Asynkronmotor

Asynkronmotorn – den idealiska industrimotorn

En vanlig standard asynkronmotor är robust, driftsäker, har lågt pris och den är normalt en lagervara. Dess låga tröghetsmoment och bra momentegenskaper gör att den dessutom fungerar alldeles utmärkt i högdynamiska drifter med brett varvtalsområde. Vi kan även använda den för kvalificerad reglering (t ex positionering med krav på snabbhet och noggrannhet. Frekvensomriktaren fungerar bäst om man väljer motortyp (och fabrikat) som ger maximalt moment per ampere. Följande parametrar är viktiga:

  • Verkningsgraden skall vara så hög som möjligt och cos ϕ skall vara högt.
  • Man bör ha liten eftersläpningen (högt märkvarvtal) och högt maxmomentet för att man skall få bra moment vid låga varv.
  • I högdynamiska drifter bör man välja 4-poliga motorer med lägsta möjliga tröghetsmoment.
Asynkronmotorn, en idealisk industrimotor.
Asynkronmotorn, en idealisk industrimotor.
Statorn i asynkronmotorn
Statorn i asynkronmotorn

Växelströmslindningen ligger i spår i statorn. Statorn magnetiseras när den ansluts till trefas växelspänning. Det magnetiska fältet samverkar över luftgapet för att ge moment på motoraxeln.

Rotorn i en asynkronmotor

Asynkronmotorns rotorlindning består av massiva stavar som i båda sidor är kortslutna med massiva kortslutningsringar. Den på detta sätt uppbyggda lindningen kallas burlindning. Med rotorspårens, och därmed aluminiumstavarnas form bestämmer man motorns momentkarakteristik.

Asynkronmotorn kan konstrueras med olika rotorspår. Ex. Högstav, Kilstav, L-Stav, Dubbel-stav och Trippelbur.
Asynkronmotorn kan konstrueras med olika rotorspår. Ex. Högstav, Kilstav, L-Stav, Dubbel-stav och Trippelbur.
Beroende på vilket rotorspår asynkronmotorn är uppbygd med kan man få olika egenskaper i sin drift.
Beroende på vilket rotorspår asynkronmotorn är uppbygd med kan man få olika egenskaper i sin drift.
Asynkronmotorn i uppstarten

Efter anslutning till trefasnätet startar motorn från varvtalet noll och arbetar sig upp till i närheten av synkrona varvtalet. Spänning måste induceras i rotorn för att maskinen alls skall ge moment och börja rotera. Rotorn måste därför alltid släpa efter statorflödet ett visst antal varv per minut (lastmoment och motorkarakteristik bestämmer hur många) för att man skall få rotorinduktion. Maskinen fungerar som generator om axeln drivs att rotera fortare än statorflödet.

Tabellen beskriver de olika skillnaderna som finns mellan de olika trefas växelströmsmotorerna.
Tabellen beskriver de olika skillnaderna som finns mellan de olika trefas växelströmsmotorerna.
Motorns märkskylt – viktig data

De uppgifter som är angivna på märkskylten gäller då motorn är direktansluten till nätet. För frekvensomriktardrift gäller att mankan tolka dessa uppgifter rätt.

Motorfabrikat och motordata

Mått som är relevanta för mekanisk infästning (fläns, fot, axelhöjd mm) är samma på alla normmotorer. Data är i allmänhet likartade. Det finns dock signifikanta skillnader (t ex i tröghetsmoment, momentstyvhet, maxmoment) som kan vara avgörande i högdynamisk drift.

Frekvens, poltal och märkvarvtal

Med frekvensomriktardrift har man frihet att välja frekvensområde så att det passar driften. Man bör emellertid kontrollera med motorleverantören om motorns lager klarar höga varvtal (t ex om man har en tvåpolig motor och avser att köra med varval som är högre än 4000 varv/min.

Märkskylt: Typbeteckning

Typbeteckningen på normmotorer innehåller alltid uppgift om byggform. I övrigt skiljer sig typbeteckningen mellan olika fabrikat.

Märkskylt: Motorstorlek

Här finner man en av de stora skillnaderna mellan frekvensomriktardrift och nätmatning. För motordimensionering och val av varvtalområde hänvisas till kapitlet om dimensionering.

Märkskylt: Motorvarvtal

Märkskylten anger varvtalet när man matar motorn från nätet med nätfrekvens (50Hz), märkspänning (3*400V) och belastar den med märkmoment. Man har då en viss rotorfrekvens. När man ändrar belastningen kommer rotorfrekvensen att ändras i proportion till belastningsändringen och därmed kommer varvtalet att variera mellan nära det synkrona varvtalet och märkvarvtalet (för motorn i märkdataexemplet mellan 1400 och 1500 varv/min).

I LTi-DRiVES frekvensomriktare, som har automatisk lastreglering, regleras statorspänningen när lasten ändras. Detta gör att varvtalet blir mycket mindre lastberoende.

