Gebruik van inductiemotoren in mijnen (met diagram)
Na het lezen van dit artikel leert u over: - 1. Inductiemotoren in mijnen 2. Principe van de inductiemotor in mijnen 3. Inductie-effect in rotor 4. Start van inductiemotor 5. Uitgangsmateriaal voor inductiemotoren 6 . Sleepringinductiemotoren 7. Synchrone motoren gebruikt in mijnen 8. Isolatieweerstand van een inductiemotor.
Inhoud:
- Inductiemotoren in de mijnen
- Principe van de inductiemotor in mijnen
- Inductie-effect in rotor
- Starten van inductiemotor
- Uitgangsmateriaal voor inductiemotoren
- Slipring inductiemotoren
- Synchrone motoren gebruikt in mijnen
- Isolatieweerstand van een inductiemotor
1. Inductiemotoren in mijnen:
In mijnen worden inductiemotoren meestal gebruikt in een drukbestendige behuizing. Naast de behuizing is de prestatie van de inductiemotoren hetzelfde als die van de andere motoren, volgens het specifieke ontwerp. We weten uit onze ervaring en kennis dat, onder de inductiemotoren, de eekhoornkooitypes de meest eenvoudige van alle elektromotoren zijn.
Inductiemotoren bestaan alleen uit twee delen. Een daarvan is de stator, een stationaire wikkeling die is verbonden met de voeding, en de andere is een rotor - een roterende wikkeling die binnen de stator roteert en de belasting aandrijft.
De eekhoornkooimotoren kunnen worden ontworpen om te werken met enkel- of driefasige voedingen. Een inductiemotor met drie fasen start onder belasting zodra de voeding wordt ingeschakeld. Starters worden alleen gebruikt als het nodig is om de startstroom te verminderen.
Vanwege hun eenvoud worden eekhoornkooimotoren op grote schaal gebruikt in mijnen en ook in andere industrieën. Ze worden ondergronds gebruikt om boormachines, kolenfrezen aan te drijven; laders, transportbanden en haulages, en ze kunnen ook worden gevonden om op grote schaal worden gebruikt in pompen, hulpventilatoren en kleine compressoren.
De stator bestaat uit een holle cilinder opgebouwd uit laminering van weekijzer. Het inwendige van de cilinder is gesleufd om de geleiders van een driefasige wikkeling te ontvangen. De geleiders van de wikkeling zijn geïsoleerd van elkaar en de hele isolatie van de stator is op de juiste manier geïmpregneerd met vernis of hars van speciale elektrische kwaliteit om binnendringen, vocht en vuil en andere vreemde deeltjes te voorkomen.
De kern en de spoel worden bewerkt in een stalen of gietijzeren juk. Fig 11.1 (a) toont een schets van een stator.
De Fig 11.1 (b) toont een schets van een eekhoornkooirotor. De rotor bestaat uit een cilindrische kooi van koperen staven of aluminium staven (gegoten in het geval van kleine motoren) en kortgesloten door koper of messing ring aan elk uiteinde, waardoor het de vorm heeft van een kooi. Daarom worden de inductiemotoren ook eekhoornkooimotoren genoemd omdat ze op de kooi van een eekhoorn lijken.
Als alternatief kan de hele kooi uit één stuk uit een aluminiumlegering worden gegoten. De kooi is geplaatst in een cilindrische kern, opgebouwd uit zachte ijzeren lamellen, die is vastgeslepen aan een as, die al op de juiste manier is bewerkt. De rotor wordt ondersteund door lagers aan elk uiteinde van de as.
Het is aangepast aan de stator zodat er een zeer kleine luchtopening is van enkele duizendsten van een inch (in het algemeen variërend van 0, 015 tot 0, 028 in elke zijde) tussen het oppervlak van de rotor en het binnenoppervlak van de stator.
Een kleine maar uniforme luchtspleet is het meest essentieel voor de efficiënte werking van de inductiemotor als geheel. In feite is het belang van luchtspleet zo groot dat als het niet op de juiste manier wordt bewerkt, de hele motor zijn kenmerken en prestaties verandert.
2. Principe van de inductiemotor in mijnen:
Net als alle andere elektromotoren creëert een kooimotor een mechanisch vermogen door het motorprincipe zoals beschreven door de reactie van stroomvoerende geleiders in de rotor met een magnetisch veld. Het bepalende kenmerk van een inductiemotor is dat de stromen in de rotorgeleiders worden geïnduceerd door hetzelfde veld als dat waarmee ze reageren.
De werking en werking van een inductiemotor hangt af van de mogelijkheid om een magnetisch veld te produceren dat draait, terwijl de wikkelingen die het produceren, stationair blijven.
Een dergelijk veld kan alleen worden geproduceerd door een wikkeling die is aangesloten op een wisselstroomvoorziening, terwijl, als een gelijkstroom wordt toegepast op een wikkeling om een elektromagnetisch veld te produceren, de positie van het veld in de ruimte volledig wordt bepaald door de positie van de kronkelende. Het veld kan alleen roteren door de windingen zelf te draaien.
