Pumpar & Motorer. Denna PowerPoint är gjord för att du ska få en inblick i hur en motor kan startas. Varför har man olika startsätt?

Transkript

1 Denna PowerPoint är gjord för att du ska få en inblick i hur en motor kan startas. Varför har man olika startsätt? Olika tekniska funktioner i motorer? Frekvensomformare? Mjukstart? Hur läser man av en motorskylt? Trefasberäkning? 1

2 En växelströmsmotor består av två huvudkomponenter. En stillastående cylinderformad del, statorn, och en roterande del inuti statorn som kallas rotor. När man släpper på en spänning till statorn bildas ett magnetiskt kraftfält som påverkar rotorns lindningar så att det även där bildas ett magnetiskt kraftfält. Kraftfälten samverkar så att rotorn och den motoraxel som är ansluten till rotorn börjar snurra 2

3 Den vanligaste förekommande växelströmsmotorn är asynkronmotorn. Varför den heter asynkron är för att rotorns varvtal, den roterande delen av motorn avviker från det varvtal som det drivande magnetfältet har, det sk synkrona varvtalet. Dessa motorer finns i storlekar på några watt till tusentals kilowatt. Asynkront= Icke samtidigt Eftersom den är så vanlig i alla delar av värden så finns det också internationella teknisk standard för viktiga standard mått. Då kan man lättare byta ut en befintlig motor. 3

4 Poltal Statorn består av tre lindningshärvor som ligger inne i statorns sk härvspår. Varje lindning blir då inne i statorn upplindade i olika antal poler (Nord och Sydpoler). Antalet poler påverkar varvtalet. Asynkront= Icke samtidigt Motorer tillverkas som 2, 4, 6, 8 eller 10 poliga. Detta innebär att motorerna får de synkona varvtalet 3000, 1500, 1000, 750 eller 600 varv/ minut. En asynkronmotors varvtal reduceras sedan tack vare eftersläpning. 4

5 Eftersläpning Eftersläpningen betecknas (s) och anger i procent hur mycket rotorn släpar efter. Eftersläpningen är i de flesta fall runt 1-10%. För en 4-polig motor ger det att asynkrona varvtalet blir ca 1380 varv/ minut om det synkrona är 1500 varv/ minut. Asynkront= Icke samtidigt 5

6 Eftersläpning Om en asynkronmotor, med hjälp av en yttre drivkälla, drivs över sitt synkrona varvtal, avger den effekt. Den blir till en generator. Asynkront= Icke samtidigt 6

7 Motorplinten Ändrarna på statorns lindningarna ligger anslutna till motorplinten i uttagslådan. Till motorplinten ansluts den trefasiga matningen. På plinten så är varje ände av lindningarna märkta för att du ska se skillnad på de tre olika lindningarna. U1 och U2, V1 och V2, W1 och W2. Lindningarnas placering till plinten. Läggmärke till anslutningarnas märkning. 7

8 Y- eller D- koppling Trefasmotorer kan normalt kopplas för två olika spänningar. Detta beror på statorns lindningar kan kopplas samman på två olika sätt. Y- koppling(även kallad stjärnkoppling) eller i D- koppling(kallad triangelkopplin eller deltakoppling). Omkopplingen mellan Y och D sker på motorplinten med medföljande kortslutningsbleck. 8

9 Motorskylt Alla motorer har en märkskylt som innehåller en mängd information. Den här skylten visar en av de vanligaste motorsorten, en motor med märkspänning 400/230V. Högsta spänningsvärdet 400V är märkspänningen för Y-koppling och det lägsta spänningsvärdet 230V är för D- koppling. Det lägsta värdet, visar alltid den spänning som motorns lindningar är konstruerade för, i detta fall 230V. 9

