Aandrijfsystemen: Motoren

VTI Brugge

F. Rubben, ing.

Aandrijfmethoden

Hydraulica Pneumatica Elektriciteit (motoren)

Continu regelbaar Ja Ja Ja

Trage rechtlijnige beweging (grote kracht)

Zeer goed Mogelijk Mogelijk

Snelle rechtlijnige beweging Mogelijk Zeer goed Mogelijk

Roterende beweging Eenvoudig te realiseren Eenvoudig te realiseren Zeer goed

Explosieve omgeving? Mogelijk Zeer goed Mogelijk

positienauwkeurigheid goed Slecht Zeer goed

Kostprijs energie en installatie

hoog Zeer hoog ‘Laag’

Intelligente besturing? matig matig Zeer goed en goedkoop

Veiligheid goed goed goed

Energie-dichtheid Zeer hoog gering Gering

energiebeschikbaarheid Zeer slecht goed Zeer goed

rendement slecht slecht hoog

Bron: Elektrische aandrijftechniek – dr.ir. R. D’hulster

Keuze Motor?

Parameters bij bepalen van de Motor? Spanning en frequentie?

Type Motor? Vermogen en Snelheid? Dynamisch Regelgedrag? Belastingsprofiel? Type behuizing? Afmetingen? Montagemogelijkheden? Omgevingsfactoren? Aankoopprijs? Onderhouds- en energiekosten?

pK?

1pK = 746W

5000W = ………..pK

2pK’tje = …………W

Soorten Elektrische Motoren

Soorten Elektrische Motoren

Soorten Elektrische Motoren

INDUCTIEMOTOREN (3F)

Synchrone vs Asynchrone motoren Draaiveld

Slip, poolparen, frequentie

Types asynchrone motoren Hoe loopt kooirotor aan?

TN-curve ASM: eigenschappen Invloeden op de TN-curve => effecten in labo Hoe TN-curve (motor dus) GEWENST beïnvloeden?

In the picture: FREQUENTIEREGELAAR In the picture: niet perfect net…

INDUCTIEMOTOREN (3F)

Synchrone vs Asynchrone motoren Draaiveld

Slip, poolparen, frequentie

Types asynchrone motoren Hoe loopt kooirotor aan?

TN-curve ASM: eigenschappen Invloeden op de TN-curve => effecten in labo Hoe TN-curve (motor dus) GEWENST beïnvloeden?

In the picture: FREQUENTIEREGELAAR In the picture: niet perfect net…

Inductiemotoren: ASM vs SM?

What’s in a name?

ASM:

SM:

STATOR HEEFT DEZELFDE BOUW.ONTSTAAN Draaiveld?

Bouw inductiemotor?

Inductiemotoren: stator

Statorwikkelingen zijn 120° verschoven!!!

> 3fase spanningen aangesloten

> Rond stroomvoerende windingen ontstaat een magnetisch veld

> Door variërende spanningen (en dus stromen) ontstaat er een draaiveld.

Inductiemotoren: stator

Bron: http://www.elektromotorendevier.nl/elektromotoren.php

Inductiemotoren: DRAAIVELD

Theorie in bundel!

Inductiemotoren: DRAAIVELD

Vereenvoudigde voorstelling:

Snelheid draaiveld:Synchrone snelheid

Ns = 60 * f / pEenheid: [trn/min] f: aangelegde frequentiep: aantal poolparen

Inductiemotoren: DRAAIVELD

Voorbeeld. f p Ns

50 1 3000

50 2

50 3

70 2

40 4

60 1

60 2

Inductiemotoren: DRAAIVELD

Slip? Asynchrone motor: rotor draait niet zo snel als

het magnetisch veld in de stator.

Ns <> Nr verschil in % uitgedrukt

Ns

NrNss

De slip

Oefeningen.

Motor draait op 1350 trn/min. Als er 2 poolparen zijn, wat is de slip bij 50Hz?

Zelfde motor als hierboven, die stilstaat. Bereken nu de slip.

Zelfde motor als hierboven, wat is de slip bij 60Hz?

Zelfde motor als hierboven, hoe groot is de slip bij 1500trn/min?

Zelfde motor als hierboven, hoe groot is de slip als de motor op 1600 trn/min draait?

INDUCTIEMOTOREN (3F)

Synchrone vs Asynchrone motoren Draaiveld

Slip, poolparen, frequentie

Types asynchrone motoren Hoe loopt kooirotor aan?

TN-curve ASM: eigenschappen Invloeden op de TN-curve => effecten in labo Hoe TN-curve (motor dus) GEWENST beïnvloeden?

In the picture: FREQUENTIEREGELAAR In the picture: niet perfect net…

3f ASM: bouw rotor

KooiankerofKooirotor

Sleepringanker

Kortgesloten staven vormen een kooi. Rotoraansluitingen bereikbaar van buitenaf.

KA DASM

Staven liggen schuin.Reden?

Vorm rotorstaven varieert.Doel?

Krijgen van andere motorkarakteristieken.

SA DASM

3 extra aansluiting bij motorRotor belasten met R’n?

Andere motorkarakteristiek…

Bron: http://users.skynet.be/kevin.vangenechten/

SA DASM

3f ASM: Aanzetten kooirotor

Stator: 3fase spanningen aangesloten Rond stroomvoerende windingen ontstaat een magnetisch

veld Door variërende spanningen (en dus stromen) ontstaat er een

draaiveld.

Rotor: Staat stil! Magnetisch veld beweegt t.o.v. een geleider. ° inductiespanning in de geleiders. In die geleiders (‘kort’gesloten) ° inductiestromen Stroomvoerende geleider in magnetisch veld: °FL. Elkaar versterkende krachten rond een as: ° Koppel (M of T) Motor begint te draaien. (Mm > Mlast)

Mmot > Mlast? Aanzetten motor Motor versnelt

tot Mmot < Mlast Motor vertraagt

Tot Mmot > Mlast Motor versnelt

… tot evenwicht

dt

dJMM lastmot

INDUCTIEMOTOREN (3F)

Synchrone vs Asynchrone motoren Draaiveld

Slip, poolparen, frequentie

Types asynchrone motoren Hoe loopt kooirotor aan?

TN-curve ASM: eigenschappen Invloeden op de TN-curve => effecten in labo Hoe TN-curve (motor dus) GEWENST beïnvloeden?

In the picture: FREQUENTIEREGELAAR In the picture: niet perfect net…

TN-curve

IN-curve

Nss=0

N = 0S = 1

NS

i

T

Praktische problemen TN?

5. Aanzetten van een ASM

Bij aanzet: Relatief groot koppel, maar ook grote stroom. Hoge stroom vaak ongewenst.

Beperken van de stroom bij aanzetten van ASM!

Oplossingen? Verlagen statorspanning (U daalt > I daalt ook)

Ster-driehoek Transformator Softstarter

Gebruiken rotorweerstanden (SA-motoren!!!)

5.0. Probleemschetsing

Nss=0

N = 0S = 1

NS

i

T

WerkingsgebiedStroom aanvaardbaar

Aanzetstroom:Zéér groot…

InomTnom

5.1. Ster-driehoek

Nss=0

N = 0S = 1

NS

i

T

D

D

St

St

T last1

T last2

Bij belasting 1 is dit geen probleem om te gebruiken!!!Bij belasting 2 is dit niet aangewezen! (motor kan niet aanzetten in Ster)Andere oplossingen? B.v. softstarter

5.2. Transformator

Nss=0

N = 0S = 1

NS

i

T

T last1

T last2

U1

U1

U2

5.3. Softstarter

Nss=0

N = 0S = 1

NS

i

T

T last3

T begin (instelbaar in %)

D.m.v. vermogenelectronica wordt de statorspanning geregeld. Meestal kan men een aantal parameters instellen:

softstarter in klas: beginkoppel (start torque), aanlooptijd (rise time), uitlooptijd.

Bij sommige belastingen (last 4) moet het aanzetkoppel echter groot zijn!!!

=> softstarter is ook niet geschikt. last 4: kunnen voor deze motor dan beter direct aanzetten)last 5: andere methode zoeken

T last4

T last5

Softstarter: lagere spanning/stroom

iT

5.4. Aanzetweerstanden (rotor)

R neemt toe

1500N = 0

NS

T

U/f = cte

f

U

f neemt toe? U ook, Zolang U/f = Cte.

50

5.5. frequentie regelen (bij het aanzetten!!!)

NS

T

5.5. frequentie regelen (bij het aanzetten!!!)

T transportband

Frequentieregelaar gaat van beginfrequentie bouwt op een continue manier de frequentie op. Hierdoor verschuift het werkpunt van links naar rechts tothet gewenste toerental bereikt is.

6.1. Remmen SA

6.2. Vermogenelectronica

SoftstarterFrequentieregelaarDC-rem

Driefasig Asynchrone Motor

Bouw Principes Types Karakteristieken:

Koppel-toerentalcurve Stroom-toerentalcurve Slip

Aanzetten Remmen Snelheid regelen

7. Regelen snelheid van een ASM

Rotorweerstand veranderenIngangspanning

Ns = 60*f / p Invloed frequentie Invloed polen

7.1. SA: weerstanden (rotor)

R neemt toe

7. Regelen van een ASM

D.m.v. verlaagde spanning (f=cte)

NsD.m.v. veranderende frequentie (U = cte)

frequentieregelaarD.m.v. poolveranderingen

Dahlandermotor

7.2. Verlaagde spanning

Nss=0

N = 0S = 1

NS

i

T

T last3

T begin (instelbaar in %)

Slipverandering.* Weliswaar miniem.

T last4

T last5

lagere spanning

iT

7. Regelen van een ASM

D.m.v. verlaagde spanning (f=cte)

NsD.m.v. veranderende frequentie (U = cte)

FrequentieregelaarD.m.v. poolveranderingen

Dahlandermotor

1500N = 0

NS

T

U/f = cte

f

U

f neemt toe? U ook, Zolang U/f = Cte.

50

7.3. frequentie regelen

7.4. Dahlander

Door poolparen te wijzigen, krijgt men andere snelheid!

7.4. Dahlander

Door poolparen te wijzigen, krijgt men andere snelheid!

Driefasig Asynchrone Motor

Bouw Principes Types Karakteristieken:

Koppel-toerentalcurve Stroom-toerentalcurve Slip

Aanzetten Remmen Snelheid regelen

Xtra

Xtra: Schakelen DASM op 1f-net

Hoe kunnen we een 3f motor op een 1f net schakelen?

Omkeren draaizin steinmetzschakeling

Meer info over de Steinmetzschakeling in het handboek Elekt. 3 Wolters Plantyn blz. 163.

Omkeren draaizin steinmetzschakeling

driehoek

Omkeren draaizin steinmetzschakeling

ster

de frequentieregelaar

DoelBouwAansluiting

De frequentieregelaar

DoelBouwMogelijkhedenAansluitenParameters

Doel frequentieregelaar

aanzet motor

stopvoorziening

snelheid regelen.

De frequentieregelaar

DoelBouwMogelijkhedenAansluitenParameters

Bouw frequentieregelaar

Driefasig net > DC > Driefasige net bisGelijkrichter

Tussenkring VSI CSI

RemweerstandWisselrichter

Controle-unit U/f-karakteristiek fluxvectorregeling

Bouw frequentieregelaar

De frequentieregelaar

DoelBouwMogelijkhedenAansluitenParameters

Mogelijkheden frequentieregelaar

De motor aansturen is mogelijk via:

Operator Panel (TD)

Terminals

bussysteem

De frequentieregelaar

DoelBouwMogelijkhedenAansluitenParameters

Aansluiten frequentieregelaar

VermogenkringStuurkring

Vermogenkring frequentieregelaar

Aansluiten frequentieregelaar

VermogenkringStuurkring

Stuurkring frequentieregelaar

De frequentieregelaar

DoelBouwMogelijkhedenAansluitenParameters

Parameters frequentieregelaar

Afhankelijk van de fabrikant

Basisprincipes gelijk!

Basisprincipe parameters

Start/Stop en FWD/REV

ofStart/FWD en REV

Emergency stop

…