LNB727. Asynkronmaskinen

Transkript

1 , Sida 1 LNB727 Asynkronmaskinen Ett urval av föregående års kursmaterial av Lennart Widén m.fl. Stefan Lundberg Avd. för Elkraftteknik Inst. för Elektroteknik

2 , Sida 2 Lärande mål: Efter fullgjord kurs ska studenten kunna:.. Förklara uppbyggnaden av synkron- och asynkronmaskiner samt modellera maskinerna i stationärtillstånd. Beräkna varvtal, ström, spänning, effekter och moment vid olika belastningar för både synkron- och asynkronmaskinen, baserat på dess ekvivalenta schema. Verkställa en infasning av en synkronmaskin till ett trefasnät och förklara funktionen vid generering av aktiv och reaktiv effekt. Beskriva funktionen och verkställa parallelldrift av synkrongeneratorer i ett fartygslikt elnät vid olika belastningsfall. Beskriva olika start- och varvtalsstyrningsmetoder för asynkronmotorer samt beräkna startströmmar vid de olika metoderna.

3 Asynkronmotorn , Sida 3

4 Motorer är idag standardiserade , Sida 4 Effekter och mekaniska data är de samma mellan olika fabrikanter. OBS! De relativa värdena i kataloger. I S /I N Förhållandet mellan startströmmen och märkströmmen. T S /T N Förhållandet mellan startmomentet och märkmomentet. T max /T N Förhållandet mellan maxmomentet och märkmomentet.

5 , Sida 5

6 , Sida 6 Man skiljer mellan flänsmotorer och fotmotorer. Här ett exempel på en barkmaskin som är utrustad med flänsmotorer

7 , Sida 7

8 , Sida 8 Startström OBS! De relativa värdena i kataloger. I S /I N Förhållandet mellan startströmmen och märkströmmen. T S /T N Förhållandet mellan startmomentet och märkmomentet. T max /T N Förhållandet mellan maxmomentet och märkmomentet.

9 , Sida 9 Startmetoder Startmetoderna syftar till att hålla nere den stora startströmmen, vilken kan orsaka stora spänningsfall i elnätet samt att det ger onödigt slitage på motor och last. Nackdelen är att motorns moment blir mindre (svagare motor) och att starten tar mycket längre tid. I vissa fall kan då motorn bli överhettad. I 1 I' 2 R 1 X 1 X 2 R 2 + U 1 - Tomgångs ström I Rfe R fe I m n 2 X m 1-s R 2 Belastnings s ström

10 Startströmmen är ca , Sida gånger märkströmmen

11 Genom att ge rotorstavarna olika geometrisk utformning kan startmomentet ökas och man kan även få en reduktion av startströmmen , Sida 11

12 , Sida 12 Starttider för asynkronmaskinen Starttiderna för motor + belastning kan approximativt beräknas med följande samband. J b och J m är belastningens och motorns tröghetsmoment.

13 Konstant moment , Sida 13

14 Linjärt ökande moment , Sida 14

15 , Sida 15 Kvadratiskt ökande moment

16 , Sida 16

17 En marin applikation med ställbar propeller och asynkronmotor , Sida 17

18 Y-D-start Y-D-starten är en billig metod som används där nätet och maskinerna tål den rätt omilda behandlingen. Vid starten kopplar man en normalt D-kopplad motor i Y. Motorn går igång och när den börjar närma sig sitt driftvarvtal kopplas den om i D. Tyvärr får man då ofta en rejäl strömspik som kan verka störande i nätet. Startströmmen och momentet reduceras teoretiskt till 1/3 av normala värden under startförloppet. Ej bra vid fläkt och pumpdrifter (lastmoment som ökar kvadratiskt med varvtalet) för man når då bara 70-90% av nn i Y och får en stor strömspik vid omkoppling till , Sida 18

19 Y-D-koppling , Sida 19 -U 1 U U 31 U U 1 U U U 2 U 2 U 2 U 23 -U 3 U 1 I fy1 =I LY1 Z L Z L Z L U 2 U 1 I fd1 =I LD1 -I LD3 I LD1 Z L Z L I LD2 I LD3 Z L U 2 U 3 U 3 = = = 3 = 3 = 3 3 =3

20 , Sida 20 Y-D-start med tre kontaktorer K1 går till K2 går till (motorn är ny Y-kopplad). K3 frånkopplad. Ett tidrelä slår ifrån K2 och K3 slås till (motorn går nu D-kopplad).