10 Motorskylt När man Y-kopplar en trefasmotor, kortsluter man lindningarnas ena ände. Den punkt där lindningarna är sammankopplade bildar då en neutralpunkt eftersom motorn är en symmetrisk belastning. Kopplar man sen in de tre faserna så blir varje lindning inkopplad mellan fas och neutralpunkt. Fas- nolla= 230V. Helt enligt motorns märkskylt. Om vi istället D-kopplar motorn hade lindningarna blivit anslutna till 400V och då skadat dom av för hög spänning. 10

11 VÄND Y- kopplad D- kopplad 11

12 Motorskylt Motorer över 4kW har i standardutförande märkspänning 400/690V. Lägsta märkspänning är 400V vilket talar om att lindningarna är gjorda för den spänningen. För att koppla in en motor med den här märkningen på vårat el nät skulle bli en D- koppling. I D-koppling så blir spänningen 400V över varje lindning. 12

13 Som ansvarig vid inkoppling av en motor är att säkerställa hur motorn ska kopplas in. Y- eller D- koppling. Därefter ansluta de tre faserna till L1, L2 och L3. Samt att ansluta jordanslutningen. Inkoppling av motorer ska ske av behörig elektriker. I uttagslådan där motorplinten sitter finns en jordsymbol där inkommande matnings skyddsledare ska anslutas. Motorn ska jordas enligt gällande säkerhetsföreskrifter. 13

14 Efter att man anslutit alla matningskablar och skyddsledare måste man kontrollera alla anslutningar, kabelgenomföringar och att oanvända genomföringar tätas. Sedan så ska locket återmonteras på uttagslådan. 14

15 Inställning och kontroll efter inkoppling Kontinuitetsmätning ska göras. Skyddsledares kontinuitet(lågohmsmätning) är en mycket viktig mätning som utförs för att fastställa att skyddsledaren är sammanbunden i alla delar till sann jord och att resistansen är tillräckligt låg i alla delar av jordslingan. Man mäter mellan sann jord och motorinstallationen. Sann jord menas jorden vi har i centralen eller där man vet att man har bra jord. 15

16 Rotationsriktning Att kontrollera rotationsriktningen är alltid viktigt. Finns en pil på motorn eller någon annan slags märkning som talar om vilket håll den ska gå. Om man tittar i motorns D-ände, dvsden ände där den drivande axeln sitter så ska motorn snurra medurs. Vanligtvis kan man starta motorn för att kontrollera rotationsriktningen. Om motorn roterar åt fel håll så skiftar man två av de tre faserna. 16

17 Rotationsriktning Men det finns maskiner som inte ens en kort stund får gå åt fel håll eftersom det kan skada maskinen och i värsta fall orsaka skada. Rätt rotationsriktning får du om motorn är ansluten med rätt fasföljd. Om matningen har rätt fasföljd får du rätt rotationsriktning om du ansluter: L1 fasen till U L2 fasen till V L3 fasen till W Det har ingen betydelse om man ansluter faserna på U1, V1, W1 eller på U2, V2, W2 så länge man inte ansluter faserna på samma sida som kortslutningsblecken. 17

18 Motorns märkskylt Finns mer information än vi nämnt. Monteringsätt: Anges enligt internationell och svensk standard med beteckningen IM. (International Mounting) Märkspänning och märkström vid Y och D- koppling. Effektfaktor eller cosfi(cosφ) anger förhållandet mellan aktiv effekt(mäts i watt) och skenbar effekt(mäts i Voltampere). Effektfaktorn använd vid olika typer av motorberäkningar. Den brukar ligga på 0,7 till 0,9 där 1 är optimalt. Är lägre för små motorer och högre för stora motorer. 18

19 Motorns märkskylt Axeldiameter och centrumhöjd anges på skylten i beteckning IEC. Finns översättningstabeller för talet. 19

20 Om man öppnar plinthuset på en motor så kommer det se ut så här. 6st anslutningar De 3 faserna L1, L2, L3 ansluts på U1, V1, W1. På andra sidan ser vi några bleck, ligger dessa som på bilden så är motor Y kopplad. 20

