Einsatz von Induktionsmotoren in Minen (mit Diagramm)

Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, erfahren Sie Folgendes: 1. Induktionsmotoren in Minen 2. Prinzip des Induktionsmotors in Minen 3. Induktionseffekt im Rotor 4. Starten des Induktionsmotors 5. Startgeräte für Induktionsmotoren 6 . Slipring-Induktionsmotoren 7. In Minen verwendete Synchronmotoren 8. Isolationswiderstand eines Induktionsmotors.

Inhalt:

  1. Induktionsmotoren in Bergwerken
  2. Prinzip des Induktionsmotors in Bergwerken
  3. Induktionseffekt im Rotor
  4. Starten des Induktionsmotors
  5. Startgeräte für Induktionsmotoren
  6. Slipring Induktionsmotoren
  7. Synchronmotoren in Minen
  8. Isolationswiderstand eines Induktionsmotors


1. Induktionsmotoren in Bergwerken

In Bergwerken werden Induktionsmotoren meistens in einem druckfesten Gehäuse eingesetzt. Abgesehen vom Gehäuse ist die Leistung der Induktionsmotoren gemäß der jeweiligen Konstruktion die gleiche wie die der anderen Motoren. Wir wissen aus Erfahrung und Wissen, dass unter den Induktionsmotoren die Käfigtypen die einfachsten aller Elektromotoren sind.

Induktionsmotoren bestehen nur aus zwei Teilen. Einer ist der Stator, eine stationäre Wicklung, die mit der Versorgung verbunden ist, und der andere ist ein Rotor, eine rotierende Wicklung, die sich innerhalb des Stators dreht und die Last antreibt.

Die Käfigläufermotoren können so ausgelegt werden, dass sie mit ein- oder dreiphasiger Versorgung betrieben werden können. Ein dreiphasiger Induktionsmotor läuft unter Last an, sobald die Versorgung eingeschaltet wird. Starter werden nur verwendet, wenn der Startstrom reduziert werden muss.

Aufgrund ihrer Einfachheit werden Käfigläufermotoren häufig in Bergwerken und auch in anderen Industrien eingesetzt. Sie werden unterirdisch verwendet, um Bohrmaschinen und Kohleschneider anzutreiben. Lader, Förderer und Fördermittel, und sie können auch in Pumpen, Hilfslüftern und kleinen Kompressoren verwendet werden.

Der Stator besteht aus einem Hohlzylinder, der aus Weicheisen-Laminat aufgebaut ist. Das Innere des Zylinders ist geschlitzt, um die Leiter einer Dreiphasenwicklung aufzunehmen. Die Leiter der Wicklung sind voneinander isoliert und die gesamte Isolierung des Stators ist ordnungsgemäß mit Lack oder Kunstharz besonderer elektrischer Qualität imprägniert, um das Eindringen von Feuchtigkeit, Schmutz und anderen Fremdpartikeln zu verhindern.

Der Kern und die Spule sind in einem Stahl- oder Gusseisenjoch gearbeitet. Fig. 11.1 (a) zeigt eine Skizze eines Stators.

Die Abb. 11.1 (b) zeigt eine Skizze eines Käfigläufers. Der Rotor besteht aus einem zylindrischen Käfig aus Kupferstäben oder Aluminiumstäben (bei kleinen Motoren gegossen) und ist an jedem Ende durch einen Kupfer- oder Messingring kurzgeschlossen, wodurch er die Form eines Käfigs erhält. Deshalb werden die Induktionsmotoren auch als Käfigläufermotoren bezeichnet, da sie wie Käfighörnchen aussehen.

Alternativ kann der gesamte Käfig in einem Stück aus einer Aluminiumlegierung gegossen werden. Der Käfig befindet sich in einem zylindrischen Kern, der aus Weicheisenlamellen aufgebaut ist, der mit einer bereits ordnungsgemäß bearbeiteten Welle verkeilt ist. Der Rotor ist an jedem Ende der Welle durch Lager gelagert.

Sie ist so auf den Stator abgestimmt, dass zwischen der Oberfläche des Rotors und der Innenfläche des Stators ein sehr kleiner Luftspalt von wenigen Tausendstel Zoll (im Allgemeinen von 0, 015 bis 0, 028 auf jeder Seite variiert) vorhanden ist.

Für den effizienten Betrieb des Induktionsmotors insgesamt ist ein kleiner aber gleichmäßiger Luftspalt von grundlegender Bedeutung. In der Tat ist der Luftspalt so wichtig, dass der gesamte Motor seine Eigenschaften und seine Leistung ändert, wenn er nicht richtig bearbeitet wird.


2. Prinzip des Induktionsmotors in Bergwerken:

Wie alle anderen Elektromotoren erzeugt ein Käfigmotor eine mechanische Leistung durch das Motorprinzip, wie es durch die Reaktion der stromführenden Leiter im Rotor mit einem Magnetfeld beschrieben wird. Das bestimmende Merkmal eines Induktionsmotors ist, dass die Ströme in den Rotorleitern von demselben Feld induziert werden, mit dem sie reagieren.

Die Leistung und der Betrieb eines Induktionsmotors hängen von der Möglichkeit ab, ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, während die Wicklungen, die es erzeugen, stationär bleiben.

Ein solches Feld kann nur durch eine Wicklung erzeugt werden, die an eine Wechselstromversorgung angeschlossen ist, wohingegen, wenn ein Gleichstrom an eine Wicklung angelegt wird, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, die Position des Feldes im Raum vollständig durch die Position des Feldes bestimmt wird Wicklung. Das Feld kann nur durch Drehen der Wicklungen selbst gedreht werden.