21 Huvudschema för Direkt start Fram-back Y/D-start , Sida 21

22 Manöverschema för Direkt start Fram-back Y/D-start , Sida 22

23 Transformatorstart Läge 1 Få lindningsvarv ger en låg spänning till motorn och därmed reducerad startström , Sida 23 Läge 2 Motorn har startat, spänningen ökas när switch 2 sluts. Läge 3 Switch 3 sluts och 4 öppnarmotorn går med märkspänning.

24 , Sida 24 Elektronisk mjukstart 3-fas dimmer Optimerar startmomentet och startströmmen. Detta sker kontinuerligt och ej stegvis.

25 Större elektronisk mjukstartare , Sida 25

26 , Sida 26 Optimering då belastningen har ett lågt momentbehov

27 , Sida 27

28 , Sida 28 Start av en släpringad motor Rotorkretsen kopplas via släpringarna till yttre resistorer (R y ). Vid starten är maximal resistans ansluten och sedan kopplas successivt resistorer bort. När starten är avklarad går motorn som en kortsluten asynkronmaskin. När starten är avklarad finns på de större maskinerna en anordning som lyfter kolen(borstarna) från släpringarna och kortsluter rotorn. Detta för att spara på kol och släpringar.

29 , Sida 29 Start av en släpringad motor R y R y R y

30 Start av en släpringad motor Motormodellen blir med en yttre rotorresistans, R y , Sida 30 I 1 I' 2 R 1 X 1 X 2n I 2 + U 1, f 1 - I Rfe R fe I m R 2 X m U ' 2, f U' ', f I'' ~ U 2, f R y I 1 I' 2 R 1 X 1 X 2 R 2 +R y + U 1 - Tomgångs ström I Rfe R fe I m n 2 X m 1-s (R 2 +R y ) s Belastnings ström

31 , Sida 31 ( ) ' y ' ' y ' 2 1 ' 3 X X s R R R U s R p R M ω ( ) ' y ' Belastning X' X s R R R U I

32 , Sida 32 Termiskt överströmsskydd Om motorn är fjärrmanövrerad måste det finnas ett termiskt överströmskydd som skall koppla bort motorn om strömmen blir för stor. Detsamma gäller då motorn inte har ständig tillsyn. Smältsäkringar eller automatsäkringar har till uppgift att koppla bort kortslutning eller stora överströmmar.

33 Det termiska överströmsskyddet ställs in på motorns märkström , Sida 33

34 Det termiska motorskyddet påverkar manöverkretsen och inte motorströmmen direkt , Sida 34

35 , Sida 35 Termiska skyddet i utgångsläget dvs bimetallerna är kalla. Termiska skyddet löser ut pga överström dvs bimetallerna är så varma att de påverkar kontakten.

36 Termiska skyddet löser ut pga avbrott i en fas. En bimetall är kall och de två andra är normalvarma , Sida 36

37 Karakteristik för ett termiskt överströmskydd. 0 visar på osäkerheten i inställt värde. S1= tid för brytning om skyddet är ställt så högt det går vid fasavbrott S2= tid för brytning om skyddet är ställt så lågt det går vid fasavbrott , Sida 37

38 , Sida 38 Asynkronmaskinen vid fasavbrott. Maskinen står still. Motorn kommer inte att starta om endast två faser är anslutna. Strömmen kommer att var mycket stor och det termiska överströmskyddet skall lösa ut. Maskinen roterar. Om fasavbrottet kommer då motorn är igång kommer den att fortsätta att rotera med en ökande ström. Även här skall motorskyddet lösa ut.

39 , Sida 39 Frågor? Stefan Lundberg Elkraftteknik Elektroteknik