We kunnen de stator van een inductiemotor ontwerpen om een roterend veld van twee, vier, zes of een even aantal polen te produceren, en vervolgens zal het ontwerp van de wikkeling afhangen van het aantal benodigde polen. Elke fase van de voeding is verbonden met een wikkeling in de stator.
De wikkelingen zijn zo ontworpen dat elk het vereiste aantal polen geeft en de wikkelingen zijn onderling verbonden in ster of delta. In de stervorming zijn de drie uiteinden van de wikkelingen die niet zijn aangesloten op de voeding met elkaar verbonden.
De wikkelingen in elke fase zijn zo gerangschikt dat in elke halve cyclus van hun fase, de ene helft van de wikkeling noordpolen produceert, terwijl de andere helft zuidpolen produceert. De polariteit van elke bocht keert in elke halve cyclus om.
De windingen bevinden zich op gelijke afstanden rond de stator in volgorde van fasen. Windingen produceren een noordpool tijdens de positieve halve cyclus van hun fase. Een typische lay-out van wikkelingen wordt schematisch getoond in Fig. 11.2 (a).
Fig. 11.2 (b) laat echter zien hoe een tweepolig rotatieveld wordt geproduceerd door een stator met zes wikkelingen. Vanwege de relatie tussen de alternerende cycli in de drie fasen, zal de stroomsterkte een piek bereiken in opeenvolgende wikkelingen rond de stator.
Dan zal de pool van geaggregeerd veld op het ene moment 1A (noord) en IB (zuid) wikkelen, dan zullen ze bij het opwikkelen 3B (noord) en het opwikkelen van IB (noord), en 1A (zuid) enzovoort zijn. Het effect van het aansluiten van een driefasenvoeding op een stator met zes wikkelingen is om een tweepolig magnetisch veld te produceren dat één omwenteling voltooit voor elke cyclus van de voeding.
Snelheid van veldrotatie:
Voor een tweepolig veld om een omwenteling te voltooien, moet elke wikkeling in de stator eenmaal een noordpool hebben en eenmaal een zuidpolariteit. Een tweepolig veld roteert eenmaal per cyclus, omdat elke winding de polariteit eenmaal in de loop van een cyclus verandert.
Voor een vierpolig veld om een omwenteling te voltooien, moet elke bocht elke polariteit twee keer hebben. Voor een zespolig veld vereist één omwenteling dat de windingen elke polariteit driemaal hebben, enzovoort.
Nu we zien dat de windingen slechts eenmaal per cyclus van polariteit veranderen, volgt hieruit dat hoe meer polen er zijn, des te langzamer de rotatie van het veld en de snelheid van de rotor zal zijn. Bijvoorbeeld wanneer verbonden met een 50 c / s. voeding, een tweepolig veld draait bij 3000 tpm, een vierpolig veld bij 1500 tpm, een zespolig veld bij 1000 tpm en een achth poolveld bij 750 tpm.
De snelheid van deze veldrotatie wordt de synchrone snelheid genoemd en dit kan worden beschreven aan de hand van de formule;
Het veld kan worden gemaakt om te draaien in een richting met de klok mee of tegen de klok in. Om de draairichting om te keren, is het eigenlijk alleen nodig om de volgorde van twee fasen om te keren. Dus bijvoorbeeld, als faseverbindingen 1-2-3 zijn en een rotatie met de klok mee produceren, dan zal tegen de klok in rotatie worden geproduceerd door verbindingen 3-2-1, 2-1-3 of 1-3-2.
3. Inductie-effect in rotor:
Wanneer de statorwikkeling is verbonden met de stator, zwaait het roterende magnetische veld over de geleiders van de rotor. Deze geleiders bevinden zich daarom in een veranderend magnetisch veld. Elke geleider heeft een emf die daarin wordt geïnduceerd en omdat alle rotorgeleiders kortgesloten zijn en dus onderling zijn verbonden door de eindringen, kunnen stromingen circuleren.
Het effect is exact hetzelfde als wanneer de velden stationair waren en de rotorgeleiders waren gedraaid in de richting tegengesteld aan die waarin het statorveld roteert.
De richting van de stroomstroming in de rotorgeleiders kan daarom worden gevonden door de rechterhandregel van Fleming voor generatoren toe te passen. Fig. 11.3 illustreert duidelijk de inductie van stroom en het effect ervan die kracht veroorzaakt en uiteindelijk de rotatie van de rotor.
Door het principe van inductie worden de stromen geïnduceerd om in de rotorgeleiders te stromen, wordt het motorprincipe in werking gesteld en wordt een kracht uitgeoefend op elke geleider. Door toepassing van de Flemings-linkerhandregel voor motoren, is te zien dat in elke geleider de motorkracht in de tegenovergestelde richting werkt ten opzichte van die waarin de geleider moet bewegen om de motiverende stroom te induceren.