Wir können den Stator eines Induktionsmotors so auslegen, dass er ein Drehfeld von zwei, vier, sechs oder einer beliebigen geraden Polzahl erzeugt, und dann hängt die Konstruktion der Wicklung von der erforderlichen Polzahl ab. Jede Phase der Versorgung ist mit einer Wicklung im Stator verbunden.

Die Wicklungen sind so ausgelegt, dass sie jeweils die erforderliche Polzahl ergeben und die Wicklungen entweder in Stern oder Dreieck miteinander verbunden sind. In der Sternformation sind die drei Enden der Wicklungen, die nicht mit der Versorgung verbunden sind, miteinander verbunden.

Die Wicklungen in jeder Phase sind so angeordnet, dass in jedem Halbzyklus ihrer Phase eine Hälfte der Wicklung Nordpole erzeugt, während die andere Hälfte Südpole erzeugt. Die Polarität jeder Wicklung kehrt sich bei jeder Halbwelle um.

Die Wicklungen sind um den Stator in der Reihenfolge der Phasen gleich beabstandet. Wicklungen erzeugen während des positiven Halbzyklus ihrer Phase einen Nordpol. Eine typische Anordnung der Wicklungen ist in Abb. 11.2 (a) schematisch dargestellt.

Fig. 11.2 (b) zeigt jedoch, wie ein zweipoliges Drehfeld durch einen Stator mit sechs Wicklungen erzeugt wird. Aufgrund der Beziehung zwischen den Wechselzyklen in den drei Phasen erreicht die Stromstärke in aufeinanderfolgenden Wicklungen um den Stator eine Spitze.

Dann befindet sich der Pol des Aggregatfeldes zu einem Zeitpunkt an der Wicklung 1A (Norden) und IB (Süden), dann an der Wicklung 3B (Nord) und der Wicklung IB (Nord) und 1A (Süd) und so weiter. Das Anschließen einer dreiphasigen Versorgung an einen Stator mit sechs Wicklungen bewirkt, dass ein zweipoliges Magnetfeld erzeugt wird, das eine Umdrehung für jeden Zyklus der Versorgung vollendet.

Geschwindigkeit der Felddrehung:

Damit ein zweipoliges Feld eine Umdrehung vollenden kann, muss jede Wicklung im Stator einmal Nordpolarität und einmal Südpolarität haben. Ein zweipoliges Feld dreht sich einmal pro Zyklus, da jede Wicklung einmal innerhalb eines Zyklus die Polarität ändert.

Damit ein vierpoliges Feld eine Umdrehung vollenden kann, muss jede Wicklung jede Polarität zweimal aufweisen. Für ein sechspoliges Feld erfordert eine Umdrehung eine dreimalige Polarität der Wicklungen und so weiter.

Wenn wir nun sehen, dass die Wicklungen nur einmal pro Zyklus die Polarität wechseln, folgt daraus, dass je mehr Pole vorhanden sind, desto langsamer wird die Drehung des Feldes und die Drehzahl des Rotors sein. Zum Beispiel, wenn mit 50 c / s verbunden ist. Bei der Versorgung dreht sich ein zweipoliges Feld mit 3000 U / min., ein vierpoliges Feld bei 1500 U / min, ein sechspoliges Feld bei 1000 U / min und ein achtes Polfeld bei 750 U / min.

Die Geschwindigkeit dieser Feldrotation wird als Synchrondrehzahl bezeichnet, und dies kann anhand der Formel beschrieben werden;

Das Feld kann entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden. Um die Drehrichtung umzukehren, ist es lediglich notwendig, die Reihenfolge von zwei beliebigen Phasen umzukehren. Wenn zum Beispiel die Phasenverbindungen 1-2-3 sind und eine Drehung im Uhrzeigersinn bewirken, wird die Drehung gegen den Uhrzeigersinn durch die Verbindungen 3-2-1, 2-1-3 oder 1-3-2 erzeugt.


3. Induktionseffekt im Rotor:

Wenn die Statorwicklung mit dem Stator verbunden ist, streicht das rotierende Magnetfeld über die Leiter des Rotors. Diese Leiter befinden sich daher in einem sich ändernden Magnetfeld. In jedem Leiter ist eine EMK induziert, und da alle Rotorleiter kurzgeschlossen und somit durch die Endringe miteinander verbunden sind, können Ströme zirkulieren.

Der Effekt ist genau derselbe, als wenn die Felder stationär wären und die Rotorleiter entgegengesetzt zu der Richtung gedreht würden, in der sich das Statorfeld dreht.

Die Richtung des Stromflusses in den Rotorleitern kann daher ermittelt werden, indem die rechte Handregel von Fleming für Generatoren angewendet wird. Abb. 11.3 zeigt deutlich die Induktion des Stroms und seine Wirkung, die eine Kraft und möglicherweise die Rotation des Rotors verursacht.

Aufgrund des Induktionsprinzips werden die Ströme in den Rotorleitern zum Fließen gebracht, das Motorprinzip kommt zum Einsatz und auf jeden Leiter wird eine Kraft ausgeübt. Durch die Anwendung der Flemings Left Hand Rule für Motoren kann man erkennen, dass die Motorkraft in jedem Leiter in die entgegengesetzte Richtung wirkt, in der sich der Leiter bewegen muss, um den Bewegungsstrom zu induzieren.

In einem Induktionsmotor neigt die Kraft, die auf jeden Leiter wirkt, dazu, ihn in die gleiche Richtung zu bewegen, in der sich das rotierende Statorfeld schneidet. Dieses Phänomen wird in Abb. 11.4 erklärt. Die Kräfte, die auf die zusammen summierten Leiter wirken, erzeugen ein Drehmoment, das den Rotor in Richtung der Felddrehung dreht, und daher dreht sich der Rotor, solange die Statorwicklung mit einer gesunden Versorgung verbunden ist.

