Henkilökuntamme neuvoo mielellään.

null

Mikä on kolmivaihemoottori?

Kolmivaiheasynkronimoottoreita käytetään mekaanisten laitteiden virtalähteenä. Niiden toimintatapa perustuu staattorin ja roottorin välissä ilmavälissä kiertävään magneettikenttään. Kolmivaiheasynkronimoottorin tärkeimpiä ominaisuuksia ovat

  • yksinkertainen ja kestävä rakenne
  • toimintavarmuus
  • huoltovarmuus
  • edullisuus

Sähkökäyttöisessäkäyttölaitetekniikassa käytetään esimerkiksi seuraavia sähkömoottoreita:

  • asynkronikolmivaihemoottoreita (kolmivaihevirtaroottoria, liukurengasroottoria, pyörivää magneettikenttää)
  • asynkronisia yksivaiheisia kolmivaihemoottoreita
  • asynkronisia ja synkronisia servomoottoreita
  • tasavirtamooottoreita

Koska kolmivaihemoottoreiden nopeutta voidaan ohjata paremmin, helpommin ja huoltovapaammin yhdessä taajuusmuuttajien kanssa, tasavirtamoottoreiden ja liukurenkailla varustettujen kolmivaihemoottoreiden merkitys on vähentynyt.

Kun sähkömoottori, kuten kolmivaihemoottori, yhdistetään vaihteeseen, kyseessä on vaihdemoottori Moottorin kytkentätavalla vaihteeseen on suuri merkitys moottorin mekaanisen rakenteen kannalta.

Kolmivaihemoottorin toimintaperiaate

Rakenne

Roottori

Roottorilevyjen uriin on ruiskutettu tai työnnetty käämi (yleensä alumiinista ja/tai kuparista), yksi käämi = yksi sauva. Sauvat on oikosuljettu molemmista päistä samaa materiaalia olevilla renkailla. Jos metallilevypakkaus poistetaan, sauvat ja oikosulkurenkaat muistuttavat häkkiä. Siksi kolmivaihemoottoreita kutsutaan myös oikosulkumoottoreiksi.

Staattori

Synteettiseen hartsiin kapseloitu käämi asetetaan staattorin ytimen puoliksi suljettuihin aukkoihin. Käämien lukumäärää ja käämin leveyttä vaihdellaan eri napalukujen (= nopeuksien) saavuttamiseksi. Laminoidut ytimet muodostavat yhdessä moottorin kotelon kanssa niin sanotun staattorin.

Laakerisuojat

Teräksestä, harmaasta valuraudasta tai painevaletusta alumiinista valmistetut päätykilvet sulkevat moottorin sisäosan A- ja B-puolet. Staattoriin siirtymisen muotoilu määrittää muun muassa moottorin suojausasteen.

Roottoriakseli

Roottorin puoleinen laminaattiydin on asennettu teräsakselille. Akselin molemmat päät ulottuvat A- ja B-puolen päätykilpien läpi. A-puolelle on suunniteltu toisioakselin pää (vaihdemoottorissa hammaspyörän yhteydessä on nivelakseli); B-puolelle on kiinnitetty tuuletin siipineen ilmanvaihtoa varten ja/tai lisälaitteita, kuten mekaaniset jarrut ja anturit.

Moottorikotelo

Moottorikotelot voidaan valmistaa painevaletusta alumiinista pientä tai keskitehoa varten. Kaikkien teholuokkien koteloita valmistetaan myös harmaavaluraudasta ja hitsatusta teräksestä. Koteloon kiinnitetään liitäntäkotelo, josta staattorin käämipäät liitetään asiakkaan liitäntäkoteloon. Jäähdytysripojen ansiosta kotelon pinta-ala kasvaa ja myös lämmön haihtuminen ympäristöön lisääntyy.

Tuuletin, tuuletinkotelo

B-puolen akselin päädyssä oleva tuuletin on suojattu hupulla. Tämä huppu ohjaa tuulettimen pyöriessä syntyvän ilmavirran kotelon ripojen yli. Tuulettimet eivät yleensä ole riippuvaisia roottorin pyörimissuunnasta. Lisävarusteena saatava suoja estää (pienten) osien putoamisen tuulettimen hupun säleikön läpi pystysuorissa malleissa.

