Sujuvkäivitid ja sagedusmuundurid (0)

TaIlinna Tehnikaülikool
Elektriajam ite ja jõueIektroonika instituut
Eesti Moritz Hermann Jacobi Selts
SUJUVKÄIWTiD JA
sAGĘDĮJ$MUUNDUREņ
rÕruu LEHTtA
'r'..
.,-.:r'i,,ili. 'r ".1
i '\Ļ 1 )-
'':' : .,. 'l
..-:
.- :ī-
Īallinn
1 999
Sujr.rvkäivitid ia sagedusmuundLrrid' Koostanud T. Lehtla. TTÜelektriajalrrite .ļa
iõrrelek1roonika instituut. Eesti Moritz Hermann Jacobi SeĮts. Taļlinrr,
l999. 90 lk'
Saaįeks
turrti seda kuį
Asünkroor1tnootor on tällapäeva levįtruinr.įa odavaim elektrirnootol'. Kaua aega
väga töökindlat, kLrid rįskesti juhitavat eiektr'inasinat, rrlis sobis vaid püsikiir'usega
töö1avatele ajarrritele. Kõige enatl] kastrtataksegi asülrklooittrtootot'it nritnresuguste
üldotstarbeliste rnasirrate nagu ventilaatorite, konrpressorite
ja pr"urrpade- aga ka ketassaagide'
puiduiröör,elpinkide jni. erioįstarbeļiste masitrate käitamiseks' Valdavait talitlevad
treecļ
Ļasinad püsikiiruset, ķuia protsesside optirrreerimise ja energiasäästu seisukt-:ļralt on
sageĮi
r'eguleeritrrine oļi veeļ
otstarbekas kiir.ust regtrleelida. Kuna asįįnkroolurrootori kiirr-rsę sujuv
kürnnrekond aastat tįasi väga tüiikas' lepiti ocįava lrįrma
ja iötlkirrcĮltlse iruvides erramikeĮ
julrtudel masitlate ebaīõhusa töö, rrradalanra kasuteņrri r,õi toodangLr lraļvetria kvaliteediga.
ntltudes tehnika-
Eclttsalrlnlud jõupooŲul-rtteļllikas, rnikroeļektroonikas, arvutt-lsteļrllikas .ļa
'lrat.r.tcles
ol] tänasel
sr-rjr-rvl
f'īr'rnad. KāęsoĮev iaittrrat
su"iuvĮ
probleenr ide tį]1 \'ĮlS1 al]liseks.
@ T. Leļrtla , 1999 ' [email protected]
o TTÜ eļektl'ia_ianrite ja jõrrelektroonika iristitutrt, 1999'
Kopli 82, ialļirrrr, 70412
Tei. 620 37C0, 620 3102, 620 3104
@ Flesti Molitz Hert.nann Jacobi Selts. 1999.
ISBN 9985-69-016-8
Ttij tttikikoda. Koskl a 2l9,'faĮļirrrr
Teļ. 552 10_5
O TaļĮinna Tehnikaįįlikooli elektriajarnite ja jõuelektroonika irrstitttLrt
1. SISSEJUHATUS
1.1. Pooljuhtmuundurite ajaloost
Į952 Esitrrese gernraanuim-jõudioodi valnristanrine firmas Genetaļ Electr.ic
ļ953 EsinreserärritransistorivalmistatninefirnrasTexaslrlstrunrent
1956 Tįįristor'i ļeirrtarnine USA teadļase Joļrrr Moļli juhtirrrisel
1951 Firttla Sienrens valnristas Saksa Raudteele (Detrtschen Burrdesbaļm) maailnra
esitrrese ränidioodalaldiga veduri E 800l
ļ964 Pirlsiļair"rsnrodtlĮatsiooni põliirrrõtte kasutuselevõtt sagedusnlltltndurites
A. Schölrungi.įa H. Stemrr-rleri poolt
ļ968 Firrna Darri'oss hakkas tootļna maailnra esinrest laiatarbe sagedusmur-urdur-it
VLT _5, rtlis kaaļus 54 kg ja sisaldas 20 liitrit jahuitrsõii.
1911 Vektor-julrtirrrise põhirrrõtete r,äliatöötarrrirre Saksa teacllas Ij' Bļaschlte tloolt ia
ava ļ datn ne ai akir'i as S ienrerrs Zeitschri ft 1 97 1 . p.e.,1 51
i
1980 Fit't,'tzt Siernens hakkas rtaltnistanra uue põlvkortna .iõrrpooljtrhte SļPlvjoS
(S' i r:ltt ens P oyver
^ĮoS)
l982 lriI'rrta Danrlfoss lrakkas tootma õhkjahutuseqa, pr-rlsilaiusrtlcldulatsioorliea
.ļa
arraloogjrrĮitirrrisega sagedusnruutldurit VLT@ 200
ļ985 F-ilnra Sierrrens valnristas pr'ojekti ICE (ĮnterciŅ Experiment'uĮ) l'aaįlleS Saksa
raudteele rongi katse,rnudeli, rrrilļe esitluseļ saar,r:tati kiirLrseks 300 kn/lr.
1989 Firnra Dannfoss hakļias toottla digitaaĮuhtinrisega, pirlgevel
VVC (voliage vector cc.rntrol) sagedusmuundurite sarja VL'f@ 3000
r,õimsusteįe 0.75...250 kW.
