Sähkömoottorin käynnistysvirta

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Sähkömoottoreiden käynnistyksestä tiedetään, että moottorin käynnistyessä käynnistysvirta on 5-7 x moottorin nimellisvirta. Mutta mistä tulee tämä arvo 5-7xIn? Arvatenkin ne ovat kokeellisesti todettuja arvoja, joita käytetään yleisesti käynnistysvirran laskennassa, mutta minä haluaisinkin nyt tietää, mistä nämä arvot johtuvat. Joku laskukaavakin olisi kiva havainnollistamaan asiaa.

Lähes kaikkivoipa ABB:n TTT-kirja ei kertonut tähän vastausta, vaan kertoi ne samat mitä jo tiesinkin: Käynnistymisvirta on aina sama eikä riipu kuormasta ja se on 5-7xIn.

Minulla on mielessäni mahdollisia syitä tälle ilmiölle, mutta nyt kaipaisin oikeaa faktaa asiasta.
1) Luku on jonkinlainen sähkömoottorinrakennuksen standardi, jolla moottorin nimellisvirta mitoitetaan moottorin maksimivirtaan nähden.
2) Moottorin käynnistyessä jännitteenalenema on niin suuri, että moottorin pyrkiessä pitämään tehonsa yllä, nousee virta laskenutta jännitettä kompensoidakseen. Mutta tästä taas kumpuaa kysymys, mistä johtuu, että jännitteenalenema mitoittuu aina niin, että moottorin käynnistysvirta on se 5-7xIn?

Sivut

Kommentit (17)

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005

Kun moottori ei vielä pyöri, määrää virran käämien ja ankkurin muodostama impedanssi. Eli siinä on induktiivista reaktanssia ja resistanssia. Normaali I=U/Z on siis siinä voimassa. Sen verran voisivat kouluja enempi käyneet valottaa että tapahtuuko oikosulkumoottorissa myös magneettipiirin kyllästyminen käynnistyksessä. MUTU tosin antaa olettaa että suurehko ilmaväli roottorin ja staattorin välissä estää tämän. Muistaisin myös ettei laskelmissa oleteta tapahtuvaksi merkittävää virran vääristymistä, joka kertoisi kyllästymisestä. Suurimman osan virrasta määrää roottoripiiri. Sehän on tavallaan muuntajan toisio ja paikallaan se on lähes oikosuljettu toisio. Liukurenkailla siihen voidaan järjestää lisää vastusta, jolloin käynnitys tehdään esimerkiksi kaksinkertaisella nimellisvirralla.

Kuorma ei vaikuta, koska kone on vielä pysähtyneenä. Heti pyörinnän alkaessa alkaa systeemissä vaikuttaa vasta-SMV, joka pienentää tuohon käynistysimpedanssiin vaikuttavaa jännitettä. Eli maksimivirta on kytkentähetkellä.

Mistään verkon jänitteen alenemasta ei ole kyse. Moottorin arvot annetaan nimellisarvoissa. Mutta toisaalta huono sisäinen verkko voi antaa mahdollisuuden käynnistää isojakin moottoreita ilman liiallista välkyntähäiriötä muualla kuin laitoksen verkostossa. Moottorin koko suorassa käynnistyksessä ei ole kuin muutama kymmenen kW ja sitä ei käytännössä saa käynnistää enää suoraan välkyntähäiriön takia. Esimerkiksi nostureissa on moottoreita 20 kW luokassa. Niissä käytetään joko liukurengasroottoreita vastuksin tai taajuusmuuttajia.

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Vierailija

En kyllä mikään ammattilainen ole, mutta...

Moottorihan on kuin pyörivä muuntaja, myös moottorissa tuota magneettipiirin kyllästymistä tapahtuu. Pyörrevirrat hidastavat vuon syntymistä ja täten vaimentaa käynnistysvirtaa.

Moottorin käynnistysvirta on vaimennuksesta johtuen luokkaa 1,4 ... 1,9 kertaa moottorin oikosulkuvirta, kertoimen 2 ollessa teoreettinen maksimi.

Vierailija
JPhase
Sähkömoottoreiden käynnistyksestä tiedetään, että moottorin käynnistyessä käynnistysvirta on 5-7 x moottorin nimellisvirta.



