SÄHKÖKONEET

1. SÄHKÖKONEET Muuntajat Yksivaihemuuntajat Kolmivaihemuuntajat Sähkökoneet Tasavirtakoneet Kestomagneettimoottorit Universaalimoottorit Tasavirtageneraattorit Vaihtovirtakoneet Epätahtikoneet oikosulkumoottorit Tahtikoneet Vaihtovirtageneraattorit Nopeuden säätö Taajuusmuuttajat

2. MOOTTORIN PERIAATE Tämän kalvosarjan lähde: Kördel L, Johansson J. Moottorinohjaus. 1 p. IS-VET, Iisalmi 2004. ISBN: 952-5312-54-2

3. TASAVIRTAMOOTTORI Tasavirtakoneen toiminta perustuu kommutointiin, jossa roottorin käämien napaisuus vaihtuu.

4. VAIHTOVIRTAMOOTTORI Ei kommutointia, vaan vaihtovirtamoottorin toiminta perustuu staattorin magneettikentän roottoriin indusoimaan jännitteeseen. (”pyörivä muuntaja”)

5. MOOTTORIN KILPIARVOT

6. MOOTTORIN HYÖTYSUHDE

7. OIKOSULKUMOOTTORI Yleisin moottorityyppi. Toimintavarma, ainoat kuluvat osat ovat laakerit.

8. OIKOSULKUMOOTTORI, STAATTORI Staattorin käämeihin kytketään verkkojännite, jolloin sen magneettinavoissa alkaa pyörimään magneettikenttä. Yksinapaisen kolmivaihemoottorin käämitys ja kytkentä

9. 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

10. 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”.

11. 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.

12. 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.

13. 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

14. 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 )

15. 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.

16. 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

17. 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)

18. 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.

19. 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.

20. 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

21. OIKOSULKUMOOTTORIN KÄYNNISTÄMINEN • Suora käynnistys kontaktorin avulla • Yksinkertainen ja halpa • Käynnistysvirta 5-7 kertainen • Äkillinen käynnistys aiheuttaa momentti-iskun

22. 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.