Startstrøm asynkronmotor

Tom

Ønsker å få klarhet i årsaken til at asynkronmotorer har så høy startstrøm. Har lest en del om dette, uten å være helt 100 % på om det jeg har kommet frem til er riktig. Jeg er klar over at den trekker stor startstrøm når rotoren har lav/ingen hastighet, jeg tenkte mer på hva det er som gjør at rotorhastigheten påvirker strømtrekket fra nettet.

Dette er hva jeg har kommet frem til nå:
Rotoren lager sin egen spenning ved rotasjon.
Når rotoren får opp farten kommer spenningen nesten opp i nettspenningen, noe som fører til at det nesten ikke induseres noen spenning i rotoren.

Er årsaken til at det induseres mindre spenning dette:

Tar utgangspunkt i denne loven -Størrelsen på den induserte spenningen er proporsjonal med hvor fort magnetfeltet roterer.

Når man starter motoren vil magnetfeltet i stator rotere med synkron hastighet fra starten av. Rotoren står helt stille under oppstart og vil føle et utrolig raskt roterende magnetfelt. Nettopp på grunn av denne forskjell i hastighet vil det induseres store strømmer i rotorviklingen. Straks rotoren kommer opp i fart vil den føle at magnetfeltet i stator roterer tregere (hastighetsforskjellen mellom stator og rotor minker), og da vil den induserte strømmen synke.
Ved økende belastning på akslingen til motoren vil rotorens turtall synke. Derved blir forskjellen i stator- og rotorhastighet større, og det vil bli indusert større strømmer i rotor.

Etter hva jeg har fått med meg er Lenz lov sentralt, som sier at en indusert strøm har en slik retning at de kreftene som oppstår vil motvirke inngrepet som induserer strømmen, uten at jeg klarer å forstå hva som menes med det.

Løst

Svar (3)

Forumleder

Postet 8:51 - 23.4.2014

Hei,

Når statorviklingene kobles til (trefase)nettet, vil det oppstå et magnetfelt i statorjernet som dreier rundt med konstant hastighet. Hastigheten er bestemt av nettets frekvens og av antall statorviklinger.

Det magnetiske dreiefeltet dannes ved at statorviklingene (L1, L2 og L3) blir magnetisert og får nord- og sørpoler etter hvert som spenningen over viklingene skifter retning.

Figur: Stator setter opp et roterende magnetfelt (dreiefeltet).

Deler av energien i statoren overføres i luften over til rotoren.

Figur: Hastigheten det magnetiske omtales som motoren synkronhastighet. Her vises en forenklet 3-fase stator.

En asynkronmotor leverer et momentet til rotorakslingen. Størrelsen på momentet er en samvirkning mellom luftgapsfluksen og rotorstrømmen.

Teoretisk betrakning på motorhastighet
La oss ta for oss et teoretisk utgangspunkt; at rotoren har et mekanisk turtall som er lik det synkrone elektriske turtallet på dreiefeltet; altså at rotoren roterer med nøyaktig samme hastighet som (luftgaps)fluksen satt opp av startstrømmene i stator. Med samme hastigheter på disse to delsystemene, er det ingen hastighetsforskjell, og det blir det heller ingen endring i fluks pr tid i rotorlederne.

Prinsippet med induksjon, eller mangel av indusert spenning i dette tilfellet, forklares ved hjelp av gode, gamle Faraday's induksjonslov.

Derfor, ingen endring i fluks gir heller ingen induksjon av spenninger/strømmer i rotorlederne. Og, induseres det ingen spenning eller strøm i rotor, blir heller ikke utviklet noe dreiemoment som vi kan gjøre nytte av; for eksempel til å drive en pumpe eller vifte.

Vi kan derfor snakke om påtrykt elektrisk frekvens (fra strømnettet) og mekanisk driftfrekvens (som er målt frekvens eller turtall på rotorakslingen)

Figur: Når hastigheten på dreiefeltet satt opp av stator og hastigheten til rotor er ulike, induseres det en kraft i rotorkretsen.

Sakking
Sakking,også omtalt som 'Slip' på engelsk, beskriver et viktig fenomen for asynkronmotorer.

Figur: ""Slip""/sakking betyr ulike hastigheter på 'stator' og 'rotor'

s = (ns ? nr) / ns
hvor;
s = sakking
ns = synkron elektrisk hastighet
nr = rotorens mekaniske hastighet

Når nr = null, det vil si at rotoren står stille, har s verdien 1fordi at (ns/ns = 1). Når hastigheten på rotoren er lik synkronhastigheten (nr = ns), er verdien på s = 0.

En motor i normal drift har en en s-faktor på typisk 5 prosent, det vil si 0,05. Det vil si at motorhastigheten er 95 % av netthastigheten.

Synkron hastighet = Rotorhastighet + sakkingshastighet

For eksempel ved normal drift:
100 % = 95 % + 5 %

La oss ta et eksempel: Vi har en 4-polet motor. Statorfeltet vil da få en omdreiningshastighet på:

ns = (2 * 50 Hz / 4) = 25 Hz, som tilsvarer 1500 omdreining per minutt.

Og, da vil rotorakslingen har en omdreiningshastighet på
nr = 0,95 * 1500 = 1425 omdreininger per minutt.

