Transcript Moottorit_1

SÄHKÖKONEET
1. Muuntajat
•
•
Yksivaihemuuntajat
Kolmivaihemuuntajat
2. Sähkökoneet
•
Tasavirtakoneet
•
•
•
•
Tasavirtageneraattorit
Vaihtovirtakoneet
•
•
•
•
Kestomagneettimoottorit
Universaalimoottorit
Epätahtikoneet
oikosulkumoottorit
Tahtikoneet
Vaihtovirtageneraattorit
3. Nopeuden säätö
•
Taajuusmuuttajat
MOOTTORIN PERIAATE
Tämän kalvosarjan lähde: Kördel L, Johansson J. Moottorinohjaus. 1 p. IS-VET, Iisalmi 2004. ISBN: 952-5312-54-2
TASAVIRTAMOOTTORI
Tasavirtakoneen toiminta perustuu kommutointiin, jossa roottorin käämien
napaisuus vaihtuu.
VAIHTOVIRTAMOOTTORI
Ei kommutointia, vaan vaihtovirtamoottorin toiminta perustuu staattorin
magneettikentän roottoriin indusoimaan jännitteeseen. (”pyörivä muuntaja”)
MOOTTORIN KILPIARVOT
MOOTTORIN HYÖTYSUHDE
OIKOSULKUMOOTTORI
Yleisin moottorityyppi. Toimintavarma, ainoat kuluvat osat ovat
laakerit.
OIKOSULKUMOOTTORI, STAATTORI
Staattorin käämeihin kytketään verkkojännite, jolloin sen magneettinavoissa
alkaa pyörimään magneettikenttä.
Yksinapaisen kolmivaihemoottorin käämitys ja kytkentä
OIKOSULKUMOOTTORI, STAATTORI
Magneettikentän pyörimisnopeutta sanotaan
synkroniseksi pyörimisnopeudeksi. Se riippuu moottorin
napapariluvusta ja vaihtovirran taajuudesta.
Yleisimmät nopeudet
ns = synkroninen pyörimisnopeus
f = verkkojännitteen taajuus, Hz
p = napapariluku
Nopeus
3000
1500
1000
750
600
500
Napapariluku
1
2
3
4
5
6
OIKOSULKUMOOTTORI, ROOTTORI
Oikosulkumoottorin roottori on ns.
häkkikäämitys. Roottorin käämit asennetaan
häkissä oleviin uriin. Käämi voidaan tehdä myös
kupari- tai alumiinisauvoista. Niihin indusoituu
staattorin käämeistä virta, joka muodostaa
roottorissa magneettikentän.
Roottorin käämien päät oikosuljetaan kytkemällä ne häkkikäämityksen päässä
yhteen ns. oikosulkurenkailla. Tästä nimitys ”oikosulkumoottori”.
OIKOSULKUMOOTTORI
Toiminta vaihe vaiheelta
1. Staattorikäämin läpi kulkeva vaihtovirta aiheuttaa moottorin ympärille
pyörivän magneettikentän
2. Staattorin pyörivän magneettikentän muutokset indusoivat roottoriin virran
3. Roottoriin indusoitunut virta (jännite) muodostaa siihen magneettikentän
4. Staattorin magneettikenttä pyörii verkkotaajuudella ja napaluvun
määräämällä nopeudella. Staattorin magneettikenttä vetää puoleensa
roottorin magneettikenttää, joka pyrkii seuraamaan pyörimistä.
OIKOSULKUMOOTTORI
Oikosulkumoottoria sanotaan myös epätahtikoneeksi.
Nimitys tulee siitä, että roottori pyörii hitaammalla nopeudella kuin
staattorin magneettikenttä. Jättämä on välttämätöntä, jotta moottori
yleensä toimisi.
Jos roottori pyörisi samalla
nopeudella kuin staattorin
magneettikenttä, ei roottori
leikkaisi magneettikentän
vuoviivoja lainkaan, ja siihen ei
indusoituisi jännitettä eikä siinä
siten olisi magneettikenttää.
JÄTTÄMÄ
Oikosulkumoottorin todellinen pyörimisnopeus ilmaistaan
yleensä ns. jättämän avulla. Jättämä s tarkoittaa, kuinka
monta prosenttia roottorin nopeus n on tahtinopeutta ns
pienempi.
Kuormittamattoman moottorin
pyörimisnopeus asettuu tilaan, missä
moottorin kehittämä vääntömomentti on yhtä
suuri kuin laakerien ja tuulettimen kitkan
aiheuttama kuormittava vääntömomentti.
Epätahtimoottorin pyörintänopeus on aina alhaisempi
kuin staattorin magneettikentän pyörintänopeus
JÄTTÄMÄ
Viereisessä kilvessä on
oikosulkuepätahtimoottorin tiedot.