In een inductiemotor heeft de kracht die op elke geleider inwerkt de neiging om deze in dezelfde richting te bewegen als die waarin het roterende statorveld eroverheen snijdt. Dit fenomeen wordt uitgelegd in Fig. 11.4. De krachten die op de geleiders samen worden gesommeerd, produceren een koppel dat de rotor in de richting van veldrotatie draait en daarom blijft de rotor draaien zolang de statorwikkeling is aangesloten op een gezonde voeding.
Het door een motor geproduceerde koppel hangt af van de sterkte van de stroom die in de rotor stroomt. Zware stromen reageren met het roterende veld om een groot koppel te produceren; en, volgens hetzelfde principe, produceren lichtstromen slechts een klein koppel.
De sterkte van de stroom die wordt geïnduceerd in de rotor hangt op zijn beurt af van de snelheid waarmee het roterende veld over de geleiders beweegt, dat wil zeggen over de relatieve beweging tussen rotor en veld, die slip wordt genoemd.
In feite resulteert een grote hoeveelheid slip in zware geïnduceerde stroom, maar als de rotor de synchrone snelheid nadert, worden geïnduceerde stromen verminderd en neemt het koppel af. De rotor kan nooit synchrone snelheid bereiken, omdat bij deze snelheid er geen relatieve beweging is tussen rotor en veld en er geen koppel wordt verschaft.
De hoeveelheid slip en daarmee de snelheid van de motor zijn direct gerelateerd aan het koppel dat nodig is om de belasting aan te drijven. In een vierpolige machine met een snelheid van 50 c / s. toevoersysteem en ontwikkelende zeg 50 paardenkracht, zou de snelheid van het statorveld 1500 tpm zijn.
Nu draait het bij volledige belasting om een snelheid van 1450 tot 1470 tpm, afhankelijk van de efficiëntie van de motor. Als de belasting echter werd verlaagd, zou de motor enigszins versnellen, en bij geen belasting zou de motor net onder 1500 tpm draaien, zeg ongeveer 1490 tot 1495 tpm.
De snelheid van de motor hangt daarom in de eerste plaats af van de synchrone snelheid van het statorveld en wordt enigszins gewijzigd door de belasting. Er is geen bevredigend en bewezen succesvol middel om de snelheid van een eenvoudige inductiemotor te regelen of te variëren, zodat het voor alle praktische doeleinden een motor met constante snelheid is.
Om deze reden is de inductiemotor zo populair geworden, omdat het grootste deel van de aandrijving een constante snelheid nodig heeft. De moderne industriële beschaving moet de wetenschapper enorm bedanken voor zijn uitvinding van de inductiemotor in 1885.
4. Start van inductiemotor:
Een kooiinductiemotor start onder belasting als deze direct wordt ingeschakeld voor een vollere voedingsspanning. De methode van starten staat bekend als direct-on-line (DOL) schakelen of starten. Op het moment van starten is slip (en dus de geïnduceerde rotorstroom) het grootst, zodat de motor een zware stroom trekt uit de voeding totdat deze de normale snelheid nadert.
Een kooimotor kan vijf tot zes keer zijn normale volle belastingsstroom opnemen.
Alle kleinere kooimotoren die in een mijn worden gebruikt, zoals die in gezichtsapparatuur, worden gestart door rechtstreekse lijnwisseling. Om de startstroom te accommoderen, zijn alle beveiligingen in het motorcircuit zo ontworpen dat ze tijdens de startperiode niet uit gaan.
Gedurende de periode dat de motor start en op snelheid draait, vermindert de opgenomen stroomsterkte het beschikbare vermogen voor de andere machines die de distributielijnen delen. Om deze reden zijn de rotoren van vele ondergrondse motoren ontworpen om de aanvankelijke stijging van de stroom zoveel mogelijk te beperken.
Eén methode voor het begrenzen van startstroom is om de rotor te voorzien van een dubbele of zelfs drievoudige kooi. De stroom kan ook worden beperkt door het zorgvuldig ontwerpen van de kooistaven.
Fig. 11.5 toont een schets van een dubbele kooi-rotor en figuur 11.6 toont delen Rotorstaven die in het algemeen worden gebruikt in dubbele kooirotoren. In feite is de dubbele kooirotor geconstrueerd met een kooi met een hoge weerstand die in het oppervlak van de kern is geplaatst, en een koperen kooi met een lage weerstand die goed in de kern is geplaatst.
Op het moment van starten, wanneer de rotor stationair is, is de frequentie van de emf geïnduceerd in de kooistaven, die afhangt van het verschil tussen de rotor- en rotatieveldsnelheden, ongeveer 50 c / sie de voedingsfrequentie.
Bij deze frequentie heeft de koperen kooi die wordt omgeven door ijzer een zeer hoge inductieve reactantie die voorkomt dat er zware stroom in stroomt. De in de buitenste kooi geïnduceerde stroom is voldoende om de motor te laten starten met een hoog koppel (tot tweemaal het normale belastingskoppel), maar de weerstand van de kooi begrenst de startstroom.
