 , 6 4 0 H e n c e , l o s s f o r T h r e e d a y s = R s . 3 , 4 3 2 p e r h o u r = R s . 3 , 4 3 2 x 2 4 x 3 = R s . 2 4 7 , 1 0 4 T o g e t t h e t o t a l l o s s , m o t o r r e w i n d i n g c o s t s h o u l d b e a d d e d t o t h e a b o v e f i g u r e . F r o m a b o v e d a t a C o s t o f r e - w i n d i n g t h e m o t o r , i f b u r n e t R s . 8 5 , 0 0 0 T o t a l l o s s E c o n o m i c C o n s i d e r a t i o n = R s . 2 4 7 , 1 0 4 + R s . 8 5 , 0 0 0 = R s . 3 3 2 , 1 0 4 7 9 1 2 1 0 ~ : : c ~ - , . . . ~ : ; ( , ) ( / ) E - c ~ Q ) 0 1 r o - 0 > ( / ) , . . . c ; . . . c § ' ~ . . . . Q ) ; , : 0 0 . . g ; t i < ! s G 4 2 0 0 < D ( ' j ( ' ) 3 7 2 3 7 1 3 7 0 3 6 9 3 6 8 3 6 7 3 6 6 3 6 5 0 1 0 0 0 9 0 0 3 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 0 0 ) . , . 0 . , . w 0 ) l { ) 0 l . D ( ' ) ~~ 0 < D ( ' j 0 > ~ C u r r e n t i n P h a s e L 1 c o ( ' I 7 0 W ( ' I 0 ) ' 1 " 0 W ( ' I c O ' T 0 W C I 0 ) ' 1 " 0 ~ r n 0 N ' T ~ ~ C O 0 N M ~ I D ~ ~ N N N N N N M M M M M t i m e ( s ) F i g u r e 7 . 2 - P h a s e c u r r e n t i n m 1 s L i n e V o l t a g e 0 l O 0 l { ) 0 l ( ) 7 t·~ ~ - t c o , - N l ' l \ · ! ( ' ) t i m e ( s ) 0 l l ' ! 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J J + T H D 2 W h e r e , I h - d e s i g n c u r r e n t I 1 - f u n d a m e n t a l c u r r e n t T H O - T o t a l H a r m o n i c D i s t o r t i o n E c o n o m i c C o n s i d e r a t i o n ( 7 . 2 ) ( 7 . 3 ) 8 5 F r o m D a t a , I 1 = 1 O A ( F i g u r e 7 . 2 ) T H O = 8 4 % ( F i g u r e 7 . 7 ) I f I b i s t h e I b 1 f o r t h e p r e s e n t c o n d i t i o n l h l = 1 0 - J l + 0 . 8 4 2 / " 1 = 1 3 . 0 6 A E x p e c t e d T H O i n t h e n e w s y s t e m i s 4 0 % . F u n d a m e n t a l c u r r e n t i s a s s u m e d t o b e t h e s a m e . I f l b i s t h e I b 2 f o r t h i s c o n d i t i o n ! , 2 = 1 0 - J 1 + 0 . 4 0 2 1 " 2 = 1 0 . 7 7 A R e d u c t i o n i n c u r r e n t = I b i - I b 2 = 1 3 . 0 6 - 1 0 . 7 7 = 2 . 2 9 A T h e r e f o r e , r e d u c t i o n i n L i n e c u r r e n t = 2 . 2 9 A H e n c e , t o t a l s a v i n g i n c u r r e n t t h r o u g h i m p r o v i n g p o w e r f a c t o r a n d r e d u c i n g T H O E c o n o n u c C o n s i d e r a t i o n = 7 . 4 7 A + 2 . 2 9 A = 9 . 7 6 A 8 6 7 . 5 P a y b a c k c a l c u l a t i o n P a y b a c k i s c a l c u l a t e d o n l y c o n s i d e r i n g t h e l o s s d u e t o m a c h i n e d o w n t i m e a s a r e s u l t o f D C m o t o r f a i l u r e s . F r o m s e c t i o n 2 . 7 . 1 L o s s d u e t o n o t p r i n t i n g b o t t l e s i n 5 h r s T h e r e f o r e l o s s r e c o v e r e d = R s 2 , 6 4 0 . 0 0 x 5 p e r m o n t h = R s . 1 3 , 2 0 0 T h e r e f o r e s a v i n g = R s . 1 3 , 2 0 0 p e r m o n t h T o t a l e x p e c t e d i n v e s t m e n t ( s e c t i o n 7 . 1 . 1 ) = R s . 2 8 2 , 5 0 0 T h e r e f o r e S i m p l e P a y b a c k P e r i o d i n m o n t h s = I n v e s t m e n t / R u p e e s a v i n g p e r m o n t h = 2 8 2 , 5 0 0 / 1 3 , 2 0 0 = 2 1 . 