Sisukord
i, SISSEJUI_IATUS 3
1. i PooĮuhtmuuttdurite ajaloost 3
t Ą ii'
ļ .2 ĮJ įciorobleerrrid 5
i.: Sagedusnruuncļurite põlrimõisteicl ja onradusi 1
ļ .4 Lįįlri stootori ga asįhrkroorunootori onradusi 9
1.5 Sįįnkroorr- ja reluk1antsmootorite oirradusi T1
2. ASÜNKRooNMoo]'oRITE xa.tvtttls' PIDURDUS JA
KTTRUS E REG U LEE.RIMINE 20
2. ļ Käivitus 20
2.2 Piduldus 22
2.3 Kiiruse reguieelimine 23
3. MOOTORI JA MUTINDURI KAITSE 3t
3. i ÜĮdpolrirrrõtted 31
3,2 Ebar:ortrlaaļtre talitļLrs ja rnootor.i kurmrenemine 32
3.1 Kaitseaparaadid ja nende tumusjooned ?'l
3.4 Plogranrnreeritavad kaitseaparaadid 39
4' SUJUVKÄnztlņ 42
4. l L]lcļonladtlsecį ja kasrrtainine Ī-
,1)
4.2 Ehittts ja tööpõhirnõte +J
5. SACiEDUSĪ\,IULjNDURID 48
5.ļ Ehitus ja tööpõhinrõte 48
5.2 Sättepar'ameetrid 52
6. SAGtrDUSN{UU}.]DUzuTE ANDMESĮDE 68
7. ELEļ
7. 1 Sageciustrru'Ltltdut'i taļitluse iseärasr-rsed 1Į
7.2 MLrurrduri elektronraņetiline ühildrrvus 12
7.i l\4uunduli paigaldussoovitusi 15
1 .4 P1kad kaabļid tb
8. SAGEDUSJUĮ-ITļMISEGA AJAĪ\,Iļ VALIK 19
8. 1 Lįilrisrootoriga asįhkroonmootori j a sagedusrlruundttri va ļi k 10
8.2 Sagedusinuuttduri taļitlus koos įįhe mootoriga 83
8.3 Sagedtrsnruutrduli talitĮtrs koos trrootorite rülrnraga 84
8.4 MLrud ajarrri valikr.rga seotud probleernid 85
KOKKUVÕTE 89
Kasutatr-rd kiriandus 90
Sagedusjuhtimine on traditsioorriliselt ette rrähtud tnootori monretrdi, kiiruse või võlli
pöördentrrga (asendi) juhtimiseks avatud või srrletud juhtimisalrelaga süsteemides tirigirrrusel,
et väĮurldsuurust reguleeritakse sulrteļiselt aeglaselt ning lrrootor töötab pearrriselt
püsitalitĮuses, Suletr"rd juhtimisahelaga stisteernid võimaldavad võrreldes avatud siisteerrridega
suurendada oluliselt väĮundsuuruste reguleerimise täpstrst ning parandada nrõrrevõrra ajami
dünaanrilisi rräitajaid, nõnda et ajamit saab kasrrtada ka toitepinge trrätgatarlate
fluktr.ratsioonide rring nruutļiku koormuse korral. Sageduse muutttnrise kiirus ehk kiirendus-
ja aeglustusrampide kestus on tavaļise sagedusjuhtimise prrhul aga rangelt piiratrrcl.
DünaarniĮised protsessid võivad kergesti põhjustada mootori vääratr.lmise, S. t. tööpurrkti
nihkumise üļe vääratuspunkti' mootori seiskumise või teņra taļitluse väikesel nll
"rooū1amiskiiruseļ'' koos suutte kadude ja mälriste tetnperatuuri järsu tõtrsuga. ķ\encįeļ
põhjustel kasr-rtatakse tavalist sagedusjuhtirnist peamiselt pi.isikiirLrsel töötavate või "aeglast''
kiįruse reguleerirlist nõrtdvate nrasinate nagu pumpade, '",etttiļaa.toiite ja korlrpreSsorite,
käitarrriseks.
Mikroprotsessorteļtnika kasutuselevõtt on võimaldarrud tänapäeva juhtirnissüsteenrrc]eS, Sh
ka elektriajarlrite jLültinrisel rakendada kõige uuemaid juhtirnisrrreetodeid' Traditsiooiriļise
süsteeltrį väĮurrdi ehk vea jär'gi julrtirtiise aseulel r'akendaįakse üha etlaĪn lllootorite
nratenraatilise rrrudeli järgi jr"rlrtinrist rlõi hoopiski inimese irrtuitiivseteļ teadrnisteĮ põlrinevat
irrtellektr"raalset jrilrtirrrist. Tänapäeva elektriajamite puhul täherrdab mootori nrLrcleli järgi
julrtirnine eelkõige vahelduwoolumasinate vektorjuhtinrist' Nirnetus "vekl.otjuhtinritre"
tuleneb sellest, et jrūltirniseks vajalikktt infornratsioorri tnootori olekti kohta saiiclakse tena
rnudeĮi järgi Įeitud vaļreļdr"rwoolu. -pinge ja nragnetvoo lretkväärtustest. tnis tnitnteiaasiļises
sįįsteenris kir'įeldavad vastavaid pöörlevaid vektoreid. Seepär'ast täļrenclab nintettts
vektorjLrhtirrrine eelkõige juhtirnist nragnetväĻa pöörleva sutļnavektori järgi. Siit tLrĮerreb ka
r-tlõiste - juhtirrlirre väljasuunistuse järgi (fieĮd orientatįon contraĮ). Võrdluseks r,õiĮ"l tavalisį
sagedusjuhtinrist rtimetada ka skalaarjulrtimiseks, sest seljuhul toiltrub juhtimine sagedr.rse ja
pirtge efektiivväärtr"rse järgi' ilis ttrõļetrrad on ajas rrrõõdetavad keskrrrisecl suurusecļ.