Das von einem Motor erzeugte Drehmoment hängt von der Stärke des im Rotor fließenden Stroms ab. Starke Ströme reagieren mit dem Drehfeld und erzeugen ein großes Drehmoment. und nach demselben Prinzip erzeugen leichte Ströme nur ein kleines Drehmoment.

Die Stärke des im Rotor induzierten Stroms hängt wiederum von der Geschwindigkeit ab, mit der das Drehfeld über die Leiter läuft, dh von der Relativbewegung zwischen Rotor und Feld, die als Schlupf bezeichnet wird.

Tatsächlich führt ein großer Schlupf zu einem starken induzierten Strom. Wenn sich der Rotor jedoch der Synchrondrehzahl nähert, werden die induzierten Ströme verringert und das Drehmoment fällt ab. Der Rotor kann niemals eine Synchrondrehzahl erreichen, da bei dieser Geschwindigkeit keine Relativbewegung zwischen Rotor und Feld auftritt und kein Drehmoment bereitgestellt wird.

Der Schlupfbetrag und damit die Drehzahl des Motors stehen in direktem Zusammenhang mit dem zum Antreiben der Last erforderlichen Drehmoment. In einer vierpoligen Maschine, die in 50 c / s läuft. Versorgungsnetz und Entwicklung sagen 50 Pferdestärken, die Geschwindigkeit des Statorfeldes wäre 1500 U / min.

Im Volllastbetrieb liegt die Drehzahl des Motors je nach Wirkungsgrad des Motors zwischen 1450 und 1470 U / min. Wenn jedoch die Last verringert würde, würde sich der Motor etwas beschleunigen, und bei Leerlauf würde der Motor knapp 1500 U / min laufen, etwa bei 1490 bis 1495 U / min

Die Drehzahl des Motors hängt daher in erster Linie von der Synchrondrehzahl des Statorfeldes ab und wird durch die angetriebene Last geringfügig verändert. Es gibt keine zufriedenstellenden und nachgewiesenen erfolgreichen Mittel zum Steuern oder Variieren der Drehzahl eines einfachen Induktionsmotors, so dass es für alle praktischen Zwecke ein Motor mit konstanter Drehzahl ist.

Aus diesem Grund ist der Induktionsmotor so populär geworden, da die meisten Antriebe eine konstante Drehzahl benötigen. Die moderne industrielle Zivilisation sollte dem Wissenschaftler für seine Erfindung des Induktionsmotors im Jahre 1885 nachdrücklich danken.


4. Starten des Induktionsmotors:

Ein Käfiginduktionsmotor läuft unter Last an, wenn er direkt auf volle Versorgungsspannung geschaltet wird. Die Methode des Startens ist als Direct-On-Line (DOL) -Einschaltung oder Start bekannt. Im Moment des Startens ist der Schlupf (und damit der induzierte Rotorstrom) am größten, so dass der Motor aus der Versorgung einen starken Strom zieht, bis er sich der normalen Laufgeschwindigkeit nähert.

Ein Käfigmotor kann das fünf- bis sechsfache seines normalen Volllaststroms aufnehmen.

Alle kleineren Käfigmotoren, die in einem Bergwerk verwendet werden, wie z. B. in Gesichtsgeräten, werden durch direkte Leitungsumschaltung gestartet. Zur Aufnahme des Anlaufstroms sind alle Schutzeinrichtungen im Motorkreis so ausgelegt, dass sie während der Anlaufphase nicht auslösen.

In der Zeit, in der der Motor anläuft und auf Drehzahl läuft, reduziert der hohe Stromverbrauch die Leistung, die den anderen Maschinen zur Verfügung steht, die sich die Verteilerleitungen teilen. Aus diesem Grund sollen die Rotoren vieler unterirdischer Motoren den anfänglichen Stromstoß so weit wie möglich begrenzen.

Ein Verfahren zur Begrenzung des Anlaufstroms besteht darin, den Rotor mit einem doppelten oder sogar einem dreifachen Käfig zu versehen. Der Strom kann auch durch sorgfältige Gestaltung der Käfigstangen begrenzt werden.

Abb. 11.5 zeigt eine Skizze eines Doppelkäfigrotors und Abb. 11.6 zeigt die im Allgemeinen in Doppelkäfigrotoren verwendeten Abschnitte. Tatsächlich ist der Doppelkäfigrotor mit einem Käfig mit hohem Widerstand in der Oberfläche des Kerns und einem Kupferkäfig mit niedrigem Widerstand, der gut in den Kern eingesetzt ist, aufgebaut.

Zum Zeitpunkt des Startens, wenn der Rotor stationär ist, beträgt die Frequenz der in den Käfigstäben induzierten EMK, die von der Differenz zwischen der Rotor- und der Drehfeldgeschwindigkeit abhängt, etwa 50 c / s der Zufuhrfrequenz.

Bei dieser Frequenz hat der von Eisen umgebene Kupferkäfig eine sehr hohe induktive Reaktanz, die verhindert, dass in ihm ein starker Strom fließt. Der im äußeren Käfig induzierte Strom reicht aus, um den Motor mit einem hohen Drehmoment (bis zum zweifachen des normalen Lastmoments) anlaufen zu lassen, der Widerstand des Käfigs begrenzt jedoch den Anlaufstrom.

