F6: Asynkronmaskinen (Kap 10) och Mjukstartaren (BWW Kap 13)

Transkript

1 F6: Aynkronmakinen (Kap 10) och Mjuktartaren (BWW Kap 13)

2 Allmänt om aynkronmakinen (I) Lagerköld Uttaglåda Kylflän Kullager Motoraxel Statorlindning Fläkt Rotor Statorplåtpaket Figur Aynkronmakin

3 Allmänt om aynkronmakinen (II) Att aynkronmotorn använd i å tor utträckning beror framför allt på följande: Den är jälvtartande när den anlut till nätet Den är robut och pålitlig Den är billig i inköp Den är enkel och billig att underhålla Den är tarkt tandardierad

4 Varför nurrar motorn? (I) [ Varför roterar rotorn? (I) ] Induktionlagen (Lenz lag): u d dt Figur Guldring inuti tatorn till en aynkronmotor För en kortluten linga: d u Ri dt

5 Varför nurrar motorn? (II) [ Varför roterar rotorn? (II) ] Figur a) Ett homogent fält genom en ring roterar. b) Om ringen är öppen minkar flödet genom den och en pänning inducera c) Om ringen är luten ger den upphov till ett eget magnetfält om föröker upprätthålla flödet genom ringen. d) Magnetfältet från ringen

6 Mekanikt utförande (I) Figur Statorhu och burlindad rotor Figur Rotor med läpringar Figur Stator- och rotorplåt

7 Mekanikt utförande (II) -Statorn Figur a)-c) u, v och w-lindningen i tatorn d) chematika lindningar för att via flödena referenriktningar.

8 Mekanikt utförande (III) -Statorn tatorplåtar härvände w i w w' Figur Statorplåtar med två lindninghärvor.

9 Mekanikt utförande (IV) - Sinuformigt utbredda lindningar u' Antalet lindningvarv i de olika påren ka vara proportionellt mot inu för vinkeln mellan påret och den magnetika axeln: n K in Ett negativt värde innebär att trömmen går i motatt riktning. 7 u 6 Figur Sinuformigt utbredd lindning.

10 Mekanikt utförande (V) - Burlindad rotor Figur Rotorbur och rotorplåt.

11 Mekanikt utförande (VI) - Burlindad rotor Figur Två mottående rotortavar tillamman med ändringarna utgör en kortluten linga. Alla tavar tillamman bildar flera kortlutna lingor.

12 Vektorekvationer (I) i u, i v och i w momentanvärden av motorn tre linjetrömmar u u, u v och u w momentanvärden av fapänningarna R är tatorlindningarna reitaner, lika för varje fa Varje lindning ger upphov till ett ammanlänkat flöde u (u u R i u ) dt v (u v R i v ) dt w (u w R i w ) dt

13 Vektorekvationer (II) Statortrömvektorn Statorpänningvektorn Statorflödevektorn j w j v u e i e i i i j w j v u e u e u u u j w j v u e e

14 Vektorekvationer (III) Statorekvationen i tatorkoordinater ( u Ri ) dt eller d dt u R i approximativt d u dt Flödevektorn pet rör ig i pänningvektorn riktning Flödeändring ge av pänningtidyta

15 Vektorekvationer (IV) Aynkronmotorn rotor är kortluten dv rotorpänningen u r =0 Rotorekvationen i rotorkoordinater: d dt r r R r rir Youtube: Learn Engineering

16 Sinumatning (I) Många aynkronmakiner är anlutna till ett trefanät utan mellanliggande frekvenomriktare. Dea makiner kan man betrakta om inumatade. Även aynkronmakiner anlutna till nätet via en mjuktartare kan betrakta om inumatade. Sinumatning medger att enklare beräkningmodeller än vektorekvationerna kan använda. Sinumatade aynkronmakiner i tationär drift (kontant rotorhatighet ) kan matematikt behandla med j-metoden. Vid användning av j-metoden betraktar man aynkronmakinen i ett koordinatytem om roterar med tatorflödet vinkelhatighet (om kalla den ynkrona vinkelhatigheten).

17 Sinumatning (II) Det matande nätet (elektrika) frekven benämn f 1. Denna frekven motvarar en vinkelhatighet 1 =2f 1. För en tvåpolig aynkronmakin roterar även flödet med amma frekven dv = 1. Preci om att rotorekvationen kunde uttrycka i tatorn koordinatytem kan man överföra aynkronmakinen dynamika ekvationer till ett koordinatytem om roterar med den ynkrona hatigheten. Vinkeln mellan det fixa koordinatytemet () och det roterande benämne, vilket betyder att d /dt=. Överföring av ekvationerna från vektorform till cviarform ta upp i föreläning F9. Här nöjer vi o med att titta på den tationära modellen giltig för inumatade makiner.