21 21

22 Men är nu motorn för stor för att starta med direkt start så finns det andra sätt, ett kan vara att sätta ditt en mjukstart istället för kontaktor. En liten låda i olika storlekar och modeller för olika motorer och användningsområden. Mjukstartaren kopplas in i kraftkretsen till motorn och används oftast för elmotorer som driver pumpar, fläktar, transportörer, kvarnar, omrörare eller kompressorer, exempelvis i industrier och vatten- och avloppsverk. Mjukstarten ger motorn en lugn/mjuk start, sedan går motorn på fullt varvtal. 22

23 Driver motorn en pump finns också fördelen med mjukstopp som ger en långsam strypning av flödet. Då blir det ingen snabb tryckförändring som kan orsaka svallvågor i ledningarna och man kan undvika skador på ventiler och ledningar. Mjukstartaren undanröjer också ett problem med elkvalitet som direktstart av en större motor kan ge. Räkna på det för att se om det stämmer! Kommer du ihåg hur du räknade? När brytaren slås till drar motorn omedelbart så mycket ström den kan. Om det är mer än vad elnätet kan leverera i just det ögonblicket leder det till att spänningen sjunker kraftigt under ett kort ögonblick. 23

24 Ibland vill man inte köra motorer på fulla varv hela tiden utan man vill kunna styra hastigheten. Ett sätt att reglera motorns varvtal är att ändra frekvensen, och det kan man göra med hjälp av en så kallad frekvensomformare. Används i allmänhet för att ge en bättre processtyrning och för att spara energi. Blir mer vanligt att man använder frekvensomformare i pumpanläggningar. Kostnader för frekvensomformare har under de senaste åren gått ner samtidigt som funktionen blivit bättre. 24

25 Dimensionering Följande data krävs för att man ska kunna välja en frekvensomformare av rätt storlek: Motorns märkeffekt Nominell spänning Märkström Förhållandet max.moment/ nominellt moment. Uppge vad motorn/ pumpen arbetar med. 25

26 Igensättning Pumpstationer för avloppsvatten är allmänt dimensionerade för maxflöden som varar cirka 5% eller mindre av tiden. Därför går pumpen nästan hela tiden på halv fart vilket kan medföra att sedimenteringen ökar. Stora partiklar kan lossna och sugas in i pumpen och sätter sedan igen pumphjulet. Pumpens självrensningsförmåga sjunker drastiskt när varvtalet sänks. 26

27 Igensättning Den snabba accelerationen vid start av en direktstartad pump rensar effektivt bort en påbörjad igensättning. Och när pumpen stoppas följer en naturlig återspolning. För att slippa få igensättning i en frekvensstyrd pump så kan man i frekvensomformaren eller från ett styr-& övervakningssystem programmera in en rensningssekvens. Att 1 till 2 ggr i timmen stoppa pumpen för att sedan starta den med kort ramptid för att sedan återgå till normal körning. Ramptid= Tiden det tar att nå max fart. 27

28 Termokontakt Det är en termisk(temperatur) vakt som känner av om motorn blir för varm och ändrar då från NC till NO. Kontakten har ett förinställt värde. Den brukar vara inkopplad i manöverkretsen. Kan vara en givare ibland, en PT-100 givare brukar man kalla den och den mäter vilken temperatur det är i motorn. NC= Normal Close NO= Normal Open En analog signal. 28

29 Men är det så att pumpen är dränkt under vätskenivå så ska man beställa en funktion som kallas Läckagevakt. Läckagevakt är en vakt som även kallas fuktvakt och känner om det kommer in vätska motorn. Ett antal olika sensorer är tillgängliga. Termokontakter för statortemperatur. för övervakning av vatten i olja. för övervakning av vatten i statorhuset. för övervakning av vatten i inspektionskammaren. För att få med den funktionen så ska man tala om det vid beställning och även tala om att man ska ha med ett övervakningsrelä. 29