Toimii havaintojeni mukaan skaalasta riippumatta. 1000 r/min 75kW 1:1 välityksellä vasaramurskainta pyörittävä moottori ottaa startissa hieman yli 500A. Roar. Ensimmäisessä startissa sormet ristissä, kolminkertainen double-check ja tiukkaa uskoa siihen että pehmokäynnistimen ruudussa vilistävät lukemat ovat iihan normaaleja. Ei suoraa näköyhteyttä koneeseen ja kun vasaramurska pitää startissa ominaista, hienomekaanista kilahteluaan, Pergolaattorin sulkijalihaksella oli töitä pitää lounaan jäänteet oikeassa paikassa.

En itse asiassa tiedä miten virta suhtautuu jännitteeseen pehmostartin kiihdytysrampin aikana eli onko ko. virta millä tavoin verrannollinen normaaliin starttivirtaan. No. Oli tarina kuitenkin.

-

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005
SShadow
En kyllä mikään ammattilainen ole, mutta...

Moottorihan on kuin pyörivä muuntaja, myös moottorissa tuota magneettipiirin kyllästymistä tapahtuu. Pyörrevirrat hidastavat vuon syntymistä ja täten vaimentaa käynnistysvirtaa.

Moottorin käynnistysvirta on vaimennuksesta johtuen luokkaa 1,4 ... 1,9 kertaa moottorin oikosulkuvirta, kertoimen 2 ollessa teoreettinen maksimi.




Siis mitä? 5-7x on tavallinen arvo suorassa käynnistyksessä. Liukurengasroottorilla operoitaessa on tuo 2 tavallinen arvo ainakin nosturikäytöissä.

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Vierailija
Paul M
SShadow
En kyllä mikään ammattilainen ole, mutta...

Moottorihan on kuin pyörivä muuntaja, myös moottorissa tuota magneettipiirin kyllästymistä tapahtuu. Pyörrevirrat hidastavat vuon syntymistä ja täten vaimentaa käynnistysvirtaa.

Moottorin käynnistysvirta on vaimennuksesta johtuen luokkaa 1,4 ... 1,9 kertaa moottorin oikosulkuvirta, kertoimen 2 ollessa teoreettinen maksimi.




Siis mitä? 5-7x on tavallinen arvo suorassa käynnistyksessä. Liukurengasroottorilla operoitaessa on tuo 2 tavallinen arvo ainakin nosturikäytöissä.

Arvelin pääseväni vähällä kun en selitä oikosulkuvirtaa toistamiseen kun sen niin hyvin jo kirjoitit

Tarkoitin siis että oikosulkuvirta suurenee luonnollisesti suuremmissa koneissa (paksummat käämit, pienempi resistanssi), ja reaktanssin suuruus riippuu myös moottorin tehosta.

Toisena komponenttina oikosulkuvirran lisänä laskelmissa on tuo magnetoituminen, moottorin rakenteesta riippuen edellisillä kertoimilla. Tuon kertoimen perusteita ei ole minulle tullut missään vastaan. Oikosulkuvirta + magnetoitumisvirta on sitten se käynnistymisvirta.

Kertauksena: Käynnistysvirran maksimi ei riipu kuormasta. Mutta käynnistysvirran palautumisaika nimelliseen virtaan pitenee kuorman suhteessa. Hitaat sulakkeet voivat kestää käynnistysvirran jos koneella ei ole kuormaa, mutta ylivirran pitkittyessä pitää sitten jo käyttää joko liukurengasmoottoria, tai sitten syöttää taajuusmuuttajalla moottoria. Onhan myös edelleen vanhat tähti-kolmio ja pehmokäynnistimet.

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005
JPhase
Luku on jonkinlainen sähkömoottorinrakennuksen standardi, jolla moottorin nimellisvirta mitoitetaan moottorin maksimivirtaan nähden.




Tuossa olet varmaankin oikeassa. Suojalaitteita olisi varsin hankala tehdä jos ei tuota asiaa olisi vakioitu. Käynnistysvirta on suunnittelussa ja rakenteessa helppo mitoittaa. Sen määrää roottorisauvojen resistanssi.

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005

Olisit voinut sen verran valottaa, jotta siinä on virta eri pyörimisnopeuksilla. Mutta eikös tuossa ole sulkeitten kanssa hieman häikkää?

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Vierailija

kokeillaas uudestaan. Eli täydellisestä vastinpiiristä laskettuna:
Is=U1v/R1+jX1+(1/jXm+1/((R2`/s)+jX2`))^-1

pilkulliset resistanssit ja reaktanssit ovat roottorin arvot redusoituna staattoriin. s eli suhteellinen jättämä on startissa 1.

((1-s)/s)*R2`=R2´/s=R2`/1

Voidaan myös laskea likimääräisestä vastinpiiristä, jolloin lopputulos ei ehkä yhtä tarkka.