Asütrkroonmootorite vektorjulrtinriseks kasutatakse samrrti sagedusnrLlurdureid, kuįd rrende
nruundurite jrrhtinrisalgot'itnl eriireb oļuliseļt tavalise sagedusjr-ūitirrrise algoritrrrist. MLrcļelite
ļ
nruunduriteS Stļure jõudlusega ,mikrokorrtrollereicį. Vektorjuhtinrine võimaldab ļuua
asünklooirajanri jacrks niisugr"rse jūrtimisalgorittni, mis murrdab selļe teļrrriĮiste näitajate
pooiest võrreldavaks kõige Sįlurema toirnekiirrrsega alaĮisvooluajamitega. SeepärasĪ saab
vektorjuhtimisega astūrkroonajarrreid kasutada elektertratlspordivalrendite, ļifĪide. tööpinkicle,
robotite jt. diinaanrilise koornrrrsega ja pidevaĮt muutuva kiirr"rsega masinate käitanriseks.
1.3' Sagedusmuundurite põhimõisteid ja omadusi
Enamik tänapäeval kasutatavatest sagedusmurrnduritest kuuluvad alaļisvoolu vaheli-iliga
muundurite hulka (vt. põhirnõtteskeenr joonisel l.l). Muundur' koosneb mittejuhitavast
kolrnefaasilisest sildaļaldist (bridge rectifier), alalisvooluahelasse lįįļitatud filtrist (vahelülist)
(DC Įink) nirig valreldist (inverter), kus valdavalt kasutatakse transistore. Sageclusrluuncļur
lülitatakse eļektrivõrku jadamisi lüiitus- ja kaitseaparaatidega. Väiksemate võimsuste (a|la 2
kW) korral võib toitealaldi oĮļa ka įįhefaasiline. Muurrcltrri vahelüliga cln rööbiti ühendatud
pidrrriĮülitist (brake chopper) ja pidurdustakistist koosnev pidurdusalrel. Konstarrtse või
reguleeritava pingega vahelüli puhul on tegemist sagedusmuunduriga, mis töötab
pingevahe|dina (VI, voĮtage įnverter). Kui lroitakse konstantsena või reguleer'itakse valreļüli
voollt, on tegetnist sagedusnrttunduriga, nris töötab vooluvaheldina (CĮ c1ļrrent įnverter).
Muundurit juhtitakse vaheidi transistoride tüürirriisega. Reguleeritava arnpiituudi ja
sagedusega väljurrdpinge saamiseks kasutatakse pulsilaitrsmoduļatsioorti põliirnõtet. Seejuures
saab pinget teguleeri
sõltrrb iiii rrrur-urduri r.aļreļüli pingest kui ka pulsimclduļatsioorri iseärasustest, Sagedtrse
t'eguleelimispiirkond on elektriajamites tavaliselt vahernikus 0...100 Hz, eliotstarbelistes
ajamites ka sLĮurenl' Muutldtrrite väljurrdpinge reguleeritniseks kasutatava pulsilairrs-
rrroduiatsįooni sagedus (kandevsagedus) valitakse ļ0...100 korda SįtĮļrem kui pinge põhi-
harrrroorriļise sagedus. Tihti kasutatakse aga veeĮgi suttremaid sagedusi. ttt. et väheridada
nrttundut'i nrįila rrõi elektror-nagnetilisi häireid. Elektrirnootoris rting toitenlurrttclul'is tekkivad
kaod orr r_n inirnaal sed teatud optirrraalsei modulatsiooni sasedrrseļ .
Alaldi Filter Pidurdusahel
ą-l
" l
"f1 3-un
joonis l. l. Alalisvoolu vahelįįļiga sagedusInuutrdut.
Sagedtsnrr"tunclurite julrtirrlissiisteetrre täiustatakse pidevalt ja trerrde aļ'engĮļs võilr täheļcļacļa
alĻ ärgnevaid tendentse.
Seadmete ja funktsioonide süt'enev integreerumine. Mikroprotsessorjrrlrtilrrįrre r,õitnaldab
tarkvaraļiselt lahenrlada kõikijrrhtirnisülesandeid, sh. nii mtttmdlri krri ka sagecltrsjrrlrtirrlisega
ajanli energiavahetr"rse ja kaitse nirlg isegi telrrroloogiapr'otsesside järjerrdloogikaga seotud
įiiesalrdeid. Seepärast võib sagedttsmuundurit vaadelda komplektse.iuhtseaclrlrenA, I-ttiS täidab
nii nruurtduri kui ka programĪneeritava korrtrolleri įįļesarrdeid. Muurrdurite progralnl}leerimine
ja juhtinrilre toinrub rnerrįjįicįest valitavatę käskude ja eriftlnktsioonide täitrrriseks ettenälrtud
alanrprogrammidega. Uute nluundurite tarkvara täierrdatakse pidevalt trritmete
lisafunktsioorticlega. nris varasemaiel muunduritel puudusid. Kuna niii-idisaja tööSiĮĮssįisteernicl
põhiirevad aildirresidevõrkudel, on uuemad sagedusnruundurid etterrähtr-rci taļitluseks
tööväĻasiiiridega. Lisaks paindlikule kiiruse reguleerimisele tagab sagedltsnruundur l
mootori tõhusa kaitsc.