30 Standarden för de 3 fasledarna i inkommande servis är L1, L2 och L3. Färg kombinationen är: Brun, Svart och Vit. Alla anläggningar ska ha den här fasföljden, anläggningen är fasrätt säger man. Kopplar jag in en motor så vet jag att den kommer att snurra åt det håller rotationspilen pekar. Alla motorer, kompressorer m.m. är gjorda för att gå ett åt rätt håll. 30

31 Är det så att den går åt fel håll så är inte anläggningen fasrätt och det sker oftast i gamla anläggningar. Men genom att skifta två faser: Brun, Svart, Vit till Svart, Brun, Vit så kommer motorn att ändra riktning. 31

32 Motorkretsar - Felsökning Felsökning Det kan uppstå många olika fel i en motorinstallation. För att hitta felet kan du behöva följande... Voltmeter eller multimeter Isolationsprovare sk. megger Skruvmejsel, skiftnyckel Logiskt tänkande och sunt förnuft och glöm inte att bryta spänningen till motorn innan du rör elektriska eller rörliga mekaniska delar. 32

33 Fel Orsak Metod Motorn går åt fel håll Fel fasföljd Skifta två faser Motorskyddet löser ut Överlast Kontrollera lasten Lagerfel Broms ligger an Lyssna med skruvmejsel, känn på lagertemperaturen Kontrollera bromsen Motorskyddet felinställt En fas borta Kontrollera märkdata Mät spänningen på motorplinten Säkringarna går direkt Kortslutning Mät resistansen (med megger) Säkringarna går efter ett tag Dålig isolation Mät resistansen (med megger) Säkringarna underdimensionerade Intermitent kortslutning Kontroller märkdata Stötprova eller megga Oljud från motorn En fas borta Mät spänningen på motorplinten Lagerfel Lyssna med skruvmejsel, känn på lagertemperaturen 33

34 Motorn roterar inte Nödstopp intryckt Dra ut nödstoppet Huvudbrytare frånslagen Överlastskyddet har löst ut En fas borta Lasten mycket för stor Lagret har skurit Slå till brytaren Återställ överlastskyddet Mät spänning på motorplinten Kontrollera lasten Rotera motoraxeln för hand Motorn går sakta Överlast Kontrollera lasten En fas saknas Broms ligger an Mät spänningen på motorplinten Kontrollera bromsen Lagerfel Felaktigt ställd varvtalsreglering Lyssna med skruvmejsel, känn på lagertemperaturen Kontrollera reglerutrustningen Motorn skakar Motorn är lös Kontrollera fastsättningen Dåligt riktad Gör ny inriktning Lasten ojämn Kontrollera lasten 34

35 Kortfattad ellära Den mest grundläggande formeln inom elläran är Ohms lag, där spänningen, U = R x I, strömmen, I = U / R och resistansen, R = U / I. Vidareutvecklar man Ohms lag får man fram likströmseffekten genom P = U x I eller också: P = U2 / R. Strömmen erhålls genom: I = P / U. Dessa formler kan även användas vid beräkning av elvärme kopplad för 1-fas eller 2-fas. 35

36 Vid 3-fas elvärme måste hänsyn till fasförskjutning tas och faktorn 3 (1,73) multipliceras in i beräkningen. Man erhåller då effekten genom: P = U x I x 1,73 eller strömmen genom I = P / (U x 1,73) 36

37 Skall man beräkna en elmotor måste man ta hänsyn till motorns förluster genom att räkna med effektfaktorn, cos ϕ, som alltid är lägre än 1. För 1-fas motorn gäller: P = U x I x cos φ eller I = P / (U x cosφ) och för 3-fas motorn: P = U x I x cos φ x 3 eller I = P / (U x cos φ x 3) 37