Naarmate de motor sneller wordt, wordt het verschil tussen de rotatiesnelheid van de rotor en het roterende veld sterk verminderd en wordt de frequentie van de geïnduceerde emf veel lager. De reactantie van de koperen kooi is daarom veel minder, de geïnduceerde stromen zijn bijgevolg sterker (hoewel de geïnduceerde emf veel kleiner wordt) en de kooi neemt de belangrijkste taak over van het produceren van koppel.
Er is ook een drievoudige kooirotor, die drie afzonderlijke kooien heeft. Het begint op een zeer hoge weerstandskooi en een tweede tussenkooi neemt het over voordat de hoofdloopkooi eindelijk volledig operationeel wordt. Er is echter een ander type rotor met een enkele kooi die op een manier werkt die erg lijkt op een dubbele kooi rotor. Het heeft staven met speciaal ontworpen dwarsdoorsneden zoals getoond in Fig. 11.6 en toont twee mogelijke vormen.
Een groot deel van elke balk ligt diep in de kern en dit deel heeft een hoge reactantie bij het starten. Stroom vloeit alleen in de kleine secties nabij het oppervlak die een hoge weerstand tegen zware stromen bieden. De motor start daarom met een hoog koppel en een gemiddelde startstroom.
Terwijl de motor snelheid verzamelt, neemt de reactantie van de diep ingesloten delen van de staven af, zodat de stroom vrijelijk door het geheel van elke staaf kan stromen. De kooi fungeert dan als een kooi met lage weerstand.
Laten we kort de uitdrukkingen van het startkoppel (T s ) en de startstroom (I s ) bespreken, volgens het equivalentdiagram zoals weergegeven in Fig. 11.7. Deze uitdrukkingen worden gegeven omdat ze de elektrotechnici behulpzaam zullen zijn bij het begrijpen van de prestaties en problemen van inductiemotoren.
Als P 1 = Vermogen, V 1 = Ingangsspanning naar stator, en I 1, = ingangsstroom naar stator, en cos φ 1 is de arbeidsfactor, dan
Vermogen input per fase
Hiervan verdwijnt de I 1 2 R in de statorwikkelingen en het verlies (-E 1 ) I 1 verwarmt de kern, als gevolg van hysterese en wervelstromen. Hier R1 = Statorweerstand en E 1 = door deator geïnduceerde emf per fase.
Daarom kan P 1 op de volgende manier worden uitgedrukt:
De hoek tussen de vectoren (-E 1 ) en (-) I 2 is (zoals getoond in fig. 11.7 (b), die een vectordiagram toont van een inductiemotor) dat tussen E2 en I2 in de rotor is weergegeven als φ 2 . Aangezien (-E 1 ) de spanningscomponent is die geassocieerd is met de onderlinge flux, en (-I2) de stroomcomponent is die equivalent is aan de rotorstroom, dan moet (-E 1, ) (-I 2 ) Cos φ 2 de vermogen geleverd door transformatorwerking aan de rotor, dwz
Dit kan worden verklaard uit het vermogen dat aan de rotor wordt geleverd, de fractie s wordt in de rotor zelf gebruikt en in de rotor verloren als warmte. Nu verschijnt de resterende (1-s) P 2 niet in het vectordiagram tussen de rotorhoeveelheden.
In feite wordt het omgezet in mechanisch vermogen en ontwikkeld op de rotoras, die daarom kan worden uitgedrukt als:
P m = (ls) P 2 (inclusief wrijving en windkracht).
. . . Het geheel kan worden uitgedrukt als:
Dat wil zeggen, het rotorvermogen zal altijd in deze verhouding worden verdeeld. In feite is het koppel rechtevenredig met het ingangsvermogen van de rotor, P 2 ; en die zelf evenredig is aan de statorinvoer, aangezien de statorverliezen klein zijn. Daarom is de motorinvoer rechtevenredig met het koppel voor een gegeven hoofdflux en statorspanning.
5. Uitgangsmateriaal voor inductiemotoren:
Startapparatuur is hoofdzakelijk nodig om de startstroom van de motoren te verminderen. En dit gebeurt met behulp van externe besturingsapparatuur. Deze methoden zijn ster-delta-start en autotransformator starten.
Deze worden soms gebruikt met zwaardere motoren, zoals motoren die worden gebruikt voor het aandrijven van heavy-duty pompen, enz. Bij dergelijke motoren als de directe voeding wordt gebruikt om de motor te starten, vanwege de zware startstroom, zou de stroomtoevoer worden onderbroken.
Star-Delta Starten:
Een machine die is ontworpen voor sterdriehoekstart (in tegenstelling tot een machine die is ontworpen voor het starten van een directe lijn of het starten van een automatische transformator), laat de twee uiteinden van elke fase uit afzonderlijke terminals komen, wat een totaal van zes terminals voor het statorveld oplevert. Een schakelaar wordt vervolgens aangesloten op het circuit, zoals weergegeven in Fig. 11.8, zodat de statorveldverbinding kan worden gewijzigd door de positie van de schakelaar te wijzigen.