Laakerit

A- ja B-puolen laakerikilvissä sijaitsevat laakerit yhdistävät pyörivät osat mekaanisesti kiinteisiin osiin. Yleensä käytetään syväurakuulalaakereita ja harvemmin lieriörullalaakereita. Laakerin koko riippuu voimista ja nopeuksista, joita laakerin on kestettävä. Erilaisilla tiivistysjärjestelmillä varmistetaan, että tarvittavat voiteluominaisuudet säilyvät laakerissa ja että öljyt ja/tai rasvat eivät vuoda ulkopuolelle.

Toiminta virtalähteessä

Staattorin symmetrinen kolmivaiheinen käämijärjestelmä on kytketty kolmivaiheiseen virtalähteeseen, jonka jännite ja taajuus ovat sopivat. Kussakin kolmessa käämikehässä kulkee saman amplitudin sinimuotoiset virrat, jotka ovat ajallisesti 120° toisistaan etäällä. Koska käämien vaiheet ovat myös 120° etäisyydellä toisistaan, staattoriin muodostuu magneettikenttä, joka kiertää syötetyn jännitteen taajuudella.

Tämä kiertävä magneettikenttä, jota kutsutaan kiertokentäksi, indusoi roottorikäämityksessä tai roottoripalkeissa sähköjännitteen. Koska käämitys on oikosuljettu renkaan kautta, syntyy oikosulkuvirta. Yhdessä pyörivän kentän kanssa syntyy voimia, jotka muodostavat roottorin säteelle vääntömomentin, joka kiihdyttää roottoria pyörivän kentän suuntaiseen nopeuteen. Roottorin nopeuden kasvaessa roottorissa syntyvän jännitteen taajuus pienenee, koska pyörivän kentän nopeuden ja roottorin nopeuden välinen ero pienenee.

Tästä johtuvat pienemmät indusoidut jännitteet aiheuttavat pienemmät virrat roottorihäkissä ja siten pienemmät voimat ja vääntömomentit. Jos roottori saavuttaisi saman nopeuden kuin kiertokenttä, se kiertäisi synkronisesti eikä indusoituvaa jännitettä syntyisi, jolloin moottori ei voisi kehittää vääntömomenttia. Kuormitusmomentti ja laakereiden kitkamomentit aiheuttavat roottorin nopeuden ja kiertokentän nopeuden välisen eron ja siten kiihdytysmomentin ja kuormitusmomentin välisen tasapainon. Moottori toimii asynkronisesti.

Moottorin kuormituksesta riippuen tämä ero on suurempi tai pienempi, mutta ei koskaan nolla, koska laakereissa on aina kitkaa myös kuormittamattomana. Jos kuormitusmomentti ylittää moottorin tuottaman suurimman kiihdytysmomentin, moottori ”kallistuu” epäsuotuisaan toimintatilaan, jolla saattaa olla termisesti vahingollisia vaikutuksia.

Tämä toiminnon kannalta välttämätön suhteellinen liike kiertävän kentän nopeuden ja mekaanisen nopeuden välillä määritellään luistona slip s, ja se ilmoitetaan prosenttiarvona kiertävän kentän nopeudesta. Pienitehoisissa moottoreissa luisto voi olla 10-15 prosenttia; suurempitehoisissa kolmivaihemoottoreissa luisto on noin 2-5 prosenttia.

Käyttöominaisuudet

Kolmivaiheinen oikosulkumoottori ottaa sähkötehon jännitteisestä verkosta ja muuntaa sen mekaaniseksi tehoksi eli nopeudeksi ja vääntömomentiksi. Jos moottori toimisi ilman häviöitä, mekaaninen lähtöteho Pout vastaisi syötettyä sähkötehoa Pin.