18 Sinumatning (III) q d u roterande koordinatytem fixt koordinatytem i r i r r Figur Statorkoordinatytem, heldraget, och koordinatytem om roterar med tatorpänningvektorn, treckat.

19 Sinumatning (VII) Statorekvationen och rotorekvationen kan e om Kirchoff pänninglag i två lingor! u R 0 j i j ( Li Lmir ) Ri j1l i j1l 1 m r 1 Lm ( i ir ) j 1 L i r r Rr Det går alltå att rita en ekvivalent kret om motvarar dea i r ( i i ) Efterläpningen definiera om i u R L R r / i r i m L m L r Figur Ekvivalent chema för en fa

20 Motorn magnetieringtröm: Sinumatning (VIII) Obervera likheten med tranformatorn ekvivalenta chema! Om magnetieringinduktanen flytta ut mot till vänter erhålle det förenklade ekvivalenta chemat (-modellen)! Vilket ger rotortrömmen: u ir R R j L L i m i r i r 1 r i R L R r / i r L r i m u L m Figur Ekvivalent chema för en fa

21 Sinumatning (IX) - Effekter (I) För EN (ekvivalent Y-) fa ge den inmatade effekten av: P * in, fa Re( u i ) Förluterna i EN fa ge av: P Vid tationär drift ändra inte den upplagrade magnetika energin vilket ger: P Verklig axeleffekt: P 2 R i 2 2 förl, fa Ri Rrir 2 P in P 3 R förl 2 i 3 P Rr ut P 2 P friktion i in, fa 2 r Rr 3 i 2 r 3 P förl, fa R i R i 3 R i r r r r

22 Sinumatning (X) - Effekter (II) Rita om ekvivalenta chemat på grund av effektuttrycket: P 2 P in P förl Rr ir P Cu1 P Cu2 P Cu1 P Fe1 i R L i r L r R r P Cu2 i m u 1 Rr R m L m P 2 P in P 12 P2 P friktion P ut P Fe1 Figur Ekvivalent chema med olika effekter markerade (vänter). Förlutdiagram kalla ibland kortendiagram (höger). Obervera att järnförluterna i rotor är mycket låga efterom f l =f 1 -f 2 = f 1 är väldigt låg!

23 Sinumatning (XI) - Vridmoment Aynkronmakinen vridmoment ge av (P 12 kalla luftgapeffekt): T Rrir P Rr i 2 r P12 T T max T T max T tart T n T tart T n n k n n n n 0 k 1 Figur Aynkronmakinen momentkaraktäritik. Figur Moment om funktion av efterläpning.

24 Praktik drift (I) - Mångpoliga motorer Den ynkrona mekanika vinkelhatigheten är kopplad till den elektrika vinkelhatigheten 1 eller frekven f 1 enligt: f 1 2 f 1 p p p Där p betecknar antalet poler. Sen tidigare vet vi att: 60 n ; 2 n [varv/min] [rad/] Vilket betyder att det ynkrona varvtalet ge av 1 n f1 120 f 2 p p 1

25 Praktik drift (II) - Mångpoliga motorer f 1 2 f 1 p p p n f1 120 f 2 p p 1 OBS! Beräkningar för mångpoliga makiner är exakt amma om för tvåpoliga utom att 1. N S S Figur Flöde i 4-polig motor. N Tabell 10.1 p n [varv/min]

26 Praktik drift (III) Exempel: En aynkronmotor är märkt 380V, 50 Hz, 1430 r/min. Motorparametrarna har mätt upp till: R 0.70, R 0.68, L L 3.9mH, L r r m 90mH Beräkna tatortröm, rotortröm, vridmoment, ineffekt, uteffekt och effektfaktor vid nominellt varvtal och tationär drift!

27 Löning: Praktik drift (IV) Den angivna pänningen är en huvudpänning, men när vi räknar på det tationära fallet räknar vi på en fa (en ekvivalent Y-fa), och använder fapänningar i fortättningen. u h 380V u u 380/ 3 220V f1 50 Hz 1 2f1 250 rad/ 100 rad/ Motorn nominella varvtal är n = 1430 r/min, något under det ynkrona varvtalet, n = 1500 r/min. Motorn är alltå 4-polig enligt tabell Vid nominellt varvtal är efterläpningen: fa 2 2 p rad/ 50 rad/ p 4 n n n

28 Praktik drift (V) Strömmarna i och i r kan nu beräkna med ambanden vid tationär drift, eller genom att titta i ekvivalenta chemat i figur Välj u om riktfa, och dividera med impedanen från tatorgrenen i erie med rotor- och magnetieringgrenen parallellt: u i Rr j1lr j1lm R j1l Rr j1lr j1lm 220 A 0.68 j j j j j j j8.9a 15.9e A