38 Som motorn ser ut på bilden så räknar man bara med cosφ. Cosφ är en förlust som sker när man använder induktion. Finns ytligare förluster och en är verkningsgarden. Verkningsgraden (η, eta) är den förlust som uppkommer beroende på vad man kopplar på motoraxeln. Beroende på vad som kopplas på axeln så uppstår en ny förlust: Verkningsgraden. Verkningsgraden= Hur effektivt energi omvandlas till nyttigt arbete 38

39 Effektberäkning Trefas 1. En trefasbelastning kopplas till 400V nät och tar då 15A vid cosφ= Hur mycket effekt tar den? För var spänningen 380V mellan faserna Hur stor effektskillnad jämfört med dagens nätspänning? 39

40 Effektberäkning Trefas 2. Hur stor ström tar en 50Hp 3-fasmotor från ett nät på 1000V, då verkningsgraden är 85% och effektfaktorn 80%? (1Hp=736W) 40

41 Effektberäkning Trefas 3. En trefasmotor är märkt: 3,0 kw / 400V / cosφ= 0,77. Hur mycket ström tar den från elnätet då verkningsgraden antas vara 95%? 41

42 Effektberäkning Trefas 4. Från en kraftstation levereras 15MW vid 50kV och effektfaktorn 0,80. Hur mycket skulle strömmen minska vid samma överförda effekt, om man genom faskompensering kunde få upp effektfaktorn till 1,00? Ge svaret både i ampere och i %. 42

43 Frekvensomformares princip. Teoretiskt är det mycket enkelt, i princip sker omvandlingen av den fasta nätfrekvensen till en variabel frekvens i två steg. 1: Gör om den sinusformade växelspänningen till likspänning. (Likrikta) 2: Återskapa en växelspänning med önskad frekvens. Detta går till så att likspänningen hackas i korta pulser som tillsammans ungefär motsvarar en sinuskurva. Består av tre huvudkomponenter: Likriktare, DClänk och växelriktare. 43 Överkurs

44 Genom att variera pulsernas bredd kan man skapa en sinuskurva. Den frekvens med vilken transistorerna slås till och från kallas växlingsfrekvens. Ju högre växlingsfrekvens, desto noggrannare blir den ideala sinuskurvan. En asynkronmotor mår bäst när den matas med den rent sinusformade växelspänningen som levereras från elnätet. I en perfekt motor blir det då inga övertoner i strömflödet och förlusterna blir små. 44 Överkurs

45 Men när man ansluter den till en frekvensomformare så matas den med icke sinusformad spänning utan den konstanta spänningen hackas till korta pulser fyrkanter och en fyrkantig signal genererar en mängd övertoner. Övertonerna gör att värmeutväxlingen i motorn blir större än normalt och det kan bli nödvändigt att välja en större motor för att en tillräcklig marginal mellan max-effekt och motorns motoreffekt. Leverantörer hjälper gärna till här för att komma så till rätt val. 45 Överkurs

46 Dagens frekvensomformare har en högre växlingsfrekvens vilket gör att den nästan liknar en ren sinuskurva. Äldre typer kan marginalen uppnå 15%. Man har även uppmärksammat ett annat problem, en frekvensomformare med hög växlingsfrekvens tenderar att ge större belastning på statorns isolering. För att minimera risken för störningar kan frekvensomformaren utrustas med ett utgångsfilter. EMC filter. 46 Överkurs

47 Drift med frekvens högre än den nominella För att nå en viss driftpunkt kan det ibland vara önskvärt att köra pumpen med ett högre varvtal än det som motsvarar den nominella frekvensen. I sådana fall finns det anledning att vara särskilt försiktig. 10% övervarv kräver 33% högre motoreffekt. Det betyder att motortemperaturen kommer att stiga med 80%. 47 Överkurs