Kõik ideed tarkvara kaudu praktikasse. on saabutrud aeg, nril õpikute ja monograafiate
kaante valreļe kcgutud teoclriad leiavad üha enam praktilist rakendamist ja teadusideed
realiseeritakse seadnrete tarkvaras. Jtrba täna võib väita, et sagedusmttundurid on valmis
lahendatna kõiki neid ülesandeid, mida kirjeldatakse elektriajanreid käsitļevates õpikutes ja
telrnikakirjanduses. Sagedusmurrndurites rakendatakse üha laiernaĮt rnitmeid automaat-
juhtimise nüüdisteooria saavutttsi nagu hägusloogilist julrtirrrist, isekolrastuvat elrk
adaptiivjuhtinrist, objehi rnudeĮitel põhirrevat juhtirrrist jne. Vaheļdtrvvooluajarrrite
vektorjuhtinlille, mis veeļ 9O-ndate aastate alguses oli reļiniļine rtudissaar,'utus. on tätlastes
muutrdurites juba laiaļt kasutusel.
Muunduri kasutajaliidese poolt loodud mugavused tlraksavad. Mur.rnduri furrktsiolraaĮsed
ornadused ja tenra kasutajaliidese täiuslikkus ei prttugi olla omavalreļ kooskõlas. Trrrg surrnib
tootjaid alandama tnttuttduri hinda ja sageli tehakse seda kasutajaliidese arveļ. Seeuures
väherrdaiakse juhtrruppude ja tälrt_numbęmäidiku koļrtade arvu (3.'.5-ni). Har'vad pole
juhtumid, kus kasutajaļiidese näidiku 7-segmendilise nr"irnbri igale segrrrendile on onristatud
rningi kindeļ väljrtlidfunktsioon, rrt. kindla sigrraali olenrasolu, vaStav riļikettttrnus vttrs.
Mirrgist n]UgavLĮSest ei saa sel jtrlrul juttugi olla, sest nende "kriipsukeste" ja "konksttkestega"
sr-rhtlerrlirre nõLrab pikka õppirrrist või kasutusjuhendi pidevat lappamist. onraette ļ
nruidugi ka See, kas kasirta.jal on rnuundurit üldse tilrti vaja ünrber progl'an]ljleericla ja piisab.
kui sellega tegeleb nlõtri nruundurite paigaldarrrisele ja hooļdarnisele pülrendrtnud t-irma.
Täirislikr-rrna ja kallirrra kasrrtajaliidese puiruĮ valretatakse infot kņvarile iltluvate
įiļdarltsaadavate tekstidega, kusjuures suhtlenriskeel cn valitar,. Veelgi paindlikr"rmat
suļrtlenrist tnuttndririga r,õinraļdavad aga arvutiliides ja vaStav kasutajatait kvara' rrrilļe
rakettdanriseļ saab arvlrti ekraanile tuua kogu ntuuttdltri, ajarni või telrttoloogiaprotsessi tööd
pttudutava info, sh, tarbitud errergia tnaksumuse, võinlsuse, pinged, vooļud, töötsüklite
(toodete) arvu jne. Kuigi muundureid tootvad firrlad tamivad kasr"rtaja soovi korral vastava
tarkvara. võib nįisuguse tarkvara hirrd olla nrõnikord surtrenr krri rnurrrrduriļ.
1.4. į_ührisrootoriga asünkroonmootori omadusi
l.4.I' Võrgutoitel asünkroonmootori tunnussuurused
Li-ilrisrootoLiga asüttkroontitootori peamiseks eeļiseks alalisvooļrrlrrootorite, siinkroon- ja
faasirootor'iga asĮirlkr'oorttiiasiIrate ęeS on liikuvate korrtaktide (koliektori r,õi kontaktrõngaste)
pttuclutnine ja sellest tuļetrev ļiļrtne elritus, väike ļlind ja suur töõkindļus' Liļitrie eļritus ei
täherrda aga tnootorts įoinluvate fuüsikaliste protsesside ļiļrtsust. Pigeiri vastupi
liihisrootoriga asįinkroonIirootcr on oļĪ1a oletltuseļt kõige keerukatla tööpõhimõttega
elektrinrasitr. See keeruktts on tingitud staatori ja rootoriaheļa pidevalt nlttttttllu ast
induktiivsest sidestusest, nris omakorda põhjustab seal toilrruvate elektrrrrlragrre tiļiste
protsesside tnittelineaaIsuSe' l,isaks seļlele avaldub sur"rre ristlõikepirrnaga rootorirnälrtses
vaļrelduwoolr-ralielatele iseloornuĮik voolu väĮatõrjunrise eļik pirrnaefekt, nlis teistes
elektrimasiuates praktiliselt puudub.
Asünkroorrnrootori rrrehaallilise karakteristiku kuju sõltub suurel rnääraļ rootori ļįįhisrrrähise
ehitusest, eriti aga rootori uurete kujust. Lihtsustatud arvutustes seda sageli ei aruestata ning
arvuttrslik nreļraanilirre tutltrusjootr vastab tegelikule vaid nimikiirusele lähedases piirkoruras,
s. t. vääratrrslibistusest väiksernatel libistusteļ. Arvutuste aļuseks võetakse enamasti
ühefaasiline aseskeem fioonis 1.2). Täpsustagem, et aseskeem on objekti eļektriline tnudel,
mis iseloomustab seda eelkõige teatud vaatenurgast, ttt. elektrilisest ja rnehaanilisest, jättes
osaĮiselt kõrvaļe tnultcļ objekti puudutavad firüsikalised, Irt. soojttslikLrd nähtr-rsecį.