29 Praktik drift (VI) Rotortrömmen kan räkna ut med trömdelning av tatortrömmen, j1lm ir i Rr j1lr j1lm j j8.9 A 13.6 j1.8 A 0.68 j j Alternativt kan trömmen beräkna genom att approximera ekvivalenta chemat med det förenklade ekvivalenta chemat, dv -modellen: i r u ( R Rr / ) j1( L Lr ) 220 A 14,0 j2.2 A ( / 0.047) j100( )

30 Praktik drift (VII) Obervera att det är den ynkrona vinkelfrekvenen om ka använda när vridmomentet ka beräkna (ur P 12 ): T Rr 3 i 2 r Nm 52.1 Nm Om det approximativa värdet på hade använt hade momentet blivit 56 Nm, ca 8% för högt. Effektfaktorn co är ett mått på faförkjutningen mellan och arg( u ) arg( i ) 34 Ineffekten P in och uteffekten P 2 (före friktionförluter) blir P in 3u i co 3u h i co i r u i co 0.83 P2 T (1 ) T 50(1 0,047) 52.1 kw 7.8 kw r i i r kw 8.7 kw 2 2 A 13.7 A

31 Inkoppling - Märkkylt Motor 3~ 50 Hz IEC 34-1 No. 2.2 kw 2820 r/min co 0, V 4.7 A 220 V 8.15 A 19.0 kg IP 54 Cl. F Figur Märkkylt till tvåpolig 2.2 kw aynkronmotor.

32 Inkoppling - Anlutningar, Y/-koppling W2 U2 V2 U1 V1 W1 L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3 a) b) c) d) Figur Uttaglåda b) D-kopplad tator c) Y-kopplad tator d) Rotationriktning ändra genom att två faer kata om.

33 Start- och kyddutrutning (I) - Startmetoder Direkttart Y/-tart Mjuktart Släpringar Frekvenomriktare

34 Start- och kyddutrutning (II) - Bromning Utrullning (eng. Coating) Mekanik bromning Mottrömbromning Liktrömbromning Överynkron bromning (generatordrift)

35 Start- och kyddutrutning (III) - Enfadrift Steinmetz-koppling (kondenator mellan två anlutningar) Figur Steinmetz-koppling medför att en trefamotor kan anluta enfaigt.

36 Start- och kyddutrutning (IV) - Skyddapparater (I) Jfr. Skydd i Elenergiteknik ETEF05 (övertrömkydd etc) Överlatkydd Axeleffektvakt (effektmätande kydd) Faavbrottkydd Temperaturvakt (mäter temperaturen i tatorlindningen) Typikt PTC-termitor eller PT100 givare! Obervera att denna typ av kydd ofta är inbyggda i mera intelligenta produkter om frekvenomriktare och mjuktartare.

37 Start- och kyddutrutning (V) - Skyddapparater (II) Många kydd är trömmätande i (A) P(kW) 2,0 1,5 1,0 0 co 0,8 0,6 0,4 rotortröm, i r tatortröm, i 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 effektfaktor, co magnetieringtröm, i m ineffekt, P in uteffekt, P ut Figur Det övre diagrammet viar effektivvärden av tatortröm (heldragen), rotortröm (treckad) och magnetieringtröm (punkttreckad) om funktion av efterläpning då motorn belata från noll upp till märklat. Det undre viar ineffekt (heldragen), uteffekt (treckad) och effektfaktor (punkttreckad). Man er bl a att tatortrömmen är i det närmate kontant vid låg belatning. 0,5 0,2 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

38 Mjuktartare Mjuktartare betår av antiparallellkopplade tyritorer om tyr på ett ådant ätt att utpänningen RMS-värde begräna (med hjälp av tyrvinkeln ). Tyritorer kan tända med en extern tyrignal men läck genom att anodtrömmen junker under hållnivån. Därför kategoriera mjuktartaren om nätkommuterad omvandlare. Figuren nedan viar ett enfaigt principchema (jämför med en vanlig dimmerkoppling). BWW Figure 13.1 (a)

39 Mjuktartare - Samma princip om en enfaig dimmer med RL-lat

40 Mjuktartare -Trefaig

41 Mjuktartare -InideDelta

42 Kommeriella mjuktartare - Aynkronmakinen momentkaraktäritik

43 Kommeriella mjuktartare - Andra karaktäritikor för aynkronmakinen

44 Kommeriella mjuktartare - Typika karaktäritika för Y/-tart Starttrömmen ca 30% av tarttrömmen vid direkttart () Startmomentet ca 25-30% av tartmomentet vid direkttart ()

45 Kommeriella mjuktartare - Konfigurationer Behöver bara känna till (c)

46 Kommeriella mjuktartare - Bypa-kontaktor

47 Kommeriella mjuktartare - Jämförele mellan DoL-, Y/- och mjuktart

48 Kommeriella mjuktartare - Praktik realiering