Kolmivaiheisessa oikosulkumoottorissa esiintyy kuitenkin häviöitä: Kuparihäviöt PCuja sauvahäviöt PZ syntyvät, kun virta kulkee johtimen läpi, ja rautahäviöt PFe syntyvät, kun laminaattisydän uudelleenmagnetoidaan verkkotaajuudella. Kitkahäviöt PRb syntyvät laakereiden kitkasta ja ilmanvaihtohäviöt ilman käytöstä jäähdytykseen. Nämä kupari-, sauva-, rauta- ja kitkahäviöt aiheuttavat moottorin lämpenemisen. Koneen hyötysuhde määritellään tehon ja syötetyn tehon suhteena.

Hyötysuhteella on merkitystä

Sähkömoottoreiden energiatehokkuusvaatimuksiin kiinnitetään entistä enemmän huomiota lainsäädännössä. Valmistajien on mainittava moottoreiden hyötysuhdeluokat teknisissä tiedoissa. Käytettävien koneiden aiheuttamien häviöiden vähentämiseksi sähkömoottoreiden suunnittelussa on huomioitava:

  • Kuparin lisääminen moottorin käämityksessä ( PCu)
  • Parempi ohutlevymateriaali (PFe)
  • Optimoitu tuulettimen geometria (PRb)
  • Energiataloudellisesti optimoitu laakeri (PRb)

Kun vääntömomentit ja virrat mitataan nopeutta vastaaviksi, saadaan kolmivaihemoottorille ominaiset nopeus- ja vääntömomenttiominaisuudet. Moottori noudattaa ominaiskäyrää aina, kun se kytketään päälle, kunnes se saavuttaa vakaan toimintapisteensä. Ominaiskäyriin vaikuttavat napojen lukumäärä sekä roottorikäämityksen rakenne ja materiaali. Vastamomentilla käytettävien käyttölaitteiden, kuten nostokäyttöjen, ominaiskäyrien tunteminen on tärkeää.

Jos käyttölaitteen vastamomentti on suurempi kuin vetomomentti, roottorin nopeus ”jumittuu”. Moottori ei enää saavuta nimellistä toimintapistettään (eli vakaata, termisesti turvallista toimintapistettä). Moottori voi pysähtyä, jos vastamomentti on suurempi kuin käynnistysmomentti. Mikäli käyttölaite ylikuormittuu (esim. ylikuormitettu kuljetinhihna), sen nopeus laskee kuorman kasvaessa. Jos vastamomentti ylittää kippausmomentin, moottori ”pysähtyy” ja nopeus hidastuu vetonopeuteen tai jopa nollaan. Kaikki nämä tilanteet johtavat erittäin suuriin virtoihin roottorissa ja staattorissa, mikä tarkoittaa, että molemmat lämpenevät hyvin nopeasti. Tämä vaikutus voi johtaa moottorin lämpövaurioihin - tai ”loppuun palamiseen” - jos sopivia suojalaitteita ei ole käytössä.

Lämpötilaluokat

Sähkövirtaa kuljettavassa johtimessa syntyvä lämpö riippuu johtimen resistanssista ja sen kuljettaman virran suuruudesta. Vaihtovirtamoottoriin kohdistuu erittäin suuri lämpökuorma, kun se kytkeytyy usein päälle ja käynnistyy vastamomenttia vastaan. Moottorin sallittu lämpeneminen riippuu ympäröivän jäähdytysilman lämpötilasta ja käämin eristysmateriaalin lämpöresistanssista.

Moottoreiden lämpötilaluokat määrittelevät moottoreiden suurimmat sallitut ylilämpötilat. Moottorin on kestettävä pitkäaikaista käyttöä korkeassa lämpötilassa nimellistehon perusteella siinä lämpöluokassa, johon se on suunniteltu, ilman että moottori vaurioituu. Esimerkiksi, kun jäähdytysnesteen enimmäislämpötila on 40 °C, suurin sallittu ylilämpötila lämpötilaluokassa 130 (B) on dT = 80 K.