4 m o n t h s S P P = 2 1 1 1 2 m o n t h s ( a p p . ) E c o n o m i c C o n s i d e r a t i o n 8 7 C h a p t e r 8 C o n c l u s i o n I m p l e m e n t a t i o n o f t h e p r o p o s e d s y s t e m r e p l a c i n g t h e e x i s t i n g D C d r i v e s y s t e m i s s h o w n t o b e a p r a c t i c a l s o l u t i o n t o i m p r o v e r e l i a b i l i t y o f t h e s y s t e m . T h i s e l i m i n a t e s u n e x p e c t e d d o w n t i m e s i n t h e d r i v e s y s t e m a n d h e n c e e n s u r e s a s m o o t h o p e r a t i o n i n t h e w h o l e s y s t e m . M e a s u r e d i n p u t p o w e r t o t h e d r i v e - m o t o r s y s t e m i s 2 . 4 k W a t m a x i m u m s p e e d , b u t t h e o r i g i n a l m o t o r c a p a c i t y i s 1 9 k W . I t i s n o t c l e a r w h y t h e o r i g i n a l m o t o r i s u n n e c e s s a r i l y o v e r - s i z e d i n c a p a c i t y . I t i s s e v e r e l y a f a c t t h a t , e a r l i e r s y s t e m s a r e m o s t l y o v e r d e s i g n e d . T h i s r e s u l t e d i n a n i n e f f i c i e n t d r i v e s y s t e m , a s a s i g n i f i c a n t p a r t o f t h e i n p u t p o w e r w a s n o t d o i n g a n y u s e f u l w o r k . M o s t o f t h e t i m e , t h e a v a i l a b l e m o t o r t o r q u e w a s m u c h m o r e t h a n t h e r e q u i r e d l o a d t o r q u e . I n c a s e o f a m a c h i n e f a i l u r e , i t r e s u l t s l o s s e s i n l a b o r h o u r s a n d p r o d u c t i o n a s e x p l a i n e d i n " E c o n o m i c c o n s i d e r a t i o n " i n C h a p t e r 7 . I t i s h o w e v e r d i f f i c u l t t o s h o w a c c u r a t e q u a n t i t a t i v e f i g u r e s , b e c a u s e l a b o r c a n b e u t i l i z e d f o r s o m e o t h e r w o r k a n d p r i n t i n g j o b s c a n b e d e l a y e d i f i t i s n o t a o n t i m e d e l i v e r y o r d e r . R e d u c t i o n i n l i n e c u r r e n t b y i m p r o v i n g p o w e r f a c t o r d o e s n o t r e d u c e t h e t o t a l p o w e r c o n s u m e d b y t h e d r i v e s y s t e m . C o n s u m e d a c t i v e p o w e r b y t h e s a m e l o a d s h o u l d b e t h e s a m e u n d e r a n y p o w e r f a c t o r . C u r r e n t , s a v e d b y r e d u c i n g t o t a l h a n n o n i c d i s t o r t i o n a n d a p p a r e n t p o w e r i . e . k V A , s a v e d b y r e d u c i n g k V A w i t h i m p r o v e d p o w e r f a c t o r a r c d i r e c t p o s i t i v e i m p a c t o f t h e p r o p o s e d s y s t e m . P a y b a c k p e r i o d i s s o m e w h a t h i g h , s i n c e i t i s c a l c u l a t e d o n l y c o n s i d e r i n g t h e m a c h i n e d o w n t i m e o c c u r r e d a s a r e s u l t o f a n y f a i l u r e i n D C c o m m u t a t o r m o t o r . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t , t h i s p r o p o s a l i s n o t s a v i n g o r i e n t e d b u t r e l i a b i l i t y a n d c u s t o m e r s a t i s f a c t i o n o n e n t e d . C o n c l u s i o n 8 8 R e f e r e n c e s : [ 1 ] J . B . G u p t a , A C o u r s e i n E l e c t r i c a l P o w e r , S . K . K a t a r i a & S o n s , 2 0 0 5 . [ 2 ] " A C M o t o r S e l e c t i o n a n d A p p l i c a t i o n G u i d e , " G E I n d u s t r i a l s y s t e m s [ 3 ] " D . C . H o l l o w s h a f t T a c h o - G e n e r a t o r , " J o h a n n e s H u b n e r [ 4 ] M a r t i n B r o w n , " S i e m e n s S t a n d a r d D r i v e s A p p l i c a t i o n H a n d b o o k , ' ' S e i m e n s S t a n d a r d d r i v e s , C o n g l e t o n , 1 9 9 7 [ 5 ] R a k e s h P a r e k h , " A C I n d u c t i o n M o t o r F u n d e r m e n t a l s , " M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . , 2 0 0 3 [ 6 ] w w w . c l e c t r i c m o t o r s . m a c h i n e c l c s i g n . c o m , R e t r i e v e d 1 6 N o v e m b e r 2 0 0 9 [ 7 ] " C M G M o t o r s , " S G A 0 8 0 9 9 ( e d i t i o n 7 . 1 . 0 ) [ 8 ] D r . J . P . K a r u n a d a s a , " D C a n d A C m o t o r s , ' ' L e c t u r e N o t e s i n E l e c t r i c a l M a c h i n e E q u i p m e n t a n d m a t e r i a l s e l e c t i o n [ 9 ] " E l e c t r i c a l d r a w i n g s o f S t r u t z P r i n t i n g M / C , ' ' N o v o p a c k s . r . l . , I t a l y [ 1 O J " S I E M E N S M I C R O M A S T E R 4 4 0 , " O p e r a t i n g i n s t r u c t i o n s , I s s u e I 0 / 0 6 , u s e r d o c u m e n t a t i o n 6 S E 6 4 0 0 - 5 A W O O - O B P O . [ 1 1 ] " S I E M E N S M I C R O M A S T E R 4 4 0 , ' ' P a r a m e t e r l i s t , I s s u e 0 1 / 0 6 , u s e r d o c u m e n t a t i o n 6 S E 6 4 0 0 - 5 B B O O - O B P O . [ 1 2 ] " I n t e r n a t i o n a l S t a n d a r d , ' ' R o t a t i n g E l e c t r i c a l M a c h i n e s - P a r t l : R o t a t i n g a n d p e r f o r m a n c e , I E C 6 0 0 3 4 - l , E d i t i o n 1 1 . 0 , 2 0 0 4 - 0 4 8 9 A P P E N D I X - A : S e p a r a t e l y e x c i t e d D C m o t o r A . l E q u i v a l e n t c i r c u i t a n d C h a r a c t e r i s t i c g r a p h . l a I , I V a ' v , R , < L r i E a ' R a L a I L T w J 1 F i g u r e A . l - E q u i v a l e n t c i r c u i t G o v e r n i n g e q u a t i o n s f o r t h e m o t o r r = k d i f v / " E = k A - r u ( / ' f / P c o n , = r o J = E I ( / { / d i V = R I + L - " + E ( / a a a c i t ( / d . d " . d A t s t c a y s t a t e o p e r a t m g c o n 1 h o n - = 0 d t P c r f o n n a n c e o f t h e m o t o r i s g i v e n b y i t s o u t p u t c h a r a c t e r i s t i c s . i . e . 1 " v s c o C h a r a c t e r i s t i c a p p l i e s a t s t e a d y s t a t e V = R I + E u a a a V = R I + ( k A - ) ( J ) ( { ( / ( / l f / V = R [ _ ! _ _ _ _ ) + ( K A - ) m " " K ¢ r r = - ( K ¢ ) " m + K ¢ V R R a ( / ( / ( A I ) ( A . 2 ) ( i \ . 3 ) ( i \ . 4 ) ( A . 5 ) T y p i c a l v a l u e s o f K~ a n d R a s u g g e s t t h a t t h e g r a d i e n t (K~ ) 2 i s v e r y l a r g e i m p l y i n g t h a t t h e o u t p u t c h a r a c t e r i s t i c i s a l m o s t v e r t i c a l . T h i s i s w h y t h e s e p a r a t e l y e x c i t e d D C m o t o r i s k n o w n a s a c o n s t a n t s p e e d m o t o r . 