Het systeem werkt op deze manier - de apparatuur wordt opgestart met de stator in ster verbonden; wanneer de machine de volle snelheid heeft bereikt, wordt de schakelaar omgeschakeld, zodat de statorwindingen in een driehoek worden verbonden en de machine in de normale werking met een deltaconnectie loopt.
Voor elke gegeven veldwikkeling gebruikt de stroom wanneer de fasen in ster verbonden zijn minder (door
Startstroom is daarom ongeveer twee keer de volle belasting. Starten met ster-delta vermindert ook enigszins het startkoppel, maar het is misschien niet mogelijk om de motor bij volledige belasting te starten.
Tijdens het starten omdat de wikkeling tijdelijk in ster is verbonden, wordt de fasespanning verminderd tot
Deze startmethode is goedkoop en effectief, zolang het startkoppel niet ongeveer 50 procent van het koppel met volle belasting hoeft te overschrijden. Het kan worden gebruikt voor werktuigmachines, pompen enz.
Statorweerstandstart: (SRS) :
Zoals we weten van de principes van inductiemotoren, varieert de output en het koppel voor een gegeven slip als het kwadraat van de aangelegde spanning. Daarom betekent elke vermindering van de aangelegde spanning de gelijktijdige vermindering van het startkoppel.
En dit principe wordt gevolgd bij het starten van de statorweerstand door drie-fase externe weerstandseenheden in serie te verbinden met de statorterminal. Fig 11.8 (a) toont de eenvoudige schakeling voor dit type starten.
Wanneer de ingangsspanning van de stator wordt verlaagd (door de externe statorweerstandseenheid aan te passen) van zijn normale waarde, bijvoorbeeld, tot de fractie x, zullen de nullast- en kortsluitstromen in bijna dezelfde proportie worden gewijzigd. Maar de hoofdflux die, over het bereik van normale belastingen, ongeveer constant is, wordt bepaald door de aangelegde spanning en zal aanzienlijk verminderen in verhouding tot de verlaagde spanning.
De magnetiseringsstroom zal op vergelijkbare wijze worden verminderd, zolang het magnetische circuit niet sterk verzadigd is. Bovendien zijn de kernverliezen evenredig ruwweg aan het kwadraat van de fluxdichtheid, en bijgevolg aan de spanning; de actieve component van de nullaststroom zal worden verlaagd in verhouding tot de spanningsval.
Terwijl de kortsluiting wordt veroorzaakt door het quotiënt van toegepaste spanning en kortsluitimpedantie, zal er een nauwkeurige benadering zijn van een lineaire functie van de geleverde spanning. Daarom zal, als de startstroom wordt verminderd met een fractie, bijvoorbeeld x, van de normale waarde, het startkoppel ook verminderen met x 2 van zijn normale waarde.
Auto-Transformer Starter:
De startstroom kan ook worden verminderd door twee autotransformators in 'V' te verbinden over de drie fasen van de statorwikkeling, zoals weergegeven in figuur 11.9. De auto-transformatoren hebben als effect dat de spanning die wordt uitgeoefend op de statorwikkeling wordt verminderd, zodat de initiële stroom van de motor wordt verlaagd.
Wanneer de machine op volle snelheid nadert, worden de automatische transformatoren uitgeschakeld, zodat de volledige voedingsspanning vervolgens op de stator wordt toegepast. Ook hier wordt het startkoppel tot op zekere hoogte verminderd. Fig. 11.9 laat zien dat de auto-transformator wordt gebruikt om de fasespanning te verlagen tot de fractie x van de normale waarde. De motorstroom bij het starten is dan I s = xl sc en het startkoppel T s = X 2 T sc
Dit is precies hetzelfde als het geval van het plaatsen van weerstand in het statorcircuit om de spanning te verminderen. Maar in deze methode heeft het voordeel dat de spanning wordt gereduceerd door de transformator, niet door de weerstand.
6. Slipring inductiemotoren:
Slipring-inductiemotoren werken volgens hetzelfde inductieprincipe als de eekhoornkooimotoren. Ze verschillen echter van eekhoornkooimotoren in de vorm van een rotor en in de startmethode. In tegenstelling tot kooimotoren, kan de snelheid van de sleepringmotor worden geregeld.
Over het algemeen worden slipmotoren gebruikt voor zware toepassingen, zoals het aandrijven van grote compressoren en hoofdhaulages, waarbij een hoog vermogen en een nauwkeurige regeling van de startstroom essentieel zijn. Zelfs bij motoren met hoofdwikkelaars worden sleepringmotoren gebruikt.
De stators van de sleepringmotoren zijn dezelfde als die van eekhoornkooimotoren, maar de rotor van een sleepringmotor bestaat uit een driefasewikkeling gevormd uit koperen geleiders en geplaatst in een gelamineerde zachte ijzerkern.
De geleiders en de wikkelingen zijn geïsoleerd van elkaar en van de kern en de hele isolatie is geïmpregneerd met speciale vernis van elektrische kwaliteit. Eén uiteinde van elke fase-wikkeling is verbonden met een sterpunt binnen de rotor, de andere uiteinden van de wikkelingen worden naar drie slippen gebracht die op de rotoras zijn gemonteerd.