,s , \s Ls t- lr
Rr/ s
Joorri s ] . 2. Asįįnkroonmootori ļi Įrtsustatud aseskeenr
Aseskeemi parameetrid on:
,R, - staatorimäirise aktiivtakistus,
Į, - staatorir-rräh is e pr"ri stel,oost iingitud puisteirrdr"rkti ivsus,
L r, - mootari põhiindtrktiivsus,
Į,. - t'ootoI'inrähise puistevoost tingitud puisteirrdukIiivsus,
R. - rootoriniähise aktiivtakistus,
Ā _ õliupilu eļektronrotoorjõud,
,' _ rootcrri ļibistrrs staatorivälia suhtes.
Aseskeerni koļraseļt on rootoris elalduv energja võrdeļine võimsusega takistrtsel R,.A. TegeliĮ
I'ootori errergiakadr"r võrdub aga võimsusega takistil ,R/"' Nende kahe sltttrttse l,ahę iseļoo-
nrustab l11ooįoli eļ

Pn,ch= 3/;Ļ
.(R,. ) . /t-s) (ļ.I)
;-Rl.):mIĮR,l., J,
kits nr on staatoritnähise faaside arv.
Mootori pöördenrornendi saab aryutada valemiga
P.....,. [l-s)
T= :-ļ]]9ļl'
(.t)
= m/!" n,.l:|'
t o. (1.2)
kus rr; otr lootori nLrrkkiirus. Rootori nurkkiirus otl arvutatav vaļenrisa
a = 0r(1 - s) =2n' f(1- s) I p, (1.3)
kus al, on rootori sürrĮa'ooirkiirus ja p pooluste arv. Järeļikult, nrootori pöördert_rottrendi saab
avaldada ka aĮĻärgneval kujLrl
T= Pn' ļ?' Ļ (1.4 )
2r.f s
kus rootorivoolu saab arvutada vastavalt aseskeemiļe.
Rootorimähise pirulaefekti tõttur jaotub vool rnähise lattide ristļõike ulatuses suurematel
sagedrrstel ebaühtlaseļt. Mootori käivituse alghetkel on rootorimäliise sagedus ntaksimaalne ja
väherreb edaspidi koos libistusega. Nimitalitluses on rootorivooļu sagedus väike, tavaliselt
vaid rnõni herts. Seepärast avaldub piruraefekt pearniselt käivituse alghetkel, vähendades
rootorirnäļrise lartide efektįivset ristlõikepinda ja suurendades sellega rnähise takistusį. Seega
į0
toitnub käivitusel rootoritakistuse automaatne suurenemine. Võrdluseks võįb öeļda, et
faasirootoriga rnasinates lülitatakse käivitarnisel rootoriahelasse lisatakistus. PiruraefeĮcti nrõju
ja ühtlasi ka mootori käivitusmoment on määratud rootori uurete ja lattide tistlõikepinna
kujuga. Suurenra käivitusmornendi saamiseks on lįįhisrootoritel stigav- või kaksikuurded
fioonis 1.3).
Si.igav- ja kaksikuuretega lülrisrootoriga asünkoonmootori rrreltaanilise karakteristiļttr
atwutanrine otr võrdlemisi tįįlikas. Mitmed autorid soovitavad seļleks aseskeenri. ktts rootorit
iseiootnustatakse jaotatud paratneeritega. Joonisel 1.4 näidatr"rd aseskeemi soor.,it-ab firtna
''BaĮdor'' ortra vektorjulrtimisega ajarrlite nrootorįte karakteristikute arvutamiseks. kusjuurcs
teatucļ nrootorite kohta antakse kataļoosis kõik aseskeenrį oarameetrid.
H-=-
Joorris ļ.3. Asįįnļc'oonrnootori lįihisrootori sügav- ia kaksikr-r'Lrrcļed
D
,.s !^ Lrt L12
/s -5 Įr lr.
R1/ s R72/ s
R.i s
Joonis 1 .4. Lüļrisrootoriga asünkroorurrootori täpsustatud aseskcent
Jaotatud rootoriahela paran-reeūite määranriseks on TTĮ] elektriajamite ja jõuelektr'oonika
institutrdis väĮja töötatud hägusIoogilisel aproksimeerimisel põhirrev nretoodika Ill. niida saab
teadaoleva lnehaanilise karakteristiku puhul rakendada kõigi lüliisrootoriga asünkroon-
masitrate aseskeemi parameetrite määramiseks. Näiteks, AS Voltas toodetava 7,5 kW
võimsusega 4-pooluselise mootori I32M4 täpsustatud aseskeenli kohta orr leitud järgnrised
paranleetrid: Är:0,23; 1,.r:0.0038, L,r:0,l7; Lr:0,00i5; Ä,. = 0,065, ]'r2:0,0047
R11:2'4; R,.2=0,28. Mootori nimitoitepinge on seejuures 220 v, ninliļibistus 0,033;
nimikasutegLĮT ņ: 0,88 ja cos rpn:0,86.
