...
Tasavirtamoottorin momentti
Tasavirtamoottorin yhtälöthän ovat varsin yksinkertaiset. Jos kyllästymistä ei tapahdu, voimme esimerkiksi kirjoittaa:
- Kirchhoffin jänniteyhtälö: Va = Ra*Ia + E. Va on ankkurijännite, Ra on ankkurivastus ja Ia ankkurivirta. E on ankkuriin kehittyvä vastajännite.
- E = Kb*ω, missä Kb on vastajännitteen kerroin ja ω roottorin kulmataajuus, Kb = Kc*Fii. Kc on vakio ja Fii on koneen vuo.
- T = Kt*Ia, missä Kt on momenttikerroin. Uskomatonta kyllä, Kt = Kb (= Kc * Fii).
Yllä oleva tasavirtamoottorin käyrästö voisi näyttää selkeämmältä, jos x-akselilla olisi vaikka ω tai Ia.
Synkronimoottorin momentti
The maximal torque, as a function of the rotational frequency, has a simple form as seen in the figure below. With constant supply frequency there is torque only at corresponding rotational speed, if the maximal torque is not exceeded. If exceeded the motor drops from pace but starts again to work properly when the load has been reduced sufficiently.
Kiinteällä sähköisellä syöttötaajuudella maksimimomentilla on yksinkertainen piikkimäinen muoto, kuten on esitetty alla olevassa kuvassa, jos maksimimomenttia ei ylitetä. Jos maksimi momentti ylitetään, putoaa moottori tahdista ja pitää tahdistaa uudelleen, kun kuormamomenttia on riittävästi pienennetty.
Jos haluat synkronisen moottorin kehittävän saman momentin eri nopeuksilla kun roottorivirta pidetään vakiona, tulee suhde VS/ω pitää vakiona, sillä moottori noudattaa seuraavia yhtälöitäIf you want your synchronous motor to develop the same torque with different speeds and constant stator current, you must keep the ratio VS/ω constant, for the motor obeys the following equations:
ΨS = VS/jω,
T = iR x ΨS.Here ΨS is the
rotating flux linkage or winding flux, VS the stator supply voltage, ω the angular velocity of the rotor, T the machine torque and iR the rotor current, which is considered to be constant. - So, if you want more speed, ω, you must add voltage, also, if you want the torque to remain in the old valueTässä ΨS is on staattorin pyörivä käämivuo (flux linkage), VS on staattorin syöttöjännite, ω on sähköinen kulmataajuus (ω = Np*ωs eli napaparimäärä kertaa synkrooninen kulmataajuus, synkronimoottorille jatkuvassa tilassa pyörimisnopeus on ωm = ωs), T on koneen momentti ja iR on koneen roottorivirta (magnetointi-), mikä katsotaan tässä vakioksi. - Niinpä jos halutaan lisää nopeutta ωm, pitää myös lisätä jännitettä, jos momentti halutaan pitää vanhassa arvossaan.
When changing the frequency of the power supplied to an Kun muutetaan AC-motor, the ratio of the applied voltage to the applied frequency moottorin taajuutta, pidetään syöttöjännitteen ja taajuuden suhde (V/Hz) is generally maintained at a constant value until the maximum of supply voltage is reached. Operation at a constant voltage (maximum voltage), above the so called base speed, provides reduced torque capability yleensä vakiona kunnes saavutetaan maksimi käyttöjännite. Tämän rajan yläpuolella vakio jännitteellä (maksimijännite) toimiminen tarjoaa rajoitetun momentin (reduced V/Hz) and constant power capability. The frequency or speed in which constant voltage operation begins is called the ja vakiotehon. Nopeutta, jolla vastajännite on syöttöjännitteen suuruinen, kutsutaan perusnopeudeksi (base frequency or speed, see Figure below), katso kuvaa alla. Toiminta perusnopeutta suuremmilla nopeuksilla on mahdollista ns. kentänheikennysmenetelmällä, jos kenttää (magnetointi-kenttä, ei siis ankkurikenttä) ei ole tehty kestomagneeteilla.
Induktiomoottorin momentti
Kuvassa alla on induktiomoottorin momentti, T, roottoritaajuuden eli roottorin jättämätaajuuden, ωR, funktiona. ωRh on niin sanottu kippitaajuus eli kulmataajuus, kun momentti on suurimmillaan (x=1). Tästä kuvasta nähdään, että kun moottori pyörii hitaasti (x=5), on momentti pieni. Tällaista moottoria ei voi siis käynnistää suurella kuormalla. Käynnistysmomentti, Tstart, noudattaa seuraavaa lauseketta:
Tässä Isc on käynnistys- eli oikosulkuvirta (short circuit current), R'Sr(start) on roottorivastuksen staattoriarvo käynnistyksessä, w1 on sähköinen- eli syöttötaajuus ja pN on napapariluku. Roottorin käynnistysmomenttia voidaan kuitenkin kasvattaa roottorivastusta kasvattamalla, ja samalla siirtyy kippimomentti matalammalle taajuudelle.
Tavallisesti roottorin käämitys tehdään automaattisesti säätyväksi siten, että käynnistyksen aikana momentti on suurempi, katso kuva alla, mutta suurella nopeudella kippimomentti siirtyy suuremmalle pyörimisnopeudelle (katso kuva yläpuolella), jolloin moottorin jättämä pienenee ja näin nopeus kasvaa lähemmäs synkronista nopeutta.
Tällainen käyttäytyminen saadaan aikaan tekemällä häkkikäämityksen johtimien poikkileikkaukset korkeiksi moottorin säteen suunnassa tai suorastaan kahdesta erillisestä rinnakkain kytketystä johtimesta (sauva), katso kuva alla vasemmalla. Oikealla puolella nähdään, miten kaksijohtimisuus muuttaa roottorin sijaiskytkentää. Käynnistyksessä jättämä- eli roottoritaajuus on suuri, mikä aiheuttaa virran siirtymisen ulompaan johtimeen. Tämä ilmiö voidaan selittää virran pakkautumisen avulla (skin effect).
Kokeellisesti todettu hajareaktanssien jakautuma induktiomoottoreissa, IEEE Standard 112.
Moottoriluokka | Kuvaus | X1 | X2 |
---|---|---|---|
A | Normaali käynnistysmomentti, normaali käynnistysvirta | 0,5 | 0,5 |
B | Normaali käynnistysmomentti, matala käynnistysvirta | 0,4 | 0,6 |
C | Korkea käynnistysmomentti, matala käynnistysvirta | 0,3 | 0,7 |
D | Korkea käynnistysmomentti, Suuri jättämä s | 0,5 | 0,5 |
Käämitty roottori | Suorituskyky vaihtelee rottorivastuksen mukaan | 0,5 | 0,5 |