9 0 • W h e r e , r g r a d i e n t _ _ ( ( K ¢ ) 2 1 ~ R " j P c u m : p o w e r c o n v e r t e d f r o m t h e m o t o r E a : i n t e r n a l g e n e r a t e d v o l t a g e Y a : a n n a t u r e v o l t a g e I a : a n n a t u r e c u i T e n t R a : a r m a t u r e r e s i s t a n c e 1 : : i n d u c e d t o r q u e 0 ) : s p e e d K : c o n s t a n t ~ . . . I ~J \ K ¢ ( 0 ~ : f i e l d f l u x F i g u r e A . 2 - . 1 v s c o c h a r a c t e r i s t i c W h e n t h e m o t o r i s c o n n e c t e d t o a l o a d t h e c o m b i n a t i o n m n s a t a s p e e d c o m p a t i b l e t o t h e c h a r a c t e r i s t i c o f e a c h . T o c h a n g e t h e s p e e d b e l o w b a s e s p e e d , Y a s h o u l d b e a d j u s t e d k e e p i n g V r a t 1 0 0 % . T o c h a n g e t h e s p e e d o v e r b a s e s p e e d , V r s h o u l d b e a d j u s t e d k e e p i n g Y a a t 1 0 0 ° 1 < ) . F i g u r e A . 3 • > > > > > > > T I c 1 2 - c f : . · , ? ! 2 - 2 f . 2 f . : ! ? . : ! ? . o o 0 0 ' o 0 0 o o 0 0 N L ( ) r - ~~ ( l ) r o ~/ _ . - - - • ' - - - - -·~- · - - . ~~ ~ ~~-~ _ _ . , . . A r m a t u r e c o n t r o l t F i e l d c o n t r o l { ! ) B a s e d s p e e d F i g u r e A . 3 ~ A n n a t u r c a n d f i e l d c o n t r o l 9 1 A P P E N D I X - B : C M G M o t o r s , P e r f o r m a n c e d a t a r : ) e r f o r r r 1 a n c e d a t a S G A s e r i e s , t h r e e p h c s e 4 · 1 5 ' I 5 0 H z I P 5 5 , F c l a s s i n s u l a t i o n , B c l a s s t e m p e r a t u r e r i s e L:ffiCil~ncy 0 / o P m . . v c r f < : J c t o r , c o s < p a t 0 / u f u l l l c 1 d a t % f u l l l o a d S p e e d \ ' / / r , : o t o r f r a m e [ r / m 1 n ] 1 2 5 1 C J O 7~i 5 0 1 2 5 1 0 0 7~ 5 0 C u r r e n t / F u l l L o c k e d l o a d 1 , [ A ] r o t o r I J I , 1 0 0 0 r / m i n = 6 p o l e s - C E N E L E C f r a m e a l l o c a t i o n s ' l 3 1 o i l A - 1 9 9 1 5 G 4 3 6 1 . 5 G ' 6 G : J 4 I J 7 7 0 . 7 0 0 . 6 0 0 4 8 1 0 8 3 . 4 J 5 5 9 2 5 b 4 . , b t 5 G u , J 0 ~~ 7 f ] 7 - 1 0 G 6 0 5 8 0 . 4 5 1 . 6 0 3 . 3 J ;~, 0 0 s - 2 · 1 9 3 5 7 2 . 1 3 H . 1 7 · 1 1 7 0 7 u 1 0 . 1 2 o G J c ~o 1 9 3 4 6 . 1 ' 5 ~ c j ' G u L - 2 4 9 3 0 1 0 J L - 2 8 9 5 J 1 : 2 r . 1 - 2 8 9 4 5 1 : 5 2 s - : 3 0 9 7 0 1 J 2 ~\lr\ - J b ~lb5 L \ H : J t l : ) 1 ' • • ) r . : · l : . C : D / U I ? ~)1"1 7 2 . 9 7 5 . 6 7 l , G 7 4 8 7 6 1 7 7 7 7 / 6 7 4 . 9 7 1 ' ( J E l O 2 b l l 2 7 7 1 s : 5 B - + G (_l<~ 5 8 2 0 13~ G b~.5 U•~ 2 8 2 G W ) G 0 > i ~l i ) . i -.~ ' 1 J , ' \ : : , H l l l ' ) i ) ( ! 1 \ j ; J ( ) I 0 7 7 0 7 0 0 5 7 2 . 7 4 . 5 0 1 0 . 7 3 U 6 6 0 . 5 3 3 . 7 5 . 1 0 b U 0 7 G 0 6 7 0 . 5 3 5 . 0 5 . 6 ( J 8 2 0 7 7 0 7 0 0 5 1 6 . 4 6 7 o r 1 o 7 7 o 6 8 o s u ( ) 8 4 [ ) d 1 I J 7 l i l i l i · l u I ' J 0 / b 0 7 0 ( ) ! . ) 0 I ) ' { r ) ( 1 ?~J ( ) T 4 ( i f ) J ; 8 5 6 . 7 1 1 . 0 6 9 1 S . 5 6 . 