Is=U1v/(1/jXm+1/(Rk+jXk))^-1

Rk=R1+R2`
Xk=X1+X2`

Starttivirta voidaan myös päätellä vääntömomentin avulla
koska T~I, esim startissa: kippimomenttikerroin*Tn=kippimomenttikerroin*In

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005
Paul M
Mistään verkon jänitteen alenemasta ei ole kyse. Moottorin arvot annetaan nimellisarvoissa. Mutta toisaalta huono sisäinen verkko voi antaa mahdollisuuden käynnistää isojakin moottoreita ilman liiallista välkyntähäiriötä muualla kuin laitoksen verkostossa. Moottorin koko suorassa käynnistyksessä ei ole kuin muutama kymmenen kW ja sitä ei käytännössä saa käynnistää enää suoraan välkyntähäiriön takia. Esimerkiksi nostureissa on moottoreita 20 kW luokassa. Niissä käytetään joko liukurengasroottoreita vastuksin tai taajuusmuuttajia.



Tiedän yhden nosturimallin, jossa on nostoissa noin 25 kW moottoreita 2 kpl ja ne käynnistetään suoraan verkkoon yhtä aikaa. Jakelumuuntajan ollessa alle 2...3 MW ei tuota nosturia saa käyttää, mikäli verkko on nosturille asti tukeva. Tulee nimittäin välkyntähäiriö suoraan jakelumuuntajan impedanssissa jo. Tuo tapaus on niin heikossa sisäisessä verkossa kiinni, että 900 kVA muuntaja sietää suoran käynnistyksen ja välkyntähäiriö ylittää rajat vain laitoksen pääkeskuksessa ja tietenkin koko laitoksessa. Nosturi itse tilttailee tämän tästä kun siirtomoottorien taajuusmuuttajat saavat alijännitteitä kun jännitehäviö on jopa 100 V käynnistysvirtapiikistä.

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Vierailija

Hyvää keskustelua aiheesta. Tuo Mardukin antama kaava olikin itseasiassa yllättävän tutun oloinen, joten katsoin vanhoista sähkömoottorikäyttöjen tuntien muistiinpanoista ja sieltähän se löytyi. Kumma, ettei aikaisemmin osunut silmään, kun tätä mietiskelin. Pitää varmaan illemmalla vähän laskeskella, jospa tämä 5-7xIn mysteeri selviäisi lopullisesti silloin.

Tässä vaiheessa voitaneen siis todeta, että käynnistysvirran suuruuteen vaikuttaa moottorin käämitysten impedanssi ja se on mitoitettu niin, että nimellispyörimisnopeuella virta tasoittuu sinne nimellisvirran tasolle.

Vierailija

Tuosta kaavasta ei kyllä pysty 5-7 -kertoimen määräytymistä päättelemään. Reaktanssit ja roottorisauvojen resistanssi nollanopeudella ovat erilaiset kuin nimelliskäyttötilanteessa, kyllästymisestä ja pintaefektistä johtuen.
Samoin T~I pätee vain nimellisnopeuden tuntumassa, kippipisteen jälkeen.

Vierailija
JPhase
Lähes kaikkivoipa ABB:n TTT-kirja ei kertonut tähän vastausta, vaan kertoi ne samat mitä jo tiesinkin: Käynnistymisvirta on aina sama eikä riipu kuormasta ja se on 5-7xIn.



Tripla Teetä ei olekaan tarkoitettu teoriakirjaksi, vaan kyseessä on tiivistetty kokoelma kaavoja, lukuja ja muita faktoja mahdollisimman tiiviissä muodossa.

Sähkökoneet ja Muuntajat

3.2.4 Kolmivaiheoikosulkumoottori:

Kun edellä kuvatun staattorin sisälle asennetaan kuvan 3.2.4 mukainen oikosulkuroottori, saadaan siitä kolmivaiheoikosulkumoottori. Roottorin pintaan on upotettu kupari tai alumiinisauvat. Ne on päistään yhdistetty samasta johdinmetallista tehtyyn vanteeseen. Näin ne muodostavat ns. häkkikäämityksen, joka on oikosuljettu. Sauvat joutuvat staattorin aiheuttamaan magneettikenttään. Kentän vaihtelu aiheuttaa sauvoissa sähkömotorisen voiman E, jonka suuruus riippuu magneettivuon tiheydestä B, sauvan pituudesta l ja kentän kiertonopeudesta ns.

E = B * L * ns

Tämä jännite aiheuttaa sauvoissa virran, jonka suuruus on riippuvainen jännitteestä ja piirin resistanssista ja reaktanssista. Tämä virta aiheuttaa oman magneettikentän sauvan ympärille, josta syystä tämä pyrkii seuraamaan staattorin pyörivää kenttää. Roottori lähtekiin pyörimään. Jos roottori saisi saman nopeuden kuin staattorin kenttä, sen sauvat olisivat jatkuvasti samanlaisessa muuttumattomassa kentässä, eikä niissä enää syntyisi smv:tä. Roottori jää vähän jälkeen tahtinopeudesta ns. Syntyy jättämä, joka on roottorin todellisen nopeuden n ja tahtinopeuden ns erotus. Suhteellinen jättämä s on jättämän suhde ns:ään.

s = (ns - n) / ns

Jättämä on se nopeus, jolla magneettikenttä sauvojen ympärillä vaihtelee, ja joka määrää roottorijännitteen suuruuden. Staattori ja roottori muodostavat yhdessä kuin muuntajan, jonka muuntosuhde muuttuu jättämän mukaan.

3.2.5 Käynnistys ja kuormitus:

Moottorin käynnistyshetkellä roottori on vielä liikkumatta, jolloin jättämä on kaikkein suurin. Moottori ottaa silloin suurimman virtansa verkosta. Kun se pyörii kuormittamattoma, on jättämä ja virta silloin pienimmissä arvoissaan. Kun jarrutamme, eli kuormitamme moottoria, suurenee jättämä ja virta. Virta suurenee staattoripiirissä ja roottoripiirissä. Virtojen kasvusta seuraa lisääntynyt lämpeneminen, joka määrääkin rajan moottorin kuormittamiselle.

----------

3.2.8 Käynnistäminen:

Oikosulkumoottori ottaa käynnistyshetkellä nimellisvirtaan verrattuna 4...7 kertaisen virran. Virtahuipun kestoaika on ilman kuormitusta käynnistettävällä moottorilla n. 1 s, kuvassa 3.2.8.1 on se merkitty t1. Kuormitettuna se kasvaa arvoon t2, joka saattaa olla kymmeniäkin sekunteja, kuormituksen laadusta riippuen. Alkuvirta sensijaan on aina sama, kuten kuvakin osoittaa. Käynnistysvirtaa on pakko rajoittaa joillakin tavoin.

(kuvassa 3.2.8.2 on poikkileikkaukset kahdesta roottorin sauvasta, joista vasemman puoleinen on muotoiltu kapeaksi, mutta korkeaksi ja oikeanpuolimmainen koostuu kahdesta erillisestä sauvasta joista syvemmällä oleva on suurempi)

Käynnistysvirtaa voidaan pienentää rakennemuutoksilla, kun muotoillaan roottorin sauvat tai jaetaan ne kahdeksi päällekkäin olevaksi, kuten kuvassa 3.2.8.2 on tehty. Roottorivirran taajuus pienenee jättämän pienentyessä, koska pyörivä kenttä harvemmin pyyhkäisee sauvojen yli. Käynnistyshetkellä on suuri taajuus. Se vaikuttaa hajakentän lisääntymiseen uran pohjalla. Siitä johtuen pohjalla olevassa sauvassa tai sauvan osassa on suurempi reaktanssi. Siksi virran suurin osa käyttää uran pinta-osassa olevaa osaa, ja tämä rajoittaa virtaa sauvassa. Pyörimisnopeuden kasvaessa taajuus pienenee ja virta jakautuu tasaisemmin sauvoille. Virran rajoittuessa rajoittuu myös vääntömomentti käynnistäessä, mutta se pysyy oikosulkumoottorilla riittävänä tässäkin rakenteessa. Normaalin pyörimisnopeuden momenttiin se ei vaikuta.




Tulikin kirjoitettua vähän pitempi sitaatti kuin oli tarkoitus... Konekirjoitustaidon huono puoli on siinä, että tekstiä syntyy äkkiä liikaa... Noh, kerran kun tuo on jo kirjoitettu, niin olkoot siinä, ehkä siitä on apua.

Vierailija

Eikös moottorinvalmistajat ilmoita taulukoissaan eri ajotilojen reaktanssit..nojoo, en silti väitä että kyseisillä kaavoilla ratkeaisi tuo 5-7 kertainen starttivirta, mutta kokeilla sopii.

Vierailija

Joo varmaan voi ilmoittaa mutta silloinhan ei kaavasta selviä että mistä johtuu nimenomaan starttivirran ja nimellisen suhde.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat