Asynkronmotorn. Den vanligaste motorn i industrin Alla effektklasser, från watt till megawatt Typiska användningsområden

Transkript

1 Asynkronmotorn

2 Asynkronmotorn Den vanligaste motorn i industrin Alla effektklasser, från watt till megawatt Typiska användningsområden Fläktar Pumpar Transportband Verktygsmaskiner

3 Asynkronmotorns elanvändning Energimyndigheten: Elmotorer står för mer än 40 % av elanvändningen i Sverige och globalt Elmotorer står för 65 % av svensk industris elanvändning Elmotorer på 0, kw står för 67 % av detta, varav asynkronmotorn står för 90 % 3

4 Sedan tidigare Lenz lag 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

5 Asynkronmaskinen Trefasig stator Inga magneter Kortsluten rotor, som bur Trefasig ström i statorn Rotorström induceras

6 Rotorn är flödeströg Utgångsläge Flytta statorströmmen snabbt ett steg - vad händer i rotorn? s r Rotorn är flödeströg och spjärnar emot! s

7 Momentbildning F=Bil s B r Rotorn vill följa statorflödet (så den slipper förändring) Momentet bygger på induktion Kräver ω-skillnad, eftersläpningen (eng. slip): ωs ωr s = ω s

8 Momentkarakteristik T T max T start T n n s : synkront varvtal n n : nominellt varvtal n k n n n s Eftersläpning s 1 0 Spänningens frekvens n s, + spänningens belopp T max Båda valfria med kraftelektronik Lägre U plattare T(n), lägre ns T(n) flyttas i sidled T L (n) för last t.ex. fläkt Arbetsområde Tomgång n=n s n När belastningen ökar avviker ω r mer från ω s

9 Olika lasters karakteristik

10 Asynkronmotorns varvtal Tomgång: s=0 och n=n s Märkbelastning (se märkplåt): s få % och n få % under n s ωmek el ns = 60 f p = ω 2 π p 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 samma som för SM Motor 3~ 50 Hz IEC 34-1 No. 2.2 kw 2820 r/min cos ϕ 0, V 4.7 A 220 V 8.15 A 19.0 kg IP 54 Cl. F

11 Lagersköld Asynkronmotorn inuti Uttagslåda Kylfläns Kullager Motoraxel Statorlindning Fläkt Rotor Statorplåtpaket

12 OBS: Mek. effekt Inkoppling Motor 3~ 50 Hz IEC 34-1 No. 2.2 kw 2820 r/min cos ϕ 0,89 W2 U2 380 V 4.7 A V2 U1 V1 W 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 L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3

13 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

14 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

15 Varvtalsstyrning variera spänningen Speciella motorer med hög rotorresistans Lastens momentkarakteristik bestämmer varvtalet Enkel Dålig verkningsgrad Används bara i mindre motorer

16 Transformatorformeln igen U = 4,44 Bmax Minskning av frekvensen Ökat flöde Ökad ström Lösning Minska även spänningen för att hålla konstant flöde U Ψ ~ f kan åstadkommas med frekvensomriktare, mer om detta senare Varvtalsstyrning variera frekvensen 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 konstant moment u s = 220 V f 1 = 80 Hz n (r/min) >n n avtagande moment n n

17 Strypning / varvtalsstyrning Centrifugalpump: P in ~ konstant oberoende av flöde Mål: minska flödet till 70% Strypning Varvtalsstyrning lastkurva pumpkurva

18 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

19 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 19

20 Skydd av Asynkronmotorn Överlastskydd (Motorskydd) Bimetall Samma temperaturkaraktäristik som maskinen Fasbrottsskydd Tvåfasdrift ger ökad ström och risk för överhettning Temperaturvakt

21 Kapslingsklasser Motor 3~ 50 Hz IEC 34-1 No. 2.2 kw 2820 r/min cos ϕ 0, V 4.7 A 19.0 kg IP V 8.15 A Cl. F

22 Sammanfattning växelströmsmotorer Trefas sinusspänning ger jämnt roterande spänningsvektor Inducerad emk (tomgångsspänning) proportionell mot varvtal Vridmoment T=Ψ m i s Variabelt varvtal för växelströmsmotor Frekvensen bestämmer varvtalet Välj konstant U/f för att hålla konstant flöde PMSM Permanentmagnet ger rotorflöde Synkron gång där ω r följer ω s Belastning ger skillnadsvinkel mellan statorflöde Ψ s och rotorflöde Ψ m AM Rotorström induceras i kortsluten lindning genom eftersläpning Asynkron gång: ω r ω s vid belastning Belastning ger ω-skillnad: ω r några % mindre än ω s Föredragstitel 22