A háromfázisú aszinkronmotor működése

“A villanymotor jelleggörbéi

Közepes teljesítményű csúszógyűrűs és egykalickás forgórészű villanymotor tipikus nyomaték-fordulatszám jelleggörbéje az alábbi ábrán látható.

A jelleggörbe jellegzetes pontjai és a villanymotorok tulajdonságai a jelleggörbe alapján:

Indítónyomaték (M_i): a névleges nyomaték körüli, vagy annál kisebb. Ennek oka, hogy álló helyzetben a forgórész erősen induktív jellegű, a forgórész fázistényezője kicsi és emiatt a nyomaték is kicsi. A villanymotor akkor tud forgásba jönni, ha az indítónyomaték nagyobb az Mt terhelőnyomatéknál, ahogy az ábra mutatja.
Billenőnyomaték (M_b): a villanymotor gyorsulása közben a nyomatéka a billenőnyomatékig nő. A nyomaték azért növekszik, mert a fordulatszám növekedésével csökken a szlip, így csökken a forgórész f2 frekvenciája. A csökkenő frekvencián kisebb lesz a forgórész induktív ellenállása, ezáltal növekszik a cosφ2 fázistényező. A nagyobb fázistényező növekvő nyomatékot eredményez.A billenőnyomatékhoz tartozó szlip kb. 15-20%, tehát ekkor az nb fordulatszám a szinkronértéknek kb. 80-85%-a.
Névleges nyomaték (M_n): a billenőnyomaték utáni gyorsulás folyamán a nyomaték meredeken csökken. A csökkenés oka: a fázistényező már csak keveset növekszik, de a forgórész árama tovább csökken, mivel az indukált feszültség a szlip csökkenése miatt egyre kisebb lesz. A névleges nyomaték ennek a meredek szakasznak kb. a közepén található. Tehát az aszinkronmotorok esetén is érvényes a közelítő összefüggés:
${M_n} \approx {{M_b} \over {2}}$
A névleges nyomatékot a leadott mechanikai teljesítményből és a fordulatszámból határozhatjuk meg:
${M_n}={{P_{2n}} \over {\omega_n}}={{60 \cdot {P_{2n}}} \over {2 \pi \cdot n}}$
ha a fordulatszámot – az adattábláról leolvashatóan – 1/min mértékegységben helyettesítjük.
A villanymotor addig gyorsul, amíg a nyomatéka egyenlő nem lesz a terhelés nyomatékával (a két jelleggörbe metszéspontja).
Ha a gép üresjárásban van, akkor felgyorsul az n1 szinkronfordulatszám közvetlen közelébe. A nyomatéki görbe a szinkronfordulatszámnál metszi a vízszintes tengelyt. (A működési elv szerint – motoros üzemállapotban – ez a metszéspont fiktív.)

A nyomaték jelleggörbéjéből is kiolvashatóan üresjárás és névleges terhelés között a motor fordulatszáma néhány százalékot változik.

A stabil motoros üzemet az üresjárási pont és a billenőnyomaték között lehet megvalósítani. Ha a terhelés meghaladja a billenőnyomatékot, akkor a villanymotor hirtelen megáll, a névlegest többszörösen meghaladó hálózati áramfelvétel kíséretében. Ez a nagy áram, ha tartósan fennmarad, veszélyezteti a villanymotor épségét.

Ha a villanymotor zárt forgórésszel, álló helyzetben csatlakozik a hálózatra, rövidzárási üzemállapotról beszélünk. (Ekkor a gép áramkörileg úgy viselkedik, mint egy rövidre zárt transzformátor.) Ez jellemző pl. a kalickás forgórészű gépek bekapcsolásának pillanatában.

Az áram-fordulatszám jelleggörbe a hálózati áramerősséget mutatja a bekapcsolás pillanatától az üresjárási fordulatszámig, és menete az alábbi ábrán látható:

A rövidzárási áramfelvétel a névlegesnek mintegy 4-8-szorosa. A billenőnyomatékig az áram majdnem állandó marad, ezt követően viszont hirtelen lecsökken. Az üresjárási I10 áram a névlegesnek kb. 25-60%-a. Ezt a – transzformátorokhoz viszonyítva – nagy értéket az álló- és forgórész vasmagja közötti légrés okozza. (A levegő mágnesezéséhez nagy gerjesztésre van szükség.)