De rotor-sleepringen zijn verbonden met drie terminals via drie sets borstels. Een startereenheid, verbonden met de terminals, voltooit het rotorcircuit extern.
De startereenheid bestaat uit drie variabele weerstanden die in ster zijn verbonden. Het is verbonden met de drie sleepringterminals zodat elke fase van de rotorwikkeling variabele weerstand in serie daarmee heeft, zoals getoond in Fig. 11.10.
De weerstand van het rotorcircuit kan daarom worden gevarieerd door een externe besturing. Om de motor te starten, worden de weerstanden op hun hoogste waarde ingesteld. Wanneer de toevoer naar de statorwikkeling wordt ingeschakeld, start de motor langzaam met een hoog koppel en relatief lage statorstroom.
De weerstanden worden progressief verminderd, waardoor de motor kan versnellen, totdat de drie klemmen in feite kortgesloten zijn en de motor op volle snelheid draait. Een sleepringmotor kan worden gemaakt om onder zijn maximumsnelheid te lopen door delen van de externe weerstanden in serie te laten met de rotorwikkelingen.
De werkelijke snelheid van de motor zal afhangen van de belasting die wordt aangedreven en de hoeveelheid weerstand die in het circuit wordt achtergelaten. Controle over een aanzienlijk bereik van snelheden is mogelijk met deze methode, maar er moet op worden gelet wat betreft de eigenschappen van de koppelsnelheid van de motor, anders kan de motor worden beschadigd.
Kortsluituitrusting:
Een motor die bedoeld is om continu met één snelheid te draaien, zoals een motor die een compressor aandrijft, is soms uitgerust met een mechanisme voor het kortsluiten van de sleepringen, zodat het rotorcircuit binnen de machine kan worden voltooid. De borstels kunnen tegelijkertijd worden opgetild, zodat de slijtage van de borstels tot een minimum wordt beperkt.
Als een machine is uitgerust met een kortsluitschakelaar, wordt de starter alleen tijdens de werkelijke startperiode aangesloten op de rotor zoals weergegeven in Afb. 11.10. Wanneer de motor op snelheid is gebracht, wordt de kortsluitschakelaar bediend, meestal door middel van een hendel aan de zijkant van de sleepringbehuizing, en de motor loopt dan als een intern verbonden machine.
Krachtfactor:
Alle eekhoornkooi- en slipring-inductiemotoren draaien op een vermogensfactor die achterblijft. Inductiemotoren die op vollast werken, hebben doorgaans vermogensfactoren tussen 0, 8 en 0, 9, afhankelijk van het ontwerp van de machine. Als een motor minder dan zijn volledige belasting aandrijft, neemt de arbeidsfactor af, bij minder dan de helft van de belasting kan deze tot 0, 5 of ergens zelfs lager dalen.
7. Synchrone motoren gebruikt in mijnen:
Net als een inductiemotor bestaat een synchrone motor ook uit een stator met een rotor erin. De stator is, net als die van een inductiemotor, zodanig gewikkeld dat, wanneer aangesloten op een driefasige wisselstroomtoevoer, een roterend veld wordt geproduceerd. De rotatiesnelheid hangt af van de frequentie van de voeding en het aantal polen in het veld.
De rotor heeft echter, anders dan die van een inductiemotor, een excitatiewikkeling die wordt bekrachtigd door een gelijkstroomtoevoer. De toevoer wordt toegevoerd door borstels die op twee sleepringen rusten, en de rotor wordt zodanig gewonden dat een stabiel gepolariseerd veld met hetzelfde aantal polen als het statorveld wordt geproduceerd.
Wanneer nu het statorveld wordt bekrachtigd door een driefasige wisselstroomvoeding en de rotor wordt gevoed door een gelijkstroomvoeding, wordt elke pool van de rotor aangetrokken door een tegenovergestelde pool van het roterende veld.
De polen van de rotor volgen daarom de corresponderende roterende polen, zodat de rotor met dezelfde snelheid roteert als het statorveld, dwz het roteert met synchrone snelheid en daarom wordt deze motor synchroonmotor genoemd. De snelheid van dit type motor is echter onveranderlijk.
Beginnend:
Een synchrone motor kan als zodanig niet zelfstandig starten omdat deze geen startkoppel produceert. Het koppel wordt feitelijk alleen geproduceerd wanneer de rotorpolen de polen van het roterende veld volgen, zodat; voordat de motor zijn belasting kan rijden, moet de rotor al ongeveer synchroon lopen. Om een synchrone motor te starten, moet een methode worden gebruikt om deze op snelheid te brengen voordat de rotor van stroom wordt voorzien.
Er zijn verschillende methoden gebruikt om synchrone motoren op gang te brengen bij het starten. Eén methode is om een kleine afzonderlijke inductiemotor te bouwen, een ponymotor op de hoofdas, maar deze methode wordt nu zelden gebruikt. De meeste synchrone motoren die in de mijnen worden gebruikt, hebben een wikkeling die is opgenomen in de hoofdrotor, zodat deze als inductiemotor kan worden gebruikt, gebruikmakend van het hoofdveld.
De drie soorten synchrone motoren die het meest in gebruik zijn bij kolenmijnen, zijn de synchrone inductiemotor, de synchrone motoren en de synchrone motoren. In feite onderscheiden deze zich door de manier waarop ze worden opgestart.
Synchrone inductiemotor:
Eén type synchrone inductiemotor heeft een rotor met twee wikkelingen. Eén wikkeling is de bekrachtigingswikkeling die via twee sleepringen met de gelijkstroomvoeding is verbonden. De andere wikkeling is een driefasige inductiewikkeling die via drie verdere sleepringen is verbonden met de startweerstanden. De motor heeft daarom vijf sleepringen, zoals weergegeven in Fig. 11.11 (a).
De motor wordt gestart als een slipring-inductiemotor, met startweerstanden. Wanneer de motor tot ongeveer synchrone snelheid is opgelopen, wordt de voeding van de gelijkstroombekrachtiger ingeschakeld en wordt de inductiewikkeling open geschakeld.
Bij een ander type synchrone inductiemotoren heeft de rotor een driefasige wikkeling met drie sleepringen. De motor wordt gestart als een sleepringmachine met behulp van 7 startweerstanden. Als de motor de synchrone snelheid nadert, wordt de voeding van de gelijkstroombekrachtiger ingeschakeld en is de inductiespoel open.
Bij sommige motoren worden slechts twee sleepringen gebruikt door de voeding van de excitator, waarbij één fase van de rotorwikkeling niet functioneert. Als alternatief worden in andere motoren alle drie de sleepringen gebruikt, waarbij twee fasen van de wikkelingen parallel zijn en de derde in serie zoals getoond in figuur 11.11 (b).
Auto synchrone motor:
Een automatische synchrone motor lijkt op een synchrone inductiemotor, behalve dat hij is ontworpen om de noodzaak van schakelen te elimineren wanneer de motor de normale loopsnelheid nadert. De rotorwikkeling is permanent verbonden met de excitor via de sleepring en borstels.
De motor start als een inductiemotor, waarbij het rotorcircuit is voltooid via de gelijkstroomgenerator. Terwijl de motor snelheid verzamelt, stroomt er gelijkstroom in de rotorwikkeling naast de geïnduceerde wisselstroom. Wanneer de rotor synchrone snelheid bereikt, worden er geen stromen in de rotor geïnduceerd, omdat er geen relatieve beweging is tussen het veld en de rotor.
Kooi synchrone motor:
De rotor van dit type heeft alleen de bekrachtigingswikkeling die naar de sliprings is gebracht, maar er is ook een vorm van kooi ingebed in de rotorkern. De motor wordt gestart als een kooimotor. Wanneer de motor de synchrone snelheid nadert, wordt de gelijkstroomtoevoer ingeschakeld.
Wanneer de motor loopt, werkt de kooi als een demperwikkeling en wordt elke "jacht" voorkomen, dat wil zeggen kleine variaties in de motorsnelheid die trillingen kunnen veroorzaken. Auto-transformator starten wordt meestal gebruikt, maar sommige machines van dit type worden gestart door directe online-schakelaars.
Excitatiecircuit:
De bekrachtigingsstroom voor de rotor wordt meestal verkregen door een kleine bekrachtigingsgenerator die op dezelfde as als de rotor is gemonteerd en een integraal onderdeel van de machine vormt. De enige externe voeding die nodig is, is daarom de normale hoofdvoeding.
Een besturingseenheid is verschaft, die het mogelijk maakt de stroom die in de rotorwikkeling stroomt te variëren. Voor elke gegeven belasting is een bepaalde minimale bekrachtigingsstroom vereist. Het koppel dat de motor kan produceren hangt af van de sterkte van het rotorveld. Als dit veld te zwak is, zal het onvoldoende draaimoment ontwikkelen om de belasting te besturen en als gevolg daarvan een blokkering optreedt.
Krachtfactor:
Bij minimale bekrachtiging werkt de motor met een lage naijlingsfactor, tussen 0, 6 en 0, 8, afhankelijk van de belasting en het ontwerp van de machine. Als de bekrachtigingsstroom wordt verhoogd tot boven het minimum dat nodig is om de belasting aan te drijven, blijven het toerental en het koppel constant, maar verbetert de arbeidsfactor.
Bij een bepaalde waarde van excitatiestroom wordt een eenheidsvermogensfactor bereikt. Als de excitatiestroom nog verder wordt verhoogd, ontwikkelt zich een leidende arbeidsfactor, en van daaruit wordt het leidende vermogen lager naarmate de bekrachtigingsstroom toeneemt. Door zware overmatige bekrachtiging kan een synchrone motor werken met een leidende arbeidsfactor zo laag als 0, 6 of minder.