48 Drift med frekvens högre än den nominella Drift med högre frekvens än den nominella är inte att rekommendera med om detta ändå skulle bli nödvändigt så tänk på följande: Kontrollera märkeffekten(effektbehovet ökar) Kontrollera att frekvensomformaren är dimensionerad för den ökade belastningen(strömmen blir högre än märkströmmen). 48 Överkurs

49 Problem i elnätet! Vi nämnde förut att frekvensomformare kan ge övertoner och vi har nämnt att snabba starter av motorer kan ge problem. Vi ska titta lite på dessa problem. Om någon slår på någon elektrisk apparat kan det hända att lamporna blinkar till, varför? Vi kan ta en glödlama som exempel. Just när du tänder lampan så är glödtråden kall men värms upp snabbt och börjar lysa. När tråden är kall så drar den mycket ström och en strömpuls skapas. Detta på bekostnad av att spänningen sjönk tillfälligt, men 49 Överkurs

50 Problem i elnätet! den återhämtar sig snabbt. Det kallas spik eller egentligen en transientpå nätet. Vi märker det ibland på att lamporna blinkar till. Stänger vi av så sker samma sak fast motsatsen, blir för mycket ström plösligt. Samma sak gäller även då andra apparater slås på och av. I vår omgivning så finns det massor av apparater som vi kanske inte tänker på. Fläktar, kyl & frys, värmereglering m.m. 50 Överkurs

51 Problem i elnätet! Övertoner nämnde vi. Transienter har ett insvängningsförlopp innan strömmen åter är rätt. Detta kan man jämföra med fysikaliska vågrörelser och karaktär för olika musikinstrument. Två olika instrument som spelar samma ton låter inte lika dant, det är övertonerna som ger instrumentet sin karaktär. (Form, material) När det gäller ström så är det elnätet, apparatens och andra inkopplade apparaters elektriska egenskaper som ge rövertonernas egenskaper. 51 Överkurs

52 Problem i elnätet! Övertoner Lågenergilampor kan skapa högfrekventa övertoner, ända upp till mikrovågsområdet. Dessa toner sprider sig i elnätet. En trasig gatlyckta som står och blinkar kan orsaka störningar. Dessa störningar kan påverka grannar t.ex. En del människor säger sig vara överkänslig mot el. Om granne slår på kaffebryggaren så skapas en transientsom får lampan att blinka till hos Emma. Hon mår dåligt men vet inte varför. 52 Överkurs

53 Problem i elnätet! Av alla saker och apparater som slår av och på hela tiden så tillsammans gör de sinuskurvan hackig som den på bilden. Det är det Emma mår dåligt av. Elektriska och magnetiska fält. När något förbrukar ström så sprids dessa två via den strömförande ledaren, slår via av brytaren så finns det spänning fram till brytaren men ingen ström. Det finns ett elektriskt fält kvar men inget magnetiskt. Därför slår elöverkänsliga av huvudbrytare. 53 Överkurs

54 Faskompensering Det ligger i allas intresse att eftersträva optimal faskompensering då större strömmar innebär att säkringar går oftare och högsta möjliga effektuttag minskar. Företag med stora induktiva belastningar (exempelvis elmotorer) anslutna till nätet måste faskompensera. I takt med att belastningen i elkraftnätet ökar så ökar kravet på ett effektivt utnyttjande av det. Många av de apparater som ansluts till elnätet är delvis reaktiva. t.ex. växelströmsmotorer och lysrörsarmaturer. 54 Överkurs

55 Faskompensering Den reaktiva strömmen som dessa kräver tar upp en del av utrymmet i elkraftsledningen. Reaktiv effekt kan genereras med hjälp av roterande faskompensatorer eller med kondensatorbatteri. Genom att generera den reaktiva effekten nära lasten som kräver reaktiv effekt kan man minska vägen mellan generering och förbrukning av reaktiv effekt för att ge mer utrymme åt överföring av aktiv effekt och sänka energiförlusterna i nätet. 55 Överkurs