Wenn der Motor Drehzahl sammelt, wird die Differenz zwischen der Rotor- und der Drehfeldgeschwindigkeit stark verringert, und die Frequenz der induzierten EMK wird viel niedriger. Die Reaktanz des Kupferkäfigs ist daher sehr viel geringer, die in ihm induzierten Ströme sind folglich stärker (obwohl die induzierte EMK viel geringer wird) und der Käfig übernimmt die Hauptaufgabe, ein Drehmoment zu erzeugen.

Es gibt auch einen Dreifachkäfigrotor, der drei separate Käfige hat. Es beginnt an einem Käfig mit sehr hohem Widerstand, und ein zweiter Zwischenkäfig übernimmt, bevor der Hauptlaufkäfig endlich in Betrieb ist. Es gibt jedoch einen anderen Rotortyp mit einem einzigen Käfig, der auf ähnliche Weise arbeitet wie ein Doppelkäfigrotor. Es hat Stäbe mit speziell entworfenen Querschnitten, wie in Abb. 11.6 gezeigt, die zwei mögliche Formen zeigen.

Ein großer Teil jedes Stabes befindet sich tief im Kern und dieser Teil hat beim Starten eine hohe Reaktanz. Strom fließt nur in den kleinen Abschnitten nahe der Oberfläche, die eine hohe Beständigkeit gegen starke Strömungen bieten. Der Motor startet daher mit einem hohen Drehmoment und einem moderaten Anlaufstrom.

Mit zunehmender Geschwindigkeit des Motors nimmt die Reaktanz der tief eingestellten Teile der Stangen ab, so dass der Strom durch die gesamte Stange frei fließen kann. Der Käfig wirkt dann als Käfig mit geringem Widerstand.

Lassen Sie uns kurz die Ausdrücke des Anlaufdrehmoments (T s ) und des Anlaufstroms (I s ) gemäß dem äquivalenten Diagramm wie in Abb. 11.7 erörtern. Diese Ausdrücke werden angegeben, da sie für die Elektrotechniker beim Verständnis der Leistung und der Probleme von Induktionsmotoren hilfreich sind.

Wenn P 1 = Leistungseingang, V 1 = Eingangsspannung zum Stator und I 1 = Eingangsstrom zum Stator, und cos φ 1 der Leistungsfaktor ist

Leistungsaufnahme pro Phase

Davon wird der I 1 2 R in den Statorwicklungen abgeführt, und der Verlust (-E 1 ) I 1 erwärmt den Kern aufgrund von Hysterese und Wirbelströmen. Hier ist R 1 = Statorwiderstand und E 1 = Statorinduzierte EMK pro Phase.

Daher kann P 1 folgendermaßen ausgedrückt werden:

Der Winkel zwischen den Vektoren (-E 1 ) und (-) I 2 ist (wie in Fig. 11.7 (b) gezeigt, der das Vektordiagramm eines Induktionsmotors zeigt) der zwischen E 2 und I 2 im Rotor, der als φ gezeigt ist 2 Da (-E 1 ) die Spannungskomponente ist, die dem gegenseitigen Fluss zugeordnet ist, und (-I 2 ) die Stromkomponente ist, die dem Rotorstrom entspricht, muss (-E 1, ) (-I 2 ) Cos φ 2 sein Leistung, die durch Transformatorwirkung an den Rotor geliefert wird, dh

Dies lässt sich aus der an den Rotor gelieferten Leistung erklären, der Bruchteil s wird im Rotor selbst verwendet und geht im Rotor als Wärme verloren. Nun erscheint der verbleibende (1-s) P 2 nicht im Vektordiagramm unter den Rotorgrößen.

Tatsächlich wird es in mechanische Leistung umgewandelt und an der Rotorwelle entwickelt, was daher ausgedrückt werden kann als:

Pm = (ls) P 2 (und dazu gehören Reibung und Windkraft).

. . . Das Ganze kann ausgedrückt werden als:

Das heißt, die Rotorleistung wird immer in diesem Verhältnis geteilt. Tatsächlich ist das Drehmoment direkt proportional zur Läuferkrafteingabe P 2 ; und das selbst ist proportional zum Stator-Eingang, wenn die Statorverluste als gering angesehen werden. Daher ist die Motoreingabe für einen bestimmten Hauptfluss und eine Statorspannung direkt proportional zum Drehmoment.


5. Startgeräte für Induktionsmotoren:

Startvorrichtungen sind hauptsächlich erforderlich, um den Startstrom der Motoren zu reduzieren. Und dies geschieht mit Hilfe externer Steuergeräte. Diese Methoden sind Stern-Dreieck-Start und Autotransformator-Start.

Diese werden manchmal bei schwereren Motoren verwendet, wie sie zum Antrieb von Hochleistungspumpen usw. verwendet werden. Wenn bei solchen Motoren eine direkte Versorgung zum Starten des Motors verwendet wird, würde aufgrund eines hohen Anlaufstroms die Stromversorgung unterbrochen.

Stern-Delta-Start:

Bei einer Maschine, die für den Stern-Dreieck-Start ausgelegt ist (im Gegensatz zu einer Maschine, die für den Direktanlauf oder den automatischen Transformatorstart konzipiert ist), werden die beiden Enden jeder Phase aus separaten Klemmen herausgeführt, so dass sich insgesamt sechs Klemmen für das Statorfeld ergeben. Ein Schalter wird dann in den Stromkreis geschaltet, wie in Abb. 11.8 gezeigt, so dass die Statorfeldverbindung durch Ändern der Schalterposition geändert werden kann.

Das System funktioniert auf diese Weise - das Gerät wird mit dem Stern in Sternschaltung in Betrieb genommen; Wenn die Maschine die volle Geschwindigkeit erreicht hat, wird der Schalter umgeschaltet, so dass die Statorwicklungen in Dreieck geschaltet sind und die Maschine während des normalen Betriebs mit Dreieckschaltung läuft.

Für jede gegebene Feldwicklung ist der Strom geringer, wenn die Phasen in Stern geschaltet sind (um

) als der Strom, der verwendet wird, wenn die Phasen in Dreieck geschaltet sind. Bei Sternschaltung wird die Phase-zu-Phase-Spannung an zwei in Reihe geschaltete Phasenwicklungen angelegt, während bei Dreieckschaltung die volle Spannung nur an einer Phasenwicklung anliegt.

Der Anlaufstrom beträgt daher etwa den doppelten Volllaststrom. Das Stern-Dreieck-Anfahren reduziert auch das Anlaufdrehmoment in gewissem Umfang, es ist jedoch nicht möglich, den Motor bei Volllast zu starten.

Während des Startens, da die Wicklung zeitweise im Stern geschaltet ist, wird die Phasenspannung auf reduziert

= 0, 58 normal und der Motor verhält sich so, als ob der Transformator mit einem Verhältnis von 0, 58 verwendet würde. Der Startstrom pro Phase beträgt I S = 0, 58 I Sc, der Leitungsstrom beträgt (0, 58) 2 × I = 0, 33 I Sc . Das Anlaufdrehmoment beträgt ein Drittel des Kurzschlusswertes

Diese Startmethode ist billig und effektiv, solange das Startdrehmoment nicht etwa 50% des Volllastdrehmoments übersteigen muss. Es kann für Werkzeugmaschinen, Pumpen usw. verwendet werden.

Statorwiderstand Start: (SRS) :

Wie wir aus den Prinzipien von Induktionsmotoren wissen, ändert sich die Leistung und das Drehmoment für einen gegebenen Schlupf als Quadrat der angelegten Spannung. Jede Verringerung der angelegten Spannung bedeutet daher die gleichzeitige Verringerung des Anlaufdrehmoments.

Dieses Prinzip wird beim Statorwiderstandsstartverfahren befolgt, indem dreiphasige externe Widerstandseinheiten in Reihe mit dem Statoranschluss geschaltet werden. Abb. 11.8 (a) zeigt die einfache Schaltung für diese Art des Startens.

Wenn die Ständereingangsspannung (durch Einstellen der externen Statorwiderstandseinheit) von ihrem normalen Wert, beispielsweise auf den Bruchteil x, verringert wird, werden die Leerlauf- und Kurzschlussströme in nahezu demselben Verhältnis geändert. Der Hauptfluß, der über den Bereich normaler Lasten ungefähr konstant ist, wird jedoch durch die angelegte Spannung bestimmt und nimmt im Verhältnis zu der verringerten Spannung wesentlich ab.

Der Magnetisierungsstrom wird in ähnlicher Weise reduziert, solange der Magnetkreis nicht stark gesättigt ist. Darüber hinaus sind die Kernverluste in etwa proportional zum Quadrat der Flussdichte und folglich der Spannung; Der aktive Anteil des Leerlaufstroms wird proportional zum Spannungsabfall reduziert.

Während der Kurzschluss durch den Quotienten aus angelegter Spannung und Kurzschlussimpedanz gegeben ist, erfolgt eine enge Annäherung an eine lineare Funktion der zugeführten Spannung. Wenn daher der Anlaufstrom um einen Bruchteil x des Normalwerts reduziert wird, verringert sich auch das Anlaufdrehmoment um x2 seines Normalwerts.

Auto-Transformer-Starter:

Der Startstrom kann auch reduziert werden, indem zwei Autotransformatoren in 'V' über die drei Phasen der Statorwicklung angeschlossen werden, wie in Abb. 11.9 dargestellt. Die Autotransformatoren reduzieren die an die Statorwicklung angelegte Spannung, so dass der vom Motor aufgenommene Anfangsstrom reduziert wird.

Wenn sich die Maschine der vollen Drehzahl nähert, werden die Autotransformatoren ausgeschaltet, so dass die volle Versorgungsspannung an den Stator angelegt wird. Auch hier wird das Anlaufmoment zum Teil reduziert. Abb. 11.9 zeigt, dass der Autotransformator verwendet wird, um die Phasenspannung auf den Bruchteil x des Normalwerts zu reduzieren. Dann ist der Motorstrom beim Starten I s = xl sc und das Startdrehmoment T s = X 2 T sc

Dies ist genau das Gleiche wie im Fall des Widerstands in den Statorkreis, um die Spannung zu reduzieren. Bei diesem Verfahren besteht der Vorteil jedoch darin, dass die Spannung durch den Transformator reduziert wird, nicht durch den Widerstand.


6. Slipring-Induktionsmotoren:

Slipring-Induktionsmotoren arbeiten nach dem gleichen Induktionsprinzip wie die Käfigläufermotoren. Sie unterscheiden sich jedoch von Käfigläufermotoren in der verwendeten Rotorform und in der Startmethode. Im Gegensatz zu Käfigmotoren kann die Geschwindigkeit des Schleifmotors gesteuert werden.

Im Allgemeinen werden Schleifmaschinen für schwere Beanspruchungen verwendet, beispielsweise für den Antrieb großer Kompressoren und für Haupttransporte, bei denen eine hohe Leistung und eine genaue Steuerung des Anlaufstroms unerlässlich sind. Auch in Hauptwicklermotoren werden Schleifmaschinen eingesetzt.

Die Statoren der Schleifringmotoren sind die gleichen wie die von Käfigläufermotoren, aber der Rotor eines Schleifringmotors besteht aus einer Dreiphasenwicklung, die aus Kupferleitern gebildet ist und in einen laminierten Weicheisenkern eingesetzt ist.