Film på Youtube som forklarer prinsippet for induksjonsmotor

Sakkingshastigheten reduseres fra 100 til 5 %
Når rotorhastigheten er 0 %, er altså sakkingshastigheten på sitt maksimale (100 %). Etterhvert som rotorhastigheten øker (fra 0 til 95 %), vil sakkingshastigheten avta tilsvarende fra 100 til 5 %).

Altså, ved hvilken som helst annen lavere rotorhastighet (enn synkron hastighet), sakker rotor etter i forhold til luftgapsfluksen (det vi si at sakkingshastigheten øker). Den induserte spenningen i rotor får sakkingsfrekvens som er proporsjonal med sakkingshastigheten.

Figur: Det roterende statorfeltet genererer kraft i rotor

Frekvensen til de induserte strømmene i rotoren er:
fr = s * fs
hvor;
fr = frekvens til de induserte strømmene (sakkingsfrekvensen)
fs = synkron hastighet

Den roterende luftgapfluksen (satt opp i statoren og nettfrekvensen), induserer en spenning i rotorlederne når denne har en relativ bevegelse i forhold til lederne, og indusert spenning er i fase med luftgapfluksen.

Turtallet til rotoren øker
Rotorstrømmenes faseforskyvning er bestemt av rotorledernes impedans. Den varierer med omdreiningstallet. Rotorstrømmene vil ha en slik retning av de motvirker en fluksendring (Lenz lov).
Ettersom rotorens omdreiningstall øker fra null i starten, avtar den relative hastigheten mellom luftgapfluksen og rotorlederne. Den induserte spenning og rotorstrøm reduseres.

Rotorens omdreiningstall vil øke inntil den induserte spenningen er så stor at den produserer en strøm som er passe stor til å utvikle et moment lik maskinens motmoment. Dette er selve prinsippet for asynkronmaskinen.

Akselerasjonen er ferdig
En motor, som er belastet med et motmoment, kan aldri oppnå synkront omdreiningstall. Da induseres ingen spenning og strøm i rotoren, og det utvikles heller ikke noe elektromotorisk moment som nevnt tidligere.

Når akselerasjonen fra stillstand er ferdig, vil motoren få et turtall like under det synkrone turtallet. En motor med minimal last, vil ha en sakking nær null.

Startstrøm
Når motoren tilkobles nettet i stillstand, er sakkingen s = 1. Impedansen i motorens ekvivalente rotorkrets er nå langt mindre enn magnetiseringsimpedansen.

Den maksimale startstrømmen som motoren trekker, er uavhengig av belastningen som er knyttet til motoren, og er bare bestemt av motorimpedansene og dermed motorens konstruksjon.

Aksellerasjonstiden for motoren, og dermed varigheten på startstrømmen er imidlertid avhengig av den last motoren går med.
Motorstrømmen (startstrømmen) avtar lite før omdreiningstallet blir 70 til 80 prosent av synkront omdreiningstall.

Størrelsen på den maksimale startstrømmen er fire til ni ganger motorens merkestrøm, med seks ganger merkestrøm som typisk verdi for en vanlig kortslutningsmotor.

Rune M.

Postet 14:12 - 14.3.2016

Hei, det var grundig forklaring av startstrømmen til en asynkronmotor. Jeg har et oppfølgning spørsmål:

- Hvor lenge trekker den så høy strøm, er dette noe som vil kunne bidra til høyt energiforbruk dersom pumpen starter og stopper mange ganger per time?

- Er det slik at den trekker "oppgitt startstrøm" inntil den oppnår synkron hastighet. Eller skjer dette kun idet motoren settes igang. Dersom det er til den oppnår synkronhastighet da har vel belastningen på akselen noe å si?

Rune Øverland

Postet 18:47 - 14.3.2016

Hei,

1) Startstrøm?

Startstrømmen, for en asynkron motor med direkte start, trekker stort sett full startstrøm inntil fullt turtall er nådd.

La meg ta et eksempel: Først er turtallet på motoren null omdreininger per minutt. En motor trekker så en startstrøm som er fem ganger nominell laststrøm. La oss videre anta at det synkrone turtallet er 1800 omdreininger per minutt, og at det asynkrone turtallet ligger på rundt 1770 omdreininger per minutt.

Når motoren har akselerert fra 0 til ca 80 prosent turtall (ca 1400 omdreininger per minutt), er startstrømmen redusert til cirka fire ganger nominell laststrøm. Altså, ikke spesiell stor reduksjon i startstrømmen.

Det er først når motoren nærmer seg sitt fulle turtall at startstrømmen raskt detter fra 4-5 ganger'n ned mot 1 ganger'n.

2) Maksimal starttid?

Tiden det tar å akselerere en motor fra stillestående til fullt turtall varierer naturligvis med hvor stor last som vi hekter på motoren. Vi kan anta at typisk er starttiden fire sekunder, hvorav de første tre sekundene trekker motoren full startstrøm.

3) Hyppige starter?

Hyppig starting av motor kan være uheldig. Dette gjelder spesielt for større motor. Dette er fordi at slike store elektriske motorer belaster forsyningsnettet på en uheldig måte, kan føre til "bivirkninger" for annet elektrisk utstyr.

Legg til svaret ditt

Registrer deg og bidra til Norges største fagforum for sikkerhet.
Allerede medlem? Logg inn

Registrer deg nå