Aandrijfsystemen: Motoren

Aandrijfsystemen: Motoren
VTI Brugge
F. Rubben, ing.
Aandrijfmethoden
Bron: Elektrische aandrijftechniek – dr.ir. R. D’hulster
Hydraulica
Pneumatica
Elektriciteit (motoren)
Ja
Ja
Ja
Trage rechtlijnige beweging
(grote kracht)
Zeer goed
Mogelijk
Mogelijk
Snelle rechtlijnige beweging
Mogelijk
Zeer goed
Mogelijk
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
slecht
slecht
hoog
Continu regelbaar
Roterende beweging
rendement
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


Types asynchrone motoren


Hoe loopt kooirotor aan?
TN-curve ASM:




Slip, poolparen, frequentie
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


Types asynchrone motoren


Hoe loopt kooirotor aan?
TN-curve ASM:




Slip, poolparen, frequentie
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 / p
 Eenheid: [trn/min]
 f: aangelegde frequentie
 p: 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  Nr
s
Ns
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


Types asynchrone motoren


Hoe loopt kooirotor aan?
TN-curve ASM:




Slip, poolparen, frequentie
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
Kooianker
of
Kooirotor
Kortgesloten staven vormen een kooi.
Sleepringanker
Rotoraansluitingen bereikbaar
van buitenaf.
KA DASM

Staven liggen schuin.


Reden?
Vorm rotorstaven varieert.

Doel?

Krijgen van andere motorkarakteristieken.
SA DASM

3 extra aansluiting bij motor

Rotor 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?



tot Mmot < Mlast


Motor vertraagt
Tot Mmot > Mlast


Aanzetten motor
Motor versnelt
Motor versnelt
…

tot evenwicht
M mot  M last
d
J
dt
INDUCTIEMOTOREN (3F)

Synchrone vs Asynchrone motoren
 Draaiveld


Types asynchrone motoren


Hoe loopt kooirotor aan?
TN-curve ASM:




Slip, poolparen, frequentie
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
i
T
N=0
S=1
N
S
Ns
s=0
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
i
Aanzetstroom:
Zéér groot…
Werkingsgebied
Stroom aanvaardbaar
T
Inom
Tnom
N=0
S=1
Ns
s=0
N
S
5.1. Ster-driehoek
T last2
i
D
T last1
T D
St
St
N=0
S=1
Ns
s=0
N
S
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
T last2
i U1
T last1
T U1
U2
N=0
S=1
Ns
s=0
N
S
5.3. Softstarter
T last5
i
T last4
T
i
T
T begin
(instelbaar in %)
T last3
Softstarter:
lagere spanning/stroom
N=0
S=1
Ns
s=0
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
N
S
5.4. Aanzetweerstanden (rotor)
R neemt toe
5.5. frequentie regelen (bij het aanzetten!!!)
U/f = cte
U
T
50
1500
N=0
f neemt toe? U ook,
Zolang U/f = Cte.
N
S
f
5.5. frequentie regelen (bij het aanzetten!!!)
T
T transportband
N
S
Frequentieregelaar gaat van beginfrequentie bouwt op een continue manier
de frequentie op. Hierdoor verschuift het werkpunt van links naar rechts tot
het gewenste toerental bereikt is.
6.1. Remmen SA
6.2. Vermogenelectronica
Softstarter
 Frequentieregelaar
 DC-rem

Driefasig Asynchrone Motor




Bouw
Principes
Types
Karakteristieken:






Koppel-toerentalcurve
Stroom-toerentalcurve
Slip
Aanzetten
Remmen
Snelheid regelen
7. Regelen snelheid van een ASM
Rotorweerstand veranderen
 Ingangspanning


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)

Ns

D.m.v. veranderende frequentie (U = cte)


frequentieregelaar
D.m.v. poolveranderingen

Dahlandermotor
7.2. Verlaagde spanning
T last5
i
T last4
T
i
T
T last3
T begin
(instelbaar in %)
N=0
S=1
Slipverandering.
* Weliswaar miniem.
lagere spanning
Ns
s=0
N
S
7. Regelen van een ASM

D.m.v. verlaagde spanning (f=cte)

Ns

D.m.v. veranderende frequentie (U = cte)


Frequentieregelaar
D.m.v. poolveranderingen

Dahlandermotor
7.3. frequentie regelen
U/f = cte
U
T
50
1500
N=0
f neemt toe? U ook,
Zolang U/f = Cte.
N
S
f
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
Doel
Bouw
Aansluiting
De frequentieregelaar
Doel
 Bouw
 Mogelijkheden
 Aansluiten
 Parameters

Doel frequentieregelaar

aanzet motor

stopvoorziening

snelheid regelen.
De frequentieregelaar
Doel
 Bouw
 Mogelijkheden
 Aansluiten
 Parameters

Bouw frequentieregelaar

Driefasig net > DC > Driefasige net bis

Gelijkrichter

Tussenkring




VSI
CSI
Remweerstand
Wisselrichter

Controle-unit


U/f-karakteristiek
fluxvectorregeling
Bouw frequentieregelaar
De frequentieregelaar
Doel
 Bouw
 Mogelijkheden
 Aansluiten
 Parameters

Mogelijkheden frequentieregelaar

De motor aansturen is mogelijk via:

Operator Panel (TD)

Terminals

bussysteem
De frequentieregelaar
Doel
 Bouw
 Mogelijkheden
 Aansluiten
 Parameters

Aansluiten frequentieregelaar
Vermogenkring
 Stuurkring

Vermogenkring frequentieregelaar
Aansluiten frequentieregelaar
Vermogenkring
 Stuurkring

Stuurkring frequentieregelaar
De frequentieregelaar
Doel
 Bouw
 Mogelijkheden
 Aansluiten
 Parameters

Parameters frequentieregelaar

Afhankelijk van de fabrikant

Basisprincipes gelijk!
Basisprincipe parameters
Start/Stop en FWD/REV
of
 Start/FWD en REV


Emergency stop

…