Accelerationsmomentet för en standard trefas AC-motor.
Accelerationsmomentet för en standard trefas AC-motor.
Märkskylt: Spänning/Ström/Inkoppling

Motorlindningen är alltid dimensionerad för en viss spänning vid nätfrekvensen.
Exempel: Småmotorer är i allmänhet lindade för 230V per lindning vid 50Hz matningsfrekvens. Med D-koppling ligger motorlindningen direkt mellan matningsfaserna (lindning U1-V1 ligger mellan två bleck). Motorlindningen får då högre spänning och drar 1,73 gånger mer ström än med Ykoppling). När den D-kopplade motorn matas från en frekvensomriktare som ger 3*230V utspänning kommer lindningen att matas med exakt den spänning som anges på märkskylten.

Märkskylt Skyddsform och kapslingsklass

Den internationella kapslingsklassen anges i IEC34-5. Här anger:

Märkskylt: Effektfaktor – Cosϕ

Den anger i princip hur stor del av motorstömmen som ger aktiv effekt i motorn.
Vid användning av motorer med låg effektfaktor är det särskilt viktigt med rätt magnetisering (rätt spänning/frekvens-förhållande) för att undvika överhettning av statorlindningarna. Aktivering av frekvensomriktarens automatiska lastreglering sänker förlusterna avsevärt (till <30% är normalt).

Motorförluster

Motorförlusterna vid märkdrift kan enkelt beräknas:
Pf = Inmatad effekt – Axeleffekt
=
√3*U*I*cosϕ – Motorns märkeffekt
Exempel:Motortyp MT80B19-4
Pf = √3*380*2,1*0,75 -750 = 875W

Märkskylt: KYLNING

IEC Publ 34-06 (SEN 26 01 06) anger olika kodbeteckningar för hur motorer är kylda (IC-kod). IC-koden anger om motorn är egenventilerad, har påbyggd okopplad fläkt, separat fläkt mm.

Motorns egenskaper i V/F mode (Voltage/frequency).
Motorns egenskaper i V/F mode (Voltage/frequency).
Motorns egenskaper i V/F mode (Voltage/frequency)

Förkortningar:

f = Frekvens
fN = nominell frekvens
fG = controllerns max frekvens
I = Effektiva strömmen
IN = Nominell störm
M = Moment
Mk = bromsmoment
MkN = nominella bromsmomentet
n = Hastighet
nN = nominell hastighet
Pcu1 = Statorns kopparförluster
Pcu2 = Rotorns kopparförluster
Pcu1, N = Nominell kopparförlust i statorn
Pcu2, N = Nominell kopparförlust i rotorn
PFe = Förluster i järnkärnan
PN = Nominellt effektuttag
P2 = Effektuttag på motoraxel
s = Eftersläpning
U = Effektiva spänningen
Φ = Magnetiska flödet

Effektegenskaper och vridmomentegenskaper

(1) Uttagen effekt från en standard trefas AC-motor i standarddrift.
(2) Tillåtet vridmoment från en internt kyld standard trefas AC-motor under standarddrift.
(2.1) Karakteristik för effektuttag hos motorer < 4kW (2.2) Karakteristik för effektuttag hos motorer > 15kW
(3) Tillåtet momentuttag från en trefas standard AC-motor moed forcerad kylning i standarddrift. Viktigt att notera: Vid motoreffekter > 15 kW används normalt sätt en fläkt vilket innebär att (3) kan behöva justeras neråt.
(4) Maximalt tillåtet vridmoment hos en standard trefas AC-motor VDE 0530 del 1 (120 s).

Effektegenskaper och vridmomentegenskaper.
Effektegenskaper och vridmomentegenskaper.
Effekten som en funktion av motorns polpar.
Effekten som en funktion av motorns polpar.
AC-motorns egenskaper vid acceleration med avseende på effekt och polpar

Grafen visar olika motorers effekt som en funktion på antalet polpar vid acceleration från 0 rpm till nominell hastighet på 100 ms.

PMBE = Motorns effekt för att accelerera.

Sammanfattning

Motorer med endast 1 polpar är inte lämpliga för dynamiska motorlösningar. Som tabellen visar är motorer med 2 polpar bäst lämpade i dynamiska drifter med standard trefas AC-motorer.

Exempel: Ekvationer för reduktion via en växellåda

JM = Motorns tröghetsmoment
Jred = Lastens tröghetsmoment efter växellådans reduktion
Jsub = Lastens tröghetsmoment
N1 = Motorns varvtal
N2 = Växellådans utgående varvtal
I = Växellådans utväxling
Jtot = Totala tröghetsmomentet

Hur en växellåda reducerar varvtalet, och tröghetsmomentet med ökar vridmomentet.
Hur en växellåda reducerar varvtalet, och tröghetsmomentet med ökar vridmomentet.
Grafer och diverse illustrationer
Se även