Toepassingen:
Vanwege hun moeilijke starteigenschappen en het feit dat hun snelheid onveranderlijk is, worden synchrone motoren alleen gebruikt waar een continue aandrijving met constante snelheid is vereist.
Bij kolenmijnen worden synchroonmotoren vaak gebruikt voor het aandrijven van de hoofdwikkelaar, hoofdventilator en voor het aandrijven van compressoren voor zwaar werk. Vanwege hun vermogen om op een leidende vermogensfactor te werken, bieden deze motoren een methode voor correctie van de vermogensfactor voor het elektrische systeem van de mijn.
8. Isolatieweerstand van een inductiemotor:
Inspectie en onderhoud van wisselstromen op regelmatige intervallen is het meest essentieel als een mijn soepel moet werken. De werking van de standaard routinedienst wordt hieronder gegeven. Niet al deze bewerkingen kunnen echter in-bye of kolengezicht worden uitgevoerd, dat wil zeggen binnen de mijn, en om deze reden worden motoren die ondergronds worden gebruikt aan de kolenmantel of in de poort periodiek naar de oppervlakte gebracht voor een grondige revisie.
Het onderhoudsschema voor elke afzonderlijke motor die de controlefrequenties vermeldt en de controles die bij elke gelegenheid moeten worden uitgevoerd, moeten worden voorbereid door de elektricien van de mijn, rekening houdend met het belang en de prestaties van elke machine. En dit moet strikt worden gevolgd door het management, evenals door de elektriciens en operators en de ingenieurs.
Inspectie van isolatieweerstand:
In het geval van een eekhoornkooi-inductiemotor, moet de isolatie van de statorwikkeling en in het geval van een inductormotor voor slipring, de isolatieweerstand van de rotor en ook van de sleepring van tijd tot tijd worden geïnspecteerd. Dit interval moet worden bepaald door de elektrische ingenieur van de mijn, rekening houdend met de operationele omgeving en prestaties van de motoren. Over het algemeen is het interval om de twee maanden.
Als richtsnoer moet echter regelmatig aandacht worden besteed aan de volgende gebieden:
Toestand van de motor door binnendringen van vuil:
(1) Steenkoolstof en vochtafzetting moeten regelmatig worden gecontroleerd.
(2) Er moet worden gekeken naar krimp van de isolatie die de neiging heeft om de wikkelingen los te maken in hun sleuven.
Remedie:
(i) Op gezette tijden moet de motor worden gereinigd door warme en droge lucht of door backing of door verwarming met gloeilampen met een hoog wattage.
(ii) De wikkeling moet worden ontdaan van vocht.
(iii) Na deze operatie moet de wikkeling gedroogd, gevernist en daarna gebakken worden bij 90 ° tot 100 ° C gedurende minimaal 6 tot 8 uur.
(3) Gebarsten en versleten lak zal de isolatie kwetsbaar maken voor het binnendringen van vuil en vocht.
Remedie:
De kronkeling moet goed worden gebakken en vervolgens worden gevernist.
(4) Veroudering of slijtage van de isolatie, kabels, sleepringen, lagers, aansluitblokken en staven moeten worden gecontroleerd.
Remedie:
Oude en versleten isolatieleidingen, sleepringen, lagers en aansluitingen moeten worden vervangen.
(5) Een teken van wrijving tussen rotor en stator en de oorzaak hiervan moet worden opgemerkt.
Remedie:
Lagering moet worden vervangen en / of eindbeugels met versleten of beschadigde lagerbehuizing moeten worden vervangen door nieuwe.
(6) Bovenal moet een overzicht van de testresultaten van de isolatieweerstand regelmatig worden bewaard.
Belangrijke test:
(1) De isolatieweerstand tussen de statorwindingen en de aarde wordt periodiek getest met behulp van standaardisolatieweerstandtests, zoals Megger of Metro. De waarde van opeenvolgende tests wordt geregistreerd, zodat elke neiging van de isolatie om te verslechteren kan worden opgemerkt.
Als de fasen van de statorwikkeling niet intern met elkaar zijn verbonden, dwz als er zes leidingen naar de stator zijn, kan de isolatieweerstand tussen elk paar fasen ook worden genomen en geregistreerd. In het geval van een motor met wondrotor wordt de isolatieweerstand tussen de sleepringen en de rotoras gemeten en geregistreerd.
(2) Op gezette tijden is het raadzaam om de weerstand van de wikkelingen te controleren wanneer de stator intern is verbonden, dat wil zeggen, in dat geval zijn er drie kabels, de weerstand tussen elk paar leads wordt vastgesteld met een directe aflezing ohm meter.
Als de stator echter zes leidingen heeft, wordt de weerstand van elke fase gevonden door te testen tussen de twee uiteinden van elke wikkeling. In beide tests moeten de drie verkregen resultaten ongeveer gelijk zijn. De makers vermelden meestal de waarde in hun testcertificaat. De gemeten weerstand moet gelijk zijn aan die waarde. Door deze test kan in de verbinding een korte of zelfs een defect ontstaan.