ll
Täpsustattrd aseskeem aryestab täįelikurnalt pirrnaefektist tingittrd rootoritakisttlse sõļtuvttst
libisttrsest. Vclolude jagurierline aseskeemi rootoriaļreļa kahe haru vahel ning voolude jaotuse
nrltutunrine sõlttrvalt libįstusest irniteerib analoogilist pirrnaefektist tingittrd voolude
ür-rrber_jaotr-irrrise protsessi rootorinrähise varrastes. Teadaolevate parattreetrite korraļ
võimaļdab toodtrd aseskeenr küļļaļdase täpstrsega vžiĮa arvutada ltil-risrootor'iga
asįinkroonnrootori trrehaatrilise elrk kiiruse-nromendi-tutrtrusjoone fioonis 1.5). Nagu jooniselt
näIra, võib lįįhisrootoriga asürrkroonmootori rrrehaanilisel tr.rnnusjoonel oļla roļrken-r kui üks
nraksimtrnrurrnkt. Enarrrikul jūtudel on teine maksimunrpr-rnkt ļnootol'i vastĮliįiļįtĮĮStalitluse
aļas elrk kiiruse-motnerrdi tasandi kvadrandis, kus libisttts s ) 1 ja vaid ļrarvadeļ jtrlrtudel on
rnõļernad nraksimrrmid esitneses kvadran
trlonrendikõvera rlriirrimunrpunkt (sadulpunkt) on aga tavaliseit esitrreses kvaclraIrdis rring
rrrõjtrtab oļuliselt mootori käivitusprotsessi. MinirrraaIse mometrdi T,,,i,, väät1lisest sõļtttĮr
ntcotori koormatavus käivitanriseļ.
Erranrik asünkroonmootoreid tootvaid firmasid annab kataloogides mootol'i tttoIrlettdi StĮuruse
ninrįtltonrerrdi suhtes kolnres punktis, s. o. tnaksitnaaļse nromerrdi Tnra\jT,1' rliiIrintaalse
lriotrrendi T,nr,/T, rring nrrllkiirusel arendatava käivitusrr,orrrendi Tķ;iir/Tņ. ļ-isaks seĮļele on
kar'akteristiktrļ rrirrrilibistuseļ s, arendatav nitnirrrotrrent T'n ja sįįrrkroorikiirLrs C0!; kus
trtontent võrcįub nulĮiga (7':0).
Asįinkr'oontnootori nrehaarrilirie tunnusjoorr võib olĮa veelgi keerukanra krļrrga. ktti nrootori
iööd rnõiutavad vooļude kõrgerrrad lrarrrrooniļised või rrläļiiste ebasütttttleetr'ia. Seļļe įõttr-r võlib
nrootori ntotltent rrrõrreĮ ļibistuse väärtusel sadulnronrerrdiga võt'r'eļdes vee1gi väheneda.
Seejtrtrres tekib oht, et käivitrrsel või koornrttse nrurttumisel jääb nlo01Oļ'įöõle allpoo1
väĮir'attispuitkį rrtl. ttliltttatlriskiįrusele. Mootori sįaaįorivooļ orr sel juhtri r,ätii stiLtl. tuootori
tetlpet'atutĮr tõuseb kiirestija vajaliku kaitse puudrrnrisel võib rnälLis läbi põleda
otsevõrktt1įįl.ituses asįirtkroontrroototi talitĮus ol1 rnääratucį masina nitrlir,õitllsttse I'n ja
staatorinrähise poolr.isepaar'ide aļ'vuge' Masinat iseloonrustavad alljärgtrevad põhiclnradtrsed.
n Suur kāivittrsvool ļķairĢ.''] I), kus ļ, on nrasina nirnivool.
* Käivitusmoment Tktii''(1 ..3 Tr), ktts Z,z ort nlasitla nitnimonrettt.
. Mitteiil-ieaalĪe kiit'use-niotrrendi_tururusjoon.
" I-įbistus trinrinromendi pulrirl on2'..8 oÄ'
o Nllasina lubatav įiiekoorrntts nlornendi järgi ol1 Į,6..'ļ,8 T11 või 0,'i T,l1ĮĮx' Suuretla
koorntustrrotnerrdi puhul võib rnootor vääratuda; siis kiirus välrerleb iärsLr]t lring nrootori
llrähised lrakkavad väga kiiresti ohtļikult (10...30 s jool
. Piiraiud ltilitussagedr-rs, s. o' nrasitta soojenenrise seisukohalt lltaksinraaļse lt ļubattrd
käirlituste atv tttrutis' mis sõltub käitatava masįna Sum[Iaar'Sest iner1sirrromendist.
Asįirrkroonniootori põlrilised tururusjooned on näidatucį joonistel 1.5 ja ļ.6. Joonisel 1.5
kujirtatud kõver vastab sLturendatud käivitusrnomerrdiga ja suurerrdatud libistrrsega nrasinale.
Joonisel I.6 esitatud kõveraid võib käsįtleda kui asünkroorunasirra üidisi tttnnLtskõveraid. mis
konkreetse Inasina puhrrl võivad esitatutest oluliselt erineda.
12
t/tn,1T/Tn
r ļ -\-l
Vääratusmoment Tr", l
I
"'"1 Käivitusvool lu*u
4,0t ļ
ļl
2,0
Käivitusmoment Tu'u
g,oĮ r's _i-----l
I il
|T'n
z,o Į r,o
ļitt --ļ
ļ
l-l
I
r,o -f c,s
o ļo
0
1,0 n/n rt
Joonis l.5. otscrlõrkuĮūļinrses lüIrisrootoriga asüttkloonmooįori kiįrtrse-tlrotlt:ncįi-
j a kiiruse-voolu-tururus-i o,rned
l/i n, s/sn
t?, cosi?