Az aszinkronmotor terhelése, veszteségei, hatásfoka

A tengelyre ható terhelőnyomaték következtében a villanymotor fordulatszáma csökken az üresjárásához képest. Ezáltal az állórész forgó mágneses tere nagyobb sebességgel változik a forgórész tekercseihez képest, így abban nagyobb feszültség indukálódik. A nagyobb feszültség megnöveli a forgórész I2 áramerősségét, ami megnöveli a villanymotor nyomatékát. A változás addig tart, amíg a gép nyomatéka egyensúlyba kerül a terheléssel. A forgórész áramának változása – a transzformátorhoz hasonlóan – az állórész áramfelvételének megváltozását okozza, összhangban az energia-megmaradás elvével. Csökkenő terhelés esetén a folyamat ellentétesen változik. A terheléssel együtt változik a villanymotor teljesítménytényezője is.

A hálózatból felvett teljesítmény egy része a villanymotorban veszteségként jelentkezik.

A fellépő veszteségek és teljesítményviszonyok:

az állórész vasvesztesége(P_1vas): jó közelítéssel, a terheléstől függetlenül állandó,
az állórész tekercsvesztesége (P_1tek): a hálózatból felvett áramtól függ, kifejezhetőaz I1f fázisárammal és az R1f fázistekercs ellenállásával

${P_{1tek}}={3 \cdot {{I}^{2}_{1f}} \cdot R_{1f}}$
a terheléssel együtt változik.

Ha a felvett P1 teljesítményből levonjuk az állórész veszteségeit, megkapjuk a forgórészre a mágneses tér által átvitt teljesítményt, amit légrésteljesítménynek nevezünk:

${P_l}={P_1}-({P_{1vas}}+{P_{1tek}})$

a forgórész vasvesztesége – ami frekvenciafüggő – forgás közben elhanyagolható, mert a forgórész frekvenciája néhány hertz,
a mechanikai veszteség (P_vmech): csapágy- és kefesúrlódásból, valamint a szellőzési veszteségből (a hűtőlevegő áramoltatásához szükséges teljesítmény) áll; a mechanikai veszteségek a terheléstől függetlenül állandóak, mivel a fordulatszám gyakorlatilag nem változik; a mechanikai veszteségek a névleges teljesítmény 1-2 százalékára tehetők.
a forgórész tekercsvesztesége: a háromfázisú tekercset, ill. a kalickát melegíti, bizonyíthatóan a légrésteljesítmény és a szlip szorzataként számítható (a szlipet nem százalékos viszonyszámként értelmezve)

${P_{2tek}}=s \cdot {P_1}$

ebből következően szintén terhelésfüggő.

Az aszinkrongép összes vesztesége:

${P_V}={P_{1vas}}+{P_{1tek}}+{P_{2tek}}+{P_{vmech}}$

A villanymotor leadott teljesítménye:

${P_2}={P_1}-{P_V}$

Az aszinkronmotor teljesítményviszonyait az alábbi ábrán láthatjuk.

A gép hatásfokát az értelmezés szerint számíthatjuk:

$\eta={{P_2} \over {P_1}} \cdot 1$

Az adattábla névleges értékeiből meghatározhatjuk a névleges hatásfokot:

$\eta={{P_2n} \over {\sqrt(3) \cdot {U_1n} \cdot {I_1n} \cdot \cos({\varphi_n})}} \cdot 1$

Névleges teljesítménynél, az aszinkrongépek hatásfoka 70-90%. A nagy teljesítményű gépek hatásfoka a magasabb értékű.

A cosφ1 teljesítménytényező névleges értéke 0,7-0,92 közé esik. A legnagyobb érték a nagy teljesítményű gépekre jellemző.

A fenti ábra az aszinkronmotorok néhány jellemzőjének változását mutatja a terhelés függvényében, viszonylagos egységekben. (A jelleggörbéből kiolvasható értékek tájékoztató jellegűek.) Az origóhoz tartozik az üresjárási üzemállapot.”

Többet szeretne megtudni? Kérdezze munkatársunkat a Kapcsolat linkre kattintva.