Yleisimmät toimintatilat

  • Yksinkertaisimmassa toimintatilassa käytetään vakiokuormitusmomenttia. Tietyn ajan kuluttua moottori saavuttaa termisesti vakaan tilan toimintapisteen jatkuvan kuormituksen seurauksena. Tätä toimintatilaa kutsutaan jatkuvatoimiseksi (S1).
  • Lyhytaikaisessa käytössä (S2) moottori toimii vakiokuormituksella tietyn ajanjakson (tB) ajan. Moottori ei saavuta termistä vakiotilaa tämän ajanjakson aikana. Tyhjäkäyntiajan on oltava riittävän pitkä, jotta moottori voi palata jäähdytysnesteen lämpötilaan.
  • Jaksottaisessa käytössä (S3) moottori toimii vakiokuormalla tietyn ajanjakson (tB). Käynnistys ei saa tässä tapauksessa vaikuttaa moottorin lämpenemiseen. Käynnistyksen jälkeen seuraa tyhjäkäyntiaika (tSt). Suhteellinen syklinen kestokerroin (cdf) määritetään tässä toimintatilassa. Standardissa IEC 60034-1 IEC 60034-1 on määritetty käyttöajan osuus 10 minuutin sykliajasta (= käyttöaika + tyhjäkäyntiaika).

Esimerkki: Käyttötila S3/40 % pätee, jos moottori vuorottelee neljän minuutin käyntiajan ja kuuden minuutin poiskytkennän välillä.

Mitä tarkoittaa kytkentätaajuus?

Sallittu kytkentätaajuus määrittää, kuinka usein moottori voidaan käynnistää tunnin aikana ilman, että lämpöä ylikuormitetaan. Siihen vaikuttavat muun muassa:

  • Kiihdytettävät massahitausmomentit
  • Staattinen kuormitus
  • Jarrutuksen tyyppi
  • Käynnistysajan kesto
  • Ympäristön lämpötila
  • Käyttöaikasuhte

Moottorin sallittua käynnistystaajuutta voidaan lisätä muun muassa:

  • Lämpötilaluokkaa nostamalla
  • Valitsemalla suurempi moottorikoko
  • Asentamalla erillistuuletin
  • Muuttamalla vaihteen välitystä ja hitausmomenttia
  • Valitsemalla toisenlainen jarru

Mikä on kaksinopeuksinen kolmivaihemoottori?

Kolmivaihemoottoreita voidaan käyttää eri nopeuksilla kytkemällä käämejä tai käämien osia. Eri napaluvut saadaan aikaan asettamalla useita käämejä staattorin aukkoihin tai kääntämällä virran kulkusuunta käämin yksittäisissä osissa. Jos käytetään erillisiä käämejä, kunkin napaluvun teho on alle puolet samankokoisen yksinopeuksisen moottorin tehosta.

Kaksinopeuksisia kolmivaihdemoottoreita käytetään esimerkiksi ajokäytössä. Käytön aikainen nopeus on suuri, koska napoja on vähän. Hidaskäyntinen käämitys kytketään paikantamista varten. Inertian takia moottori pyörii vaihdon aikana aluksi suurella nopeudella. Kolmivaihemoottori toimii generaattorina tämän vaiheen aikana ja hidastuu vähitellen. Kineettinen energia muunnetaan sähköenergiaksi ja syötetään takaisin syöttöjärjestelmään. Vaihdon aiheuttamaa suurta vääntömomenttia voidaan vähentää asianmukaisia ​​piiritoimenpiteillä.

Taajuusmuuttajatekniikin nykyinen kehitys edistää kaksinopeuksisten moottoreiden teknologian korvaamista yksinopeuksisilla, taajuusmuuttajaohjatuilla moottoreilla useissa sovelluksissa.

Yksivaihemoottorit

Yksivaihemoottori on hyvä vaihtoehto, kun sovelluksessa

  • ei tarvita suurta käynnistysmomenttia,
  • moottorit liitetään yksivaiheiseen vaihtovirtaverkkoon ja
  • ja käytetään pientä tehoa (<= 2,2 kW).

Tyypillisiä käyttökohteita ovat tuulettimet, pumput ja kompressorit. Tutustu kahteen eri toteutusvaihtoehtoon:

Asynkroninen kolmivaihemoottori kytketään vain yhteen vaiheeseen ja nollajohtimeen. Kolmas kytkentä tuotetaan vaihesiirrolla kondensaattorin avulla. Koska kondensaattori voi tuottaa vain 90° vaihesiirtymän eikä 120° vaihesiirtymää, tämän tyyppisen yksivaihemoottorin nimellisarvo on yleensä vain kaksi kolmasosaa vastaavan kolmivaihemoottorin tehosta.

Toinen vaihtoehto on rakentaa yksivaihemoottori, joka sisältää teknisiä muutoksiä käämitykseen. Kolmivaihekäämityksen sijaan toteutetaan kaksi vaihetta. Käämit, jotka ovat siirtyneet 90°, saavat virtaa myös kondensaattorista, jonka 90° siirto synnyttää pyörivän kentän. Pää- ja apukäämin epätasaiset virtasuhteet sallivat yleensä vain kaksi kolmasosaa samankokoisen kolmivaihemoottorin tehosta. Tyypillisiä yksivaihemoottoreita ovat kondensaattori-, napa- ja käynnistysmoottorit, jotka eivät sisällä kondensaattoreita.

SEW-EURODRIVEn valikoimaan sisältyy molemmat yksivaihemoottorityypit – DRK..-sarjan moottorit. Moottorit toimitetaan integroidulla käyntikondensaattorilla, joka on sijoitettu suoraan liitäntäkoteloon. Käyntikondensaattorilla on käytettävissä noin 45–50 prosenttia nimellisvääntömomentista käynnistykseen.

Momenttimoottorit

Momenttimoottorit ovat erikoissuunniteltuja kolmivaihdemoottoreita. Niiden virrankulutus on vain niin suuri, että ne eivät aiheuta lämpövauriota, kun nopeus on 0. Ominaisuus on hyödyllinen esimerkiksi ovien avaamisessa, ohjearvojen asettamisessa tai puristusmuoteissa, kun haluttu asento on saavutettu ja se on turvallisesti ylläpidettävissä sähkömoottorilla.

Toinen yleinen käyttötapa on vastavirtajarrutus: Ulkoinen kuorma pyörittää roottoria pyörivän kentän pyörimissuuntaa vastaan. Pyörivä kenttä "hidastaa" nopeutta ja ottaa regeneratiivista energiaa järjestelmästä, joka syötetään takaisin syöttöjärjestelmään – vastaavasti kuin pyörivä jarrutus ilman mekaanista jarrutustyötä.

SEW-EURODRIVE tarjoaa DRM../DR2M.-sarjan moottoreita yhdessä 12-napaisien momenttimoottoreiden kanssa, jotka on lämpöteknisesti suunniteltu pitkäaikaiseen käyttöön nimellisväännöllä tyhjäkäynnissä. SEW-EURODRIVEn valikoimasta löytyy sopiva moottori useisiin eri tarkoituksiin ja eri nopeuksille, yhdessä vaihteen kanssa. Jokaiseen momenttimoottoriin on saatavilla kolme mitoitusvääntömomenttia.

Räjähdyssuojatut kolmivaihemoottorit

Jos käytät sähkömoottoreita räjähdysvaarallisilla alueilla, niiden on täytettävä direktiivin 2014/34/EU (ATEX) vaatimukset.

Lisätietoja SEW‑EURODRIVE räjähdyssuojatuista moottoreista.

Hybridimoottorit: "asynkroninen" ja "synkroninen" yhdessä moottorissa

Tuotevalikoimaamme sisältyy myös LSPM-teknologialla varustettuja moottoreita. Line Start Permanent Magnet (LSPM) -moottorit ovat kolmivaiheasynkronimoottoreita, joiden roottorissa on oikosulkuasynkronimoottorin lisäksi kestomagneetteja. Moottori synkronoi itsensä asynkronisen käynnistyksen jälkeen syöttötaajuudelle ja toimii sen jälkeen synkronikäytössä.

Synkronimoottoreissa ei esiinny roottorihävikkiä. Moottoreissa on erityisen korkea hyötysuhde kompaktista rakenteesta huolimatta. Ne kattavat hyötysuhdeluokat IE2-IE4.

DR..J-sarjan moottoreissa (LSPM-teknologia) yhdistyvät pitkäikäisten ja kestävien asynkronimootteiden ominaisuudet vähähävikkisen ja kompaktin synkronimoottorin etuihin.

Yhteydenottolomake Sijainnit maailmanlaajuisesti SEW Suomi yhteystiedot