1,C
0,9
0,8
0,7
0,6
nĘ
na
0,3
0,2
0 0,25 0,5 0,75 1 ,0 1 ,25 1 ,5 P/ P rt
Joorris ļ.6. PüSitaļitlrrseļ lįįlrjsr'outorig, asünkroonmocrtori voolu, iibistuse, cosro.ļa kaSLļįeguri
sõļįtvus koonrrusest
1.4.2. Sagedusnruundrrrist toidetava asünkroonmootori tunnussuĮlruscd
Asįinkroolrmootori kasr.rtusvõimalrrsed laienevad sagedusmttundur'ist toitrriiseļ rnärgatavalt.
Õigesti vaļitud trrootorį ja sagedusmuunduri puhul ning kui nluutrdttr talitleį) optirrraalseĮt.
võib sagedrrsjulrtinrisega ajanrit iseloomustada alĮärgnevate omadustega.
o Käivitusvooļ ol1tavaliselt kurri 1,5 1, ja selĮele Vastav käivitusrnotrtetlt ļ ,2.'.1,5 Tn.
. Koormusmonrencįist tirrgitud kiirusę vähenemine on l ...3 % nimikiirr"rsest il,, ning sõļtLrb
libistuse kompenseerimise ulatusest ning reguleerimispiirkonnast.
o Masina lühiajaliselt lubatav įįlekoormus mornendi järgi ulatub kurri ajarni piirrnomendirri.
Kui rnasirrat toidetakse sagedusmuutrdurist, siis vääratumise ohtu pole.
ļ3
. Käivitamine ei põhjtrsta masina ülekoomrust, sest sagedusmuunduri kasutanrisel töötab
mootor pidevalt stabiilse koormuse piirkonnas ja vool ei įileta |,5 ļt1.
' Kiiruse reguleerirrrispiirkond on enanrasti l...20 nirrg sõĮtub nrasitla ninrikiirusest ia
_võimsusest. Krrį masįna jahutusolud on väikestel kiirustel
halverlraci. siis vaheneb įl
juhul ka masina ļr"rbatud koormus.
c Sagedusjuhtirnisel võib suurtel pöörlemissagedustel nii verrtilatsioorrįniįira kui ka
pulsilaiusmoduļatsioonist tingitud nragrretiline rnįira suureneda, eriti kLri
pulsilaiusrnodulatsiooni sagedus on kuuidesagedusribas (0,5...8 kHz) ia seeiuures ka
suhteļiselt väike (aila 3 kHz).
Sagedusnrtrundurist toinr;set saab ajam töötada nrootori rrimikiir'r-rsest suuretrratel kiirLrsteļ.
Seejuures r'õib moottlri toitepinge sageduse suurendamiseļ įile rtinrisageclurse jääcta
konstantseks või suureneda võrdeliselt koos sagedusega. Kiirirse sttltretrcļatnisel üļe nrootot.i
rrilrrikiirrrse tuļeb alati arvestada nrootorile lubatud nraksimaaļkiir'ust' Eriti oļulilre on lubattrcl
kiiruse kontroll 2-pooir-rseliste mootorite puhul.
l.4.3. väljatugevuse välrendamine nimisagedusest suurematel sagedustel
Kui rnootori toitepingc sageduse suurendatnisel üle rritrrisageclr-rse jääb korlstatitseks. hakkab
nrootori 'zool ja järelikuit ka rrragnetväĮa tugevus vähenetna. Seepärast tiltrtakse antucl
t'eguleerilrrisviisi kiri kiirtrse reguleerimįsena välrerrdatucį väljatLrgevr,r.go. Ninrikiirrrsest ja
rrinrisagedusest allpooļ arerrdab mootoļ' kottstantset nrotrrentį
.ja toitepinget trruucletakse
ligikaudrr sagedusega võrdeļiselt. Kui rrirnipirrge ptūrrrl toidetakse rrrootorit teįiud arv-r-rtttslikr-r
sagedr-rsega, siis llirnetatakse vastavat sageclust ajarni põirisagecluseks (brl'te j"cc1t-tctlcy).
Paljudel juhtirdel langeb põhisagedus kokku nrootori ninrisagedLrsega. Põllisaģedusest
suurematel sagedustel ļrakkab mootori väljatugevus väļrenenra (mtttttutltatrr pirlge ja suirreneva
sageduse tõtttr), r-lris ornakor'da põhjustab mootori momencįi l,äļlenetrrise l.liiLusį
suu.enetnisel
fioonised 1.7 ja I .8).
u/u n
Į' consį * Ųn
r 7,-1
i
1..
r-l ļļ
ļ
/ir
-ļ_--l
lļ
0,6 lļ
0,57 Un _+ļ
l
1ļ
Q,4
0,2
fpAni = 50 Hz
0
0 10 40 70 B0 87 tlzrt/n,
Joonis ļ.7. Sagedusmuunduri pinge lineaarne sage

T4
"n
T/T
fpõn1 = 50 Hz
ņ
,,0
I
I
I
1.5
I
I
I
i
1,0 _l I
I
ļ
n?
I
-i
iļ
I
87 Hz n/rt n
Joon.is 1,8. lt4,lotori kiiruse-mcnrendi-tunnusjoorred sõituvalt toitepingest.ia sagedussest
ļ.4.4. Koņstanfse irlomendiga talitlus kuni 87 Hz sageduseni
Sageclusjulrtinrisega ajanii põhisagedust võib rrrõnel juhul surtretrdada kurri V3 kor'da. Kui
mootori nirrrisageclus orr 50 Hz, siis võib põlrisagedus olla kuni .5(t x ri3 =- 8j Hz. Kurra 50 Hz
sageduse pulrr.rl toicictakse nrootorit sel juhul {3 korda väikscnra pirigcga (nt. 400 : t3 =,
230 V), siis pezib ka nlootori rrimipinge 50 Hz puhul olema {3 korc]a väiksetn elrk 230 V. See
tinginrrrs orr täidetud' kui nrootori staatorinrähised on 230 / 400 V rrirrripirrge pulrul kolnirrru'k-
ļülituses.
on ohrlirre. et nicloįori pirrge sttureneb koos sagedusega ning ninripingest 230 v suurenrateļ
pūrgetel on pinge ja sageduse sulre kotrstantne (U/f : const) ning satrra r,äärtusega kui
nimipingest allpool.
Mäikigem, et ettattljke lllo(}īorisäIjacle prrhul toodetakse SuuJ:ell1a (tile 4 kW) võinlsLļSega
rnootoreicį ka sutreniale toitepingele, trt. pingele 400 l690 V. Neride nrasittate puhul pole
võinralik rakerrdada põhisagedttse suuretrdarrrist kuni 87 Hz. See1lärast tlrleb jälgida, et
suurendatucl põhisageduSega ajarnites kasutataks vaid 230 / 400 V rritrlipirlgega rnootoreįd.
Pinge ja sageduse r,õr'deĮisel suurendanrisci 50 Hz kuri 81 Hz ļaierreb ka tnootot'i konstarrtse
momerrdiga tööpiirkorrd kurri 87 Hz trirrg mootori võinrsus suuretleb seejuules nirrri-
võimsusega võrreļdes kLrni {3 korda fioonis i.9). optimaaļselt taļitleva sagedusmuunduri
kotral, eriti kLri töötatakse täispingel ja siinuselise vooluga, võib seda lubada ka ļühiajaliSe
ülekoormuse (shol"t-time d"Ņ) puhul, tingirnusel, et mootor'i nrähised on F klassi
isolatsiooniga. Oluline on seejuures, et sel juhul suureneb (kiiruse suurenemisel paraneva
jahutuse tõttu) isegi mootorile lubatud püSitalitļuse (S1) võimsus 35 oÄ võrra, nris tähendab, et
rnootorit võib kastrtada startdardsete võimsuste rea järgmise suurusasttle rnootori asemel.
Näiteks. 3 kW kolIlnur'kļülituses mootorile lubatakse püsitalitluses S1 sageduse 87 Hz puhrrl
4 kw võimsust.
1.5
Tfrn
Ą
lzo
l-'-
I
I
1,0
o,2
80 87 llzn/n,.,
Joonis l.9. Asįitrkroonrnootori konstantse motnerrdiga taļitļus kuni põhisagecļuseni įi7 Įļz
l.4.5. Lühisr'ootoriga asünkroonmootori generaaforitalitlus
Ajanr lälreb qertęraatoritaiitlusse krri nlootori toitepinge SagedLĮS ol'ļ ntootori tegelikLrle
kiiruseļe rlaSta\laSt pöörlernissagedusest väiksern (rnootoritalitļrises on toitepirrge sagecĮus
libistussagedr.lsc võt'ra Suufetlļ trroototi tegelikule kiir'usele vasįat,asį pöörlernissagedusest).
SeĮiest järeidub. et generaatoritalitluses on iibistus tregatiivrre fioonis 1.l0). Joorriseļ esitattrd
kõr'erat ttrleb käsitĮeda kui asįįnĮ
nasitla puhLrl võib esįtatust oluliselt erineda.
A Tnn
2,0
i so ļuo ļro
er)
Joonis l . l0. i\'iootori- ja generaetofiįalitļuse kiiruse-moniendi-tulrnusioorlccl
t6
Mootori generaatoritalitlust põŅustavad ajarnis alljärgrrevad tinginrused.
Mootorit käitab töönrasin, s. t. kiirr.rse suurenetnįsel üle sünkroorrkiiruse arendab trrootor
töölnasinat pidurdavat getreraatormotrtent Iķ (nt. koonnuse latlgetarnilre tõstemasirtaga
kui kiirus v: const.).
Mootorįt pidurdatakse rekuperatiivpicurdĮļsega. Toitepinge sageduse vähendarrrjseļ
ligikarrdu mootori k_ahekor'dse ļibistuse väärtuse r,õrra muudab rlootori rr:onretrdi rnälki
Tu: -Tc Sageduse jätkuval väļrendamisel (nt. aeglustusr'anlbi ptrlrirĮ) kestaįr
rekuperatiivpidurdr-rs kuni ajami peatumisetti. See tāļrerrdab, et ajarrrit peatatakse
konstantse rrrorrrendiga (rtt. veoajatri, rrrida peatatakse nraksirrlaaļkiiruseit v,,,r,, kltrti
paigalseisuni).
1.5. Sünkroon_ ja reluktantsmootorid
Peale asįittkr'ootrlllasinafe võib sagedrtsmuundurite abiļ käitada ka sįinkl'oon- ja
reluktarrtsrrlootoleid. Sürrkroonmasina peamiseks erinevr-rseks asįirlkloollllļootoriga võrreldes
on asjaolu' et trlasina er'gutamiseks ei kasutata indtttseeritud vooļusid. vai.J er'aļdi
ergutusrnähist või püsitnagrreteid. Maņetvälja ja vooIu sõļturttattt juhtinlise 1loolest
sarnanevad sįinkioottlnootor'id alalisvoolunrootoriteie. Kui sįįtrkroottnrootorite toitepilrge
sagedust juhitