Asynkronmotorn. Industriell Elektroteknik och Automation

Transkript

1 Asynkronmotorn Industriell Elektroteknik och Automation

2 Asynkronmotorn Den vanligaste motorn i industrin Alla effektklasser, från watt till megawatt Typiska användningsområden Fläktar Pumpar Transportband Verktygsmaskiner Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 2

3 Sedan tidigare Likströmsmaskin & Synkronmaskin u a u ea T a di La dt m i a m a n ~ spänning R a i a e a e cost T el 2 m i s p mek n ~ frekvens Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 3

4 Sedan tidigare Betrakta det som tre lindningar vridna 120 I verkligheten ligger lindningarna fördelade över flera spår Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 4

5 Sedan tidigare Trefas sinus Roterande statorflöde Magnetiserad rotor kommer att följa statorflödet Synkront varvtal (n s eller ω s ) Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 5

6 Sedan tidigare En kortsluten slinga är flödeströg Vid förändring av flödet genom slingan induceras en spänning Spänningen driver en ström som ger ett magnetfält Magnetfältet är riktat så att det motverkar flödesförändringen En strömförande ledare i ett magnetfält utsätts för en kraft Detta räcker för att förklara asynkronmaskinen Samma stator som synkronmaskinen, byt ut rotorn Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 6

7 Asynkronmaskinen Trefasig stator Inga magneter Kortsluten rotor, som bur Trefasig ström i statorn Rotorström induceras Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 7

8 Rotorn är flödeströg Utgångsläge Flytta statorströmmen snabbt ett steg - vad händer i rotorn? s s r Rotorn är flödeströg och spjärnar emot! Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 8

9 Momentbildning F=Bil s B r Rotorn vill följa statorflödet (så den slipper förändring) Momentet bygger på induktion Kräver skillnad i varvtal, eftersläpningen (eng. slip): Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 9

10 Lik en transformator med speciell belastning R s X s X r R r R m X m R r 1-s s Direktstart från elnät: s=1, som kortsluten transformator Tomgång: s=0, som obelastad transformator Effekt i Effekt i 1 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 10 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 10 R r s motsvarar axeleffekt: 1 3 motsvarar elektriska förluster i rotorn Magnetiseringen (X m ) drar reaktiv effekt från nätet

11 Ström- och flödesvektorer i s Statorströmvektor - momentbildande komponent - magnetiserande komponent. i s Statorflöde Denna fanns inte i PMSM Drar reaktiv effekt från nätet Skäl för reaktiv kompensering med kondensatorer i r Rotorströmvektor Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 11

12 Momentkarakteristik T T max T L (n) för last t.ex. fläkt n s : synkront varvtal n n : nominellt varvtal Eftersläpning: T start T n n k n n n s Arbetsområde Tomgång n=n s n Eftersläpning s: 1 0 Spänningens frekvens n s, spänningens belopp T max Båda valfria med kraftelektronik Lägre U plattare T(n), lägre n s T(n) flyttas i sidled När belastningen ökar avviker rotorns varvtal n mer från n s Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 12

13 Asynkronmotorn inuti Lagersköld Uttagslåda Kylfläns Kullager Motoraxel Statorlindning Fläkt Rotor Statorplåtpaket Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 13

14 Asynkronmotorns varvtal Tomgång: eftersläpning s=0 och varvtal n=n s Märkbelastning (se märkplåt): s några få % och n få % under n s mek el ns 60 p 2 p f samma som för SM Antal poler n 50 Hz 50 Hz rpm 1-7 % under 3000 rpm rpm 1-7 % under 1500 rpm rpm 1-7 % under 1000 rpm Motor 3~ 50 Hz IEC 34-1 No. 2.2 kw 2820 r/min cos 0, V 4.7 A 19.0 kg IP V 8.15 A Cl. F Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 14

15 Inkoppling OBS: Mek. effekt Motor 3~ 50 Hz IEC 34-1 No. 2.2 kw 2820 r/min cos 0, V 4.7 A 19.0 kg IP 54 Lindningarna anslutna till plint 220 V 8.15 A Cl. F Y/D alt 1: Samma U lindning vid Y och D kräver olika U h,ger samma i lindning och därmed samma P Y/D alt 2 (Y-D-start): Samma U h vid Y och D ger låg och hög U lindning Minskar startström D Y Byta rotationsriktning W2 U2 V2 U1 V1 W1 L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 15

16 Asynkronmotorns praktiska egenskaper Självstartande vid nätanslutning Robust och pålitlig Endast kullager slits Enkel och billig att underhålla Starkt standardiserad billig i inköp Rotorn får sitt magnetfält via statorn drar reaktiv effekt behov av reaktiv effektkompensering Kan även användas som generator Översynkront varvtal Levererar aktiv effekt Drar reaktiv effekt Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 16

17 Startmetoder Direktstart Hög startström Högt startmoment Y/D-start Lägre startström Lägre startmoment Måste vara märkt 400/690V Mjukstartare Reducerar spänningen för att begränsa startströmmen Plattare momentkurva Frekvensomriktare Reducerar frekvensen och spänningen Märkmoment vid start Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 17

18 Varvtalsstyrning: variera spänningen Speciella motorer med hög rotorresistans Lastens momentkarakteristik bestämmer varvtalet Enkel Dålig verkningsgrad Används bara i mindre motorer Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 18

19 Varvtalsstyrning: variera frekvensen Transformatorformeln U 4,44 B Minskning av frekvensen Ökat flöde Ökad ström Lösning Minska även spänningen för att hålla konstant flöde U ~ f max kan åstadkommas med frekvensomriktare f A N T u s = 110 V f 1 = 25 Hz T n u s = 176 V f 1 = 40 Hz u s = 220 V f 1 = 50 Hz u s = 220 V f 1 = 60 Hz u s = 220 V f 1 = 70 Hz n<n n konstant moment u s = 220 V f 1 = 80 Hz n (r/min) n>n n avtagande moment n n Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 19

20 Enfasdrift Enfasmatning 1D-flöde Steinmetz koppling C ger fasförskjutet flöde i annan riktning Startar alltid åt samma håll Kan gå utan C när den startat Fungerar även för trefasmotor Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 20

21 Enfasdrift Enfasmatning 1D-flöde Skärmpolmotor Flödet fasfördröjs av skärmarna (Lenz lag) Startar åt samma håll Vanlig i fläktar, avloppspumpar i tvättmaskin, mm Används bara för små effekter 21 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 21

22 Skydd av Asynkronmotorn Överlastskydd (Motorskydd) Bimetall Samma temperaturkaraktäristik som maskinen Fasbrottsskydd Tvåfasdrift ger ökad ström och risk för överhettning Temperaturvakt Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik 22

23 Sammanfattning växelströmsmotorer Trefas sinusspänning ger jämnt roterande spänningsvektor Inducerad emk (tomgångsspänning) proportionell mot varvtal Vridmoment T= m i s Variabelt varvtal för växelströmsmotor Frekvensen bestämmer varvtalet Välj konstant U/f för att hålla konstant flöde Permanentmagnetiserad synkronmaskin, PMSM Permanentmagnet ger rotorflöde Synkron gång där r följer s Belastning ger skillnadsvinkel mellan statorflöde s och rotorflöde m Asynkronmaskin, AM Rotorström induceras i kortsluten lindning genom eftersläpning Asynkron gång: r s vid belastning Belastning ger varvtalsskillnad: n några % mindre än n s Föredragstitel 23 23

24