Die Leiter und die Wicklungen sind voneinander und vom Kern isoliert, und die gesamte Isolierung ist mit einem speziellen Lack von elektrischer Qualität imprägniert. Ein Ende jeder Phasenwicklung ist mit einem Sternpunkt innerhalb des Rotors verbunden, die anderen Enden der Wicklungen sind zu drei auf der Rotorwelle angebrachten Schlupfspitzen herausgeführt.

Die Rotorschleifringe sind durch drei Bürstensätze mit drei Anschlüssen verbunden. Eine an die Klemmen angeschlossene Startereinheit schließt den Rotorkreis extern ab.

Die Startereinheit besteht aus drei sternförmig geschalteten variablen Widerständen. Es ist mit den drei Schleifringanschlüssen verbunden, so dass jede Phase der Rotorwicklung einen variablen Widerstand in Reihe hat, wie in Abb. 11.10 gezeigt.

Der Widerstand des Rotorkreises kann daher durch eine externe Steuerung variiert werden. Zum Starten des Motors werden die Widerstände auf den höchsten Wert eingestellt. Wenn die Versorgung der Statorwicklung eingeschaltet ist, startet der Motor langsam mit hohem Drehmoment und relativ geringem Statorstrom.

Die Widerstände werden schrittweise reduziert, wodurch der Motor beschleunigen kann, bis die drei Anschlüsse tatsächlich kurzgeschlossen sind und der Motor mit voller Drehzahl läuft. Ein Schleifringmotor kann dazu gebracht werden, unterhalb seiner Höchstgeschwindigkeit zu laufen, indem Teile der externen Widerstände in Reihe mit den Rotorwicklungen belassen werden.

Die tatsächliche Drehzahl des Motors hängt von der Last ab, die er antreibt, und vom Widerstand, der im Kreislauf verbleibt. Auf diese Weise kann ein beträchtlicher Drehzahlbereich gesteuert werden, wobei jedoch die Drehmomenteigenschaften des Motors zu beachten sind, andernfalls kann der Motor beschädigt werden.

Kurzschlussausrüstung:

Ein Motor, der kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit laufen soll, wie beispielsweise ein Motor, der einen Kompressor antreibt, ist manchmal mit einem Mechanismus zum Kurzschließen der Schleifringe versehen, so dass der Rotorkreislauf innerhalb der Maschine abgeschlossen werden kann. Die Bürsten können gleichzeitig angehoben werden, so dass der Bürstenverschleiß auf ein Minimum reduziert wird.

Wenn eine Maschine mit einem Kurzschlussschalter ausgestattet ist, ist der Anlasser nur während der tatsächlichen Startphase mit dem Rotor verbunden (siehe Abb. 11.10). Wenn der Motor auf Hochtouren läuft, betätigt der Kurzschlussschalter normalerweise über einen Griff an der Seite des Schleifringgehäuses, und der Motor läuft dann als intern angeschlossene Maschine.

Leistungsfaktor:

Alle Käfigläufer- und Schleifring-Induktionsmotoren laufen mit einem nacheilenden Leistungsfaktor. Bei Volllast betriebene Induktionsmotoren haben je nach Ausführung der Maschine normalerweise Leistungsfaktoren zwischen 0, 8 und 0, 9. Wenn ein Motor weniger als seine volle Last antreibt, verschlechtert sich der Leistungsfaktor. Unterhalb der halben Last kann er auf bis zu 0, 5 oder sogar darunter fallen.


7. Synchronmotoren in Minen:

Wie ein Induktionsmotor besteht auch ein Synchronmotor aus einem Stator mit einem darin laufenden Rotor. Der Stator ist wie der eines Induktionsmotors so gewickelt, dass beim Anschließen an eine dreiphasige Wechselstromversorgung ein Drehfeld entsteht. Die Drehzahl hängt von der Frequenz der Versorgung und der Polzahl im Feld ab.

Der Rotor weist jedoch im Gegensatz zu einem Induktionsmotor eine Erregerwicklung auf, die von einer Gleichstromversorgung gespeist wird. Die Versorgung wird ihm durch Bürsten zugeführt, die zwei Schleifringe tragen, und der Rotor wird so gewickelt, dass ein stetig polarisiertes Feld mit der gleichen Polzahl wie das Statorfeld erzeugt wird.

Wenn nun das Statorfeld durch eine dreiphasige Wechselstromversorgung und der Rotor durch eine Gleichstromversorgung erregt wird, wird jeder Pol des Rotors von einem entgegengesetzten Pol des Drehfelds angezogen.

Die Pole des Rotors folgen daher den entsprechenden rotierenden Polen, so dass sich der Rotor mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Statorfeld dreht, dh er dreht sich mit Synchrondrehzahl und daher wird dieser Motor als Synchronmotor bezeichnet. Die Drehzahl dieses Motortyps ist jedoch unveränderlich.

Beginnend:

Ein Synchronmotor als solcher kann nicht von alleine anlaufen, da er kein Anlaufdrehmoment erzeugt. Tatsächlich wird ein Drehmoment nur dann erzeugt, wenn die Rotorpole den Polen des Drehfeldes folgen, so dass; Bevor der Motor seine Last antreiben kann, muss der Rotor bereits mit ungefähr synchroner Drehzahl laufen. Um einen Synchronmotor zu starten, muss ein Verfahren angewendet werden, um es vor dem Einschalten des Rotors auf Drehzahl zu bringen.