0 n . G s . u 1 : ; ; ; · I , i t l d~1 U i L l ( J 7~1 0 (l~' :~H ' t b . O L / ; - 5 5 ~iJ~ G i b ' i . G U ' i : J W I o 0 8 5 O . i J J 0 . 7 i J 0 6 8 3 4 . 8 6 . 9 5 5 4 0 3 0 2 5 1 2 1 2 9 9 2 0 H i 2 0 2 0 ~~ J L E l - 5 5 9 8 J 2 2 S r . 1 - G O ~135 8 9 ~j 0 0 9 ~) 1 ~0 1 9~ 3 9 2 7 SJ:~_() ~J1.4 o a s o . e - 1 o 7 9 J i o 0 8 7 0 8 6 0 8 4 0 7 7 0 . 8 8 0 . 8 8 0 . 8 5 0 7 8 4 0 . 3 6 . 6 1 ! 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G i l S ~~~ c g u o r c m t e e c l o n l y \ v h c n c o n f r r r 1 1 c d b y t e s t r e s u l t s F C : a s s \ ( ; m p t : r a t u r e r r s e L · cltJ~:ic~ t o E x u n l < J t o r s u n l y a n d 1 3 e x p l a r n e d r n t h e ! 1 ; ' · a r d o u s a r e a s s e c t r o n 1~t~,; S C M s e : r , o s a r e sup~liicd G s s t o n d ; - ! , d r n S o u t h ; \ f r r c J 2 5 2 5 2 5 2 5 T o r q u e F u l l L o c k e d B r e a k l o a d T N [ N m ] 3 . 9 5 . 7 7 . 7 r o t o r T J T N 1 . 8 1 . 4 2 . 4 1 1 . 3 2 . 3 1 5 . 1 2.~ 2 2 . 2 2 . 7 2 9 . : 5 2 . 3 3 9 . 6 2 . 5 5 4 . 4 2 4 7 4 2 . 2 - - - - - - - - · - - - - · - - - - 1 0 8 2 . 2 1 4 0 2 . 0 1 8 0 2 . 4 d u w n T / f N 4 j 2 . 1 2 . 6 2 . 4 3 . 0 3 . 0 3.~ 3 . • 3 . 0 2 6 2 4 2 ' 1 3 . 3 2 1 4 2 . 2 3 . 5 2 9 1 2 . 1 3 . 0 3 5 9 2 . 0 3 . 0 4 3 6 2 . 0 5 3 3 2 . 0 3 . 1 3 . 2 W e i g h t M o m e n t o f f o o t o f i n e r t i a m o u n t J = Y . G D ' m o t o r [ k g m ' I [ k g I 0 . 0 0 2 1 8 0 . 0 0 2 1 9 0 C ' l 3 . 2 4 0 . 0 0 4 0 . 0 0 7 0 . 0 1 4 0 . 0 2 9 3 0 3 5 4 5 7 0 0 . 0 3 6 8 0 0 . 0 4 5 9 0 0 . 0 8 8 1 3 0 - - - - - - - - - - - - - · 0 . 1 1 6 1 6 0 0 2 0 7 0 . 3 1 5 1 S 5 2 2 5 0 . 3 6 2 5 5 o . : ; 4 7 2 9 7 - - - - - O . B 3 4 4 1 3 1 . : l 9 1 . f i 5 5 3 6 5 9 5 7 2 4 2 . 1 2 . 9 4 . ' 1 1 9 9 0 8 6 8 2 . 5 2 . 8 4 . ; ' 8 1 0 8 0 · · - - · - - · - - - - - - - - - - 1 0 6 1 2 . 9 3 . 1 5 . 4 5 1 1 5 0 1 2 7 3 2 . 4 1 5 4 3 2 . 0 1 9 2 9 1 . 5 2 4 1 2 1 . 9 3 5 9 2 . 0 4 3 6 = 0 5 3 3 2 . 0 7 2 4 2 1 8 6 7 . 7 2.~ 1 0 6 1 2 . 9 1 2 7 3 2 . 4 3 . 1 2 . 4 2 . 0 2 . 4 3 . 0 ~ . . 1 3 . 2 2 . 9 2 8 3 1 3 1 6 : 2 ~.ti 1 0 . 4 1 2 . 4 . . . . ; . , . . , l . c > 9 1 . 6 5 · 1 1 1 · 1 7 8 : ) _ q s 1 3 . 1 2 1 2 1 0 1 5 9 0 1 7 5 0 1 9 9 0 4 1 3 5 3 6 5 9 5 9 9 0 1 0 3 0 1 1 5 0 1 2 1 0 C M G M o t o r s I S G A 0 8 0 9 ( e d r t i o n 7 . 1 . 0 ) 9 2 l A P P E N D I X - C : D C H o l l o w s h a f t T a c h o - G e n e r a t o r · : L ' ; 1 t ~ r . J I . - ; : v i l ) T~!r) . : : 3 9 H D . C . nell~ . . . . ~.hJft t ; o c n · ·'J!lfl!!f:;!Qr~ o r a n 1 t l J S u r c - , c ~··:vortfJrs ! o r r n r . i l ! J u r u r n e n t . c o n t r o l : 1 r H J ~~~;ui.Jiron l u c r l ( J O I C f J Y · T h e · : c . , n u l : 1 1 ; : : , 1 . . ! 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T e m p e r a t u r e c o m p e n s a t i o 1 1 T h o turnpor.::~~u· o c o c l f l r : e n : o l t h o p e r r n u n c . l t r n o g r Jt~ u s o d i ! j d o p o n d c n t o n t t 1 o r n a t o r l a t u s e d a n d i s a p p r a x . + 1 - 0 , 3 % p o r i O d e g r e e s K o f t c m , J O - ; . : J . t u r o c t l < H \ \ j t : L T t 1 i s v a l u o a p p l l o : : t t o a t e • n p n r a t u r o r a n g e o f . a p p r o x . - 4 0 ° C u p t o . . , . 1 0 0 ° C n n d i s r o v o r s 1 b l t t . ! I t e m p e r a t u r e - : o r n p l . ! n : ; a t i o n I S r o q u i r o d , l h i ! . l S l 1 o u l t j b e s p o L . i f l t . d o n orct~r i n g ( e x t r a c o s t ) . I n t h a t e m p e r l l t u r o r a n g F J 0 - 1 0 0 ° C t h o t o m p o r a t u r o c o . J t . . : . J J c w n l o f t h e p c r 1 r u 1 c n t u w g n c t s c a n b e c c m p & n s a t o d u p t o a t o l e r a n c e o f + 1 - 0 . 0 5 % p e r 1 C d e g r e e s K . 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' h e n t h o ! r . ; : ; c h l i l C i S r u n n 1 n g c l o c k w i s o 1 v r c w f r o m t h o ' ' r . · . c s . l ' ; c ) . t t " . c A 1 t c r r n u ' l < J I i : ; p a s r ! i J C u n d t f l O A 2 t e r m i n a l n c g a t r v c . / . , n t . ' . ' J s o n t l n t c h ; H ; : \ c f l n s t t c o f a a o c d t a c h e v o l t u o e i s a ! o w p c r c o n t u : . ; e o ! h u r r r . O i l t C c o n t e n t r n a t u r g e s p o e d r a n g e . t n g e n e r a l , t h e R M S v n l u o o f ~tHJ t o ! D l I H H r n O r l r C m 1 x J G m e u s u r o d b y n t h o r f l l i o n i c v o l l m o t e r a . 1 d r e l e r s t o t h o 0 C . v o l t a \ J O v u l u e . T t 1 o h a r m o n i c voltag~ r s a p p r o x . 0 , 5 O , \ ) a~ s p e e d s b~tNeor: 1 0 0 a n d J O O O r ; : : : m . M u c h i n e h~rmonict r o s u ! t f r o m t h e m u c f l t J n i c . a l u n d o r c c t n c a l d e s i g n a n d t h e e t e c t ( I C O I u s ' ' · 8 3 w e l l u s t h o p r o d u c t i o n t o l o - r a n c o s u l s v m m o t r y _ L i n e a r i t y a n d o p t i m u m l o a d c u r r e n t T h e ; , u l l i . . ! b i l l \ y o l a t a c n o - g o n c r a t o r l o r d l l ! c r e n t c o n t r o l ! u n c t ' . o n s i s d o t u r m i - n e u b y t h e t l n o a n t y o f t r . o o u t p u t v o l t a g e r e l a t i v e t o t h e s p e e d . n w 1 1 1 U x p e r l l \ r : J s ! b l u t o a d c u r r u n t l s g i v e n ! 0 1 e a c h m a c h i n e w~dch s h o u l d n o t b e o x c c c U c d w 1 t h r u : : J . _ . c c t t o t h e a n o a n ! y e r r o r s . ( 0 , 5 % a m a x . c u r r e n t . ) H o w e v e r , f o r h i g h p r c c : i s J o n r c q u 1 r o m o n t s I n t h o run~o o t + 1 - 0 , 1 5 % : s p o o d d o > - J a t i o n , w o r e c o m m e n d t o s e l e c t t h e o p t i m u m l o a d r e s l s t n n : : o . B n . : s h c o n t a c t v o l t a g e S J I Y • H · g r u p h ! t o bru5h£'~ ~ith v e r y I • w : o n t a c t " o l : o ) g o u i ' . . : · . . ~·····/ u . . ) u d f o r D . C . \.1(.;hO·gonurotor~. n , a t o w l v < . . l t a o u d r o p a t t t 1 u n l l r . l i n o c u n t u c t i : : . , , t f o c t u d b y \ l p u o d , c u r r v n t c h l l ! ! l r t y u n d t H t h e b r u s h o s . , b r u a h p r e s u u r u O J n d t h u c o n d l t o n o f t h e p . a U n a u n l t 1 u l l r u e h c o n t 4 c t s u r f a c e . I n s u l a t i o n l w ; u l o t i o n c l u : ; : s ! J . A d d 1 t i o n a t p r o l o c t i o n a g a i . 1 s t a g g 1 o s s J Y O t . I T l b i c n t r . o n d i · t1on~ c u n b u p r o v i d e d U y s p u c l < J I i n s u l a t i 0 n ( o r t r a c o s t ) , C o n s t r u c t i o n f h u r n a c h i n o l n A 4 c o n z s , t r u c t i o n d o u s n o t h a \ o o w n b e a r i n g s . f t t o r s ! o n a t t y - c o n n u c t i o n r c : ; u ! t s f r o m p u s n 1 n g t h o t a c h e o n t o t h e d r i v n s h a l t . U n c c n - o s c t l l u t i o n s w h 1 c h a r o i n d u c o d a n d a m p l i f l o d b y c o u p l i n g s v · i l l t h u : : b e J > ' O t < . . ! o d . M o u n t ' . n g o f t t 1 e m o c h l n o b y mcon~ o f t w o c h c c s o - ! H J U d s c r e w s . , 1 , . 1 5 x S O ( t n c l u d o d i n s c o p o o l : w p p l y ) . t - i o t e : n w x . d r i v u - i n t o r " ' u o 2 0 0 N c n l . D e g r e e s o f p r o t e c t i o 1 1 C l W V D E v 5 3 0 p u r t 5 ( l o r r o l J t l n g o l o c l r i c a l r n u c h l n u s ) . I P 5 5 F u l l y cnc:o~.;j, P r c t e c l l o n a o o i n s t h u r r n f u l d u s t d e p o s i l s a n d a g a i n s t w u t e r s p r o . y f r o m u l l d i r o c t l o n s . I P 5 6 P r o t e c t i o n & < J < l l r l : J l f l o o d i n g . r ; ; ; , · t o : M o u n t i n g : ; u r l u c u o i - t a - c - n o _ l _ o - : - b - c - s o - u . . , - l e - d ' . J I P 4 4 P f o t o c t i o n a g u i n s t g r J n u ! a r o b J e c t s a n d J J u t c r s p l a s h i n g ( w i t h p t n s ! J c t e r r n i n . . 1 l u o x o r conn.;ct~no c 3 U i u , n o a l u m i n i u m c a s t i n g ) . P 3 i n t , s u r f a c e p r o t e c t i o n J P S ! i / I P S G F i n i s h p a i n t l i g h t g r e y R A L 7 0 3 0 . I P 4 4 S u r f n c o p r o t c c ! r o n : g a t v a n 1 Z e d a n d b l a c k c . 1 r o m c d . T a c h e s e x p o o o d t o a g g r e s s i v e g a : : ; c s a n d l u m u s w i l l b e s u p p l i e d , 1 n a d d 1 t r o n : o s p e c i d l i n s u l a t i o n w 1 t h a n a p p r o p n a t o ! i p c c i a ! c a n t o l p a 1 n t . 9 3 S e l e c t i o n t a b l e T e c h n i c a l D a t a E x c i t a t i o n : R < 1 1 e d v n l ! a g e t o l e r a n c e D n e c t 1 0 n o f r u l : J ! J u n P o I n r 1 l y / c o r 1 n e e ! 1 o n s N o o f p n : c . . . N o o l s l o l s N o o l s e g m e n t s Bnr~.hos p P r m n ; : t 1 m c : H a r r n o n 1 C v o 1 ! < 1 g e l . I I H . ' i . H i l y e r r o r P r e f e r r e d v o l t a g e s T y p p Pcrm~ner, t . . . / 5 ' r e v e r ! ; 1 b l e d > q H ' n d o n t o n d : r e c l 1 o n r d r o t t l \ ! 0 ' 1 3 9 : l 9 q u ; J i i l y /~(; 3 5 d11nrn:;~ons 3 x : ) x 1 0 H J ( G M S J · 0 , 5 ·,~ 1 1 0 0 - : l O O O q l m l 0 . 1 5 " ~iOO J O O O r p r n J 1 " · · · n o - 1 0 0 1 1 w 1 1 a t a I H W : e r c o w - . u r n p t J o n O f ~~pplllX 0 , 0 4 \ V 1 1 ( ) ( ) ( ) t p m '1;J!r~d Volln~w a t 1 0 0 0 r p m ; ' . t l M J ) . S J ; c e d [ r p n 1 ] n c v v r ; , , n g e r r o r l r s u l ; - 1 t r n 1 1 T c · n n e · n l u r t · c o e f f : c : J r > n l \ \ ' , n d H H J t e s l ~/om('!ll o f 1 1 1 C r l 1 ; 1 Vo'e1~,jhl o f c o m r ; l v l f : 1 1 1 , l l ! l ( ' ' - 1 i l > i ' W ~:1 I , . • , J ! J I I • C t d r t • r ! t ; l ! ~ ~'1)0 r p m ' I f \ ] 0 2 c C l " s s G 0.0~)' p . : · r 1 0 c J c g r c c : : : . K c r : r n p c n s < t \ e d r n c 1 q n e t : , y s t r . r n 0 3 " : { ) C I 1 0 lll'UP'f.:'~ Y . 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' [ l - - - - - - - - - - · - - - - - - - - - · · - · - - - - - · - · . 1 1 < ' < ' , 1 ' " " ' ' ~ ---~---·------- - · - - - o - · - - -~--· - - - - T O P 4 3 9 - 1 T O P ' 3 9 - 2 T O P 4 3 9 - 3 T D P 4 3 9 - 4 T O P 4 3 9 · 5 T O P 4 3 9 - 6 1 0 ) ( ) J O • 1 0 ~~o 6 0 c , r n o \ 1 . ) D O O O ' , ' ( ) 8 0 0 0 1 1 L D O O 1 n ! 1 0 0 0 a ~coo 2 . 1 0 : ' 1 · 1 ( \ G 2 s • c ; . > e " " I 2 2 l J 6 1 s , , 5 R i O ·---------~---------·~------·--·--···· V o 1 1 n g c s w 1 t h 8 0 V , 1 0 0 V i l n r 1 1 ? 0 V t t r f ' p t 1 S S ! b t ( . • w t t h T y p e - T O P l . < 1 3 9 . C o m b i n e d U n i t s T h ( • c o m b i n e d u n i t s ( w i t h o w n b e a r i n g s ) d u c r ) r n · pn~.t! o l H H : t a c h o c l c . : - ; c t d w c t o n l l w p r e c e d u 1 q pn~}{'~· f > l u s a n i n c r e m e n t a l e n c o d e r o r O V N S p e e d s w d c h r n u u n ! e c J l o q c t t w r o n a t;P1~"lh~ ~;h;lll 1 [ n u 1 < i ( ' l 1 o v c l - ~·.prrd s • 1 n t c h + t : H " : h o o n r t • q t H • ; : ; t ! T i l e S ( ' t n t . J : i y c·:,clrv~(·d ; ; J { I C I ' l l r W r . a r - , s~~~, 1 1lr(:d H ' 6 5 c o n s t r u c t i o n w i t h o n e f r e e s h : ' l f t e x t e n s i o n h t v m g 1 \ • : o l c r m 1 P ; l l t J O x c s F S E 1 0 2 + T O P 4 3 9 H T~l:----- I J L ·~. ~ 1 - i M 8 0 M 5 1 5 3 6 - 8 5 c o n s t r u c t i o n D . C . t a c h e a n d o v e r s p e e d s w i 1 c h t y p e F S E 1 0 2 . h ( ' ovrr~pccr1 : ; w i ! O l : y p t ' r s E t O ? 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J c h o , ) n e t i n c r e m e n t a l c n r ; - e ; d e r t ; p e F G 4 T l w rnc~r:r•wn1;J! r r 1 c n r ! C ' r t y : ! ( · f ( \ · 1 , , , , J r r • b w : ! U ' l r ! ! n · ' , ' ( • f ' y ' P J : 1 q • r T ( · :11nh1r.'~'! ; 1 n ( ! O ! ' C ' t , d l ( l ' l t l l C ( l ' > d d • r • n c ; _ I J I I ' : c d , !r~::.-Jt'·l•ly ; : n : ! ; o n : : J l r l r · l 1 r ' l e 11~. h ; n r _ 1 : o · 1 ; . , t ( l c n n · . - ( · r t 1h<~ : ; p ! • r ( ! m • o ; ) p r o o r . r ! H i f l d l l r • C J \ J t ' l l \ · 1 : : n d i r · ·H·n(•r;r~f' l : 1 r U H • r l r q 1 : : 1 1 :;•on:ll~ i - - . , . I S u b ; c c t t o m c d i f 1 c a t r c : n ! J o h a n n e s H u b n e r , F a b r i k e l e k t r i s c h e r M a s c h i n e n G m b H D - 3 5 3 9 4 G i e s s e n , Siemcns~;tr. 7 G E R M A N Y P h o n e : + + 4 9 - 6 4 1 - 7 9 6 9 - 0 · F a x : + + 4 9 - 6 4 1 - 7 3 6 4 5 E - m a i l : i n f < = > . @ t]_uebnc.r::~Jie~0._en.fle.