Moottorin pyörimisnopeus on 1395 1/min
Koska jättämä on korkeintaan 15 % synkronisesta
pyörintänopeudesta, voidaan selvittää moottorin
napapariluku ja synkroninen pyörintänopeus.
Taulukosta nähdään napapariluvun olevan 2
(ainoa mahdollisuus) ja synkroninen nopeus
1500 1/min. jättämä on:
1500 - 1395
*100 = 7 %
1500
( 105 1/min )
Nopeus
3000
1500
1000
750
600
500
Napapariluku
1
2
3
4
5
6
MOMENTTI
Kuormittamaton moottori pyörii lähes synkronisella nopeudella.
Kuormitettaessa (nopeus hidastuu) leikkaavat roottorin käämit enemmän
staattorin magneettikenttää > roottoriin indusoitunut virta kasvaa >
momentti kasvaa ja kone pyrkii kohti pienempää momenttia ja samalla kohti
jättämän määrittelemää pyörimisnopeutta.
YKSIVAIHEINEN OIKOSULKUMOOTTORI
• Moottori on rakenteeltaan samanlainen kuin 3-vaiheinen
oikosulkumoottori
•Moottori käynnistetään ylimääräisellä staattorin apukäämillä ja sen
vaihesiirrossa olevalla virralla
•Tarvittava vaihesiirto tehdään kytkemällä apukäämin kanssa sarjaan
kondensaattori
TASAVIRTAMOOTTORI
Toiminta:
Staattoriin johdetaan
sähkövirta, jolloin syntyy
magneettikenttä. (staattori
= kenttäkäämi)
Virta johdetaan
roottorikäämiin kahden
hiiliharjan ja
kommutaattorin kautta
(navanvaihtaja). Navan
vaihto aiheuttaa sen, että
tasavirran suunta on aina
sama käämin ohittaessa
tietyn navan. (roottori =
ankkuri = ankkurikäämi)
TASAVIRTAMOOTTORI
Staattorin
magneettikenttä voidaan
saada aikaan myös
kestomagneeteilla. Niitä
tarvitaan sama määrä,
kuin mikä moottorin
napapariluku on.
Moottori ei nyt tarvitse kenttäkäämiä
lainkaan, joten lämpöhäviöt ja energian
kulutus laskevat.
Kestomagneettimoottorin mitat ovat
pienemmät, paino vähäisempi ja
hyötysuhde parempi kuin kenttäkäämein
varustetussa moottorissa.
Ainoastaan roottori kytketään
ulkopuoliseen sähkölähteeseen.
MOOTTORIN NOPEUDEN SÄÄTÖ
Oikosulkumoottorin nopeus riippuu seuraavista:
s = jättämä
f = sähkön taajuus
p = napapariluku
Jättämän säätäminen onnistuu muuttamalla roottorin resistanssia. Tämä
voidaan tehdä ns. liukurengasmoottoreilla. Ne ovat kalliita ja nykyään
harvinaisia.
Sähkön taajuuden muuttaminen on tavallisin tapa muuttaa
kierrosnopeutta. Se tapahtuu kytkemällä moottorin sähkön syöttö
taajuusmuuttajan läpi. Taajuusmuuttajalla voidaan säätää sähkön taajuutta
laajalla alueella. Tämä on nykyään käytännössä ainoa käytetty tekniikka
nopeuden säätämiseen.
Staattorikäämityksen napaparilukua voidaan muuttaa varustamalla
staattori kahdella eri napaparilla varustetuilla käämityksillä, joista
jompikumpi toimii vuorollaan. Napaluvut voivat olla esimerkiksi p on 2 ja p
on 3, jolloin vastaavat moottorin nopeudet ovat 1500 ja 1000 rpm.
MOOTTORIN NOPEUDEN SÄÄTÖ
Tasavirtamoottorin nopeutta säädetään pääsääntöisesti seuraavilla tavoilla:
1. Moottorin kenttävirta pidetään vakiona ja pyörintänopeutta
säädetään roottorivirralla
2. Roottorivirta pidetään vakiona ja pyörintänopeutta säädetään
kenttävirralla.
Kenttävirran säätö
Roottorivirran säätö
OIKOSULKUMOOTTORIN KÄYNNISTÄMINEN
1.
•
•
•
Suora käynnistys kontaktorin avulla
Yksinkertainen ja halpa
Käynnistysvirta 5-7 kertainen
Äkillinen käynnistys aiheuttaa momentti-iskun
OIKOSULKUMOOTTORIN KÄYNNISTÄMINEN
2. Tähtikolmio käynnistys
• Käynnistysvirta putoaa kolmannekseen
• Kuormitettu moottori ei välttämättä ei käynnisty
• Vaihdettaessa tähti-kytkennästä kolmiokytkentään saattaa
esiintyä virtapiikki
• Nykyisin käytetään tehoelektroniikalla toteutettua
pehmeäkäynnistyslaitetta tai taajuusmuuttajaa.