Es wurden verschiedene Verfahren verwendet, um Synchronmotoren beim Starten bis zur Geschwindigkeit zu fahren. Eine Methode besteht darin, einen kleinen separaten Induktionsmotor, genannt Pony-Motor, auf der Hauptwelle zu bauen. Diese Methode wird jedoch selten verwendet. Die meisten Synchronmotoren, die in Zechen verwendet werden, haben eine Wicklung im Hauptrotor, so dass sie als Induktionsmotor über das Hauptfeld hochgefahren werden kann.

Die drei Arten von Synchronmotoren, die in Zechen am häufigsten verwendet werden, sind der Synchroninduktionsmotor, der Autosynchronmotor und der Käfigsynchronmotor. Tatsächlich unterscheiden sich diese nach den Methoden ihres Startens.

Synchron-Induktionsmotor:

Ein Typ eines Synchron-Induktionsmotors weist einen Rotor mit zwei Wicklungen auf. Eine Wicklung ist die Erregerwicklung, die über zwei Schleifringe mit der Gleichstromversorgung verbunden ist. Die andere Wicklung ist eine dreiphasige Induktionswicklung, die über drei weitere Schleifringe mit Startwiderständen verbunden ist. Der Motor hat daher fünf Schleifringe, wie in Abb. 11.11 (a) gezeigt.

Der Motor wird unter Verwendung von Startwiderständen als Schleifring-Induktionsmotor gestartet. Wenn der Motor auf ungefähr Synchrondrehzahl hochgefahren ist, wird die Gleichstromerregungsversorgung eingeschaltet und die Induktionswicklung ist unterbrochen.

Bei einem anderen Typ von Synchron-Induktionsmotoren hat der Rotor eine Dreiphasenwicklung mit drei Schleifringen. Der Motor wird wie eine Schleifmaschine mit 7 Startwiderständen gestartet. Wenn sich der Motor der Synchrondrehzahl nähert, wird die Gleichstromerregungsversorgung eingeschaltet und die Induktionswicklung ist unterbrochen.

Bei einigen Motoren werden nur zwei Schleifringe von der Erregerversorgung verwendet, wobei eine Phase der Rotorwicklung außer Betrieb ist. Alternativ werden bei anderen Motoren alle drei Schleifringe verwendet, wobei zwei Phasen der Wicklungen parallel und die dritte in Reihe sind, wie in Fig. 11.11 (b) gezeigt.

Auto-Synchronmotor:

Ein automatischer Synchronmotor ist einem synchronen Induktionsmotor ähnlich, mit der Ausnahme, dass er so ausgelegt ist, dass er nicht mehr umschalten muss, wenn sich der Motor der normalen Fahrgeschwindigkeit nähert. Die Rotorwicklung ist durch Schleifring und Bürsten fest mit dem Erreger verbunden.

Der Motor läuft als Induktionsmotor an, wobei der Rotorkreis durch den Gleichstromgenerator abgeschlossen ist. Wenn der Motor Drehzahl erhält, fließt zusätzlich zum induzierten Wechselstrom Gleichstrom in der Rotorwicklung. Wenn der Rotor die Synchrondrehzahl erreicht, werden im Rotor keine Ströme induziert, da zwischen dem Feld und dem Rotor keine Relativbewegung erfolgt.

Käfig-Synchronmotor:

Bei diesem Rotor wird nur die Erregerwicklung zu Schleifscheiben geführt, es gibt jedoch auch eine Art Käfig, der in den Rotorkern eingebettet ist. Der Motor wird als Käfigmotor gestartet. Wenn der Motor die Synchrondrehzahl erreicht, wird die Gleichstromversorgung eingeschaltet.

Bei laufendem Motor wirkt der Käfig als Dämpferwicklung und verhindert so ein "Pendeln", dh geringfügige Schwankungen der Motordrehzahl, die Vibrationen verursachen können. In der Regel wird ein automatischer Transformatorstart verwendet. Einige Maschinen dieses Typs werden jedoch durch direkte Netzschalter gestartet.

Erregungskreislauf:

Der Erregerstrom für den Rotor wird üblicherweise von einem kleinen Erregergenerator erhalten, der auf derselben Welle wie der Rotor montiert ist und einen integralen Bestandteil der Maschine bildet. Die einzige externe Versorgung ist daher die normale Hauptversorgung.

Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, mit der der in der Rotorwicklung fließende Strom variiert werden kann. Für jede gegebene Last ist ein bestimmter Mindesterregungsstrom erforderlich. Das Drehmoment, das der Motor erzeugen kann, hängt von der Stärke des Rotorfeldes ab. Wenn dieses Feld zu schwach ist, entwickelt es kein ausreichendes Drehmoment, um die Last anzutreiben, und es kommt zu einem Abwürgen.

Leistungsfaktor:

Bei minimaler Erregung läuft der Motor mit einem niedrigen Leistungsfaktor zwischen 0, 6 und 0, 8, abhängig von der Last und der Konstruktion der Maschine. Wenn der Erregerstrom über das zum Antrieb der Last notwendige Minimum erhöht wird, bleiben Drehzahl und Drehmoment konstant, der Leistungsfaktor verbessert sich jedoch.

Bei einem bestimmten Wert des Erregerstroms wird der Leistungsfaktor Eins erreicht. Wenn der Erregerstrom noch weiter erhöht wird, entwickelt sich ein voreilender Leistungsfaktor und von diesem wird die voreilende Leistung niedriger, wenn der Erregerstrom ansteigt. Bei starker Übererregung kann ein Synchronmotor mit einem voreilenden Leistungsfaktor von 0, 6 oder weniger laufen.

Verwendet:

Synchronmotoren werden wegen ihrer schwierigen Anlaufcharakteristik und ihrer unveränderlichen Drehzahl nur dort eingesetzt, wo ein kontinuierlicher Antrieb mit konstanter Drehzahl erforderlich ist.

In Zechen werden üblicherweise Synchronmotoren zum Antrieb des Hauptwicklers, des Hauptlüftungsventilators und zum Antrieb von Hochleistungskompressoren verwendet. Aufgrund ihrer Fähigkeit, mit einem führenden Leistungsfaktor zu arbeiten, bieten diese Motoren eine Methode zur Leistungsfaktorkorrektur für das elektrische System der Zeche.


8. Isolationswiderstand eines Induktionsmotors:

Die regelmäßige Kontrolle und Wartung von Wechselströmen ist für den reibungslosen Betrieb einer Mine äußerst wichtig. Der Betrieb des regulären Routinedienstes ist unten angegeben. Es können jedoch nicht alle diese Vorgänge in oder auf der Kohleoberfläche durchgeführt werden, dh innerhalb der Mine, und aus diesem Grund werden Motoren, die unterirdisch an der Kohlefront oder im Gate eingesetzt werden, regelmäßig zur Grundüberholung an die Oberfläche gebracht.

Der Wartungsplan für jeden einzelnen Motor, der die Inspektionshäufigkeiten angibt, und die Überprüfungen, die bei jeder Gelegenheit durchzuführen sind, müssen vom Elektrotechniker der Zeche unter Berücksichtigung der Wichtigkeit und Leistung jeder Maschine erstellt werden. Daran müssen sich sowohl die Geschäftsführung als auch die Elektriker und Betreiber sowie die Ingenieure halten.

Überprüfung des Isolationswiderstandes:

Bei einem Käfigläufer-Induktionsmotor ist von Zeit zu Zeit die Isolation der Statorwicklung und im Fall des Schleifeninduktionsmotors der Isolationswiderstand des Rotors und auch des Schleifrings zu prüfen. Dieses Intervall sollte vom Elektroingenieur der Zeche unter Berücksichtigung der Betriebsumgebung und der Leistung der Motoren festgelegt werden. Im Allgemeinen beträgt das Intervall alle zwei Monate.

Als Richtschnur sollte jedoch in den folgenden Bereichen regelmäßig Beachtung finden:

Zustand des Motors durch Eindringen von Schmutz:

(1) Kohlenstaub und Feuchtigkeitsabscheidung sind regelmäßig zu überprüfen.

(2) Das Schrumpfen der Isolierung, das dazu neigt, die Wicklungen in ihren Schlitzen zu lockern, sollte geprüft werden.

Abhilfe:

(i) In regelmäßigen Abständen sollte der Motor gereinigt werden, indem heiße und trockene Luft geblasen oder mit einem Backing oder durch Erhitzen mit Glühlampen hoher Leistung gereinigt wird.

(ii) Die Wicklung sollte frei von Feuchtigkeit sein.

(iii) Nach diesem Vorgang sollte die Wicklung getrocknet, lackiert und dann bei 90 bis 100 ° C mindestens 6 bis 8 Stunden lang gebacken werden.

(3) Rissiger und abgenutzter Lack macht die Isolierung anfällig für das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit.

Abhilfe:

Die Wicklung sollte ordentlich gebacken und anschließend lackiert werden.

(4) Die Alterung oder Abnutzung der Isolierung, der Leitungen, der Schleifringe, der Lager, der Klemmenblöcke und der Stäbe sollte überprüft werden.

Abhilfe:

Gealterte und abgenutzte Isolationsleitungen, Schleifringe, Lager und Klemmen sollten ersetzt werden.

(5) Anzeichen von Reibung zwischen Rotor und Stator und dessen Ursache sind zu beachten.

Abhilfe:

Lager sollten ausgetauscht werden und / oder Endhalterungen mit abgenutzten oder beschädigten Lagergehäusen sollten durch neue ersetzt werden.

(6) Vor allem sollten die Testergebnisse des Isolationswiderstands regelmäßig aufgezeichnet werden.

Wichtiger Test:

(1) Der Isolationswiderstand zwischen den Statorwicklungen und der Erde wird in regelmäßigen Abständen mit einem Standard-Isolationswiderstandstest wie Megger oder Metro geprüft. Der Wert aufeinanderfolgender Tests wird aufgezeichnet, so dass eine Tendenz zur Verschlechterung der Isolierung festgestellt werden kann.

Wenn die Phasen der Statorwicklung nicht intern miteinander verbunden sind, dh wenn sechs Leitungen zum Stator vorhanden sind, kann auch der Isolationswiderstand zwischen jedem Phasenpaar aufgenommen und aufgezeichnet werden. Bei einem gewickelten Rotormotor wird der Isolationswiderstand zwischen den Schleifringen und der Rotorwelle gemessen und aufgezeichnet.

(2) In regelmäßigen Abständen empfiehlt es sich, den Widerstand der Wicklungen zu überprüfen, wenn der Stator intern angeschlossen ist, d. H., Es gibt drei Leiter, und der Widerstand zwischen jedem Leiterpaar wird mit einem direkten Ohmwert ermittelt Meter.

Wenn der Stator jedoch sechs Leiter hat, wird der Widerstand jeder Phase durch Testen zwischen den beiden Enden jeder Wicklung ermittelt. In jedem Test sollten die drei ermittelten Messwerte ungefähr gleich sein. Die Hersteller geben den Wert normalerweise in ihrem Testzertifikat an. Der gemessene Widerstand sollte diesem Wert entsprechen. Durch diesen Test kann ein Kurzschluss zwischen den Windungen oder sogar ein Defekt, der sich in der Verbindung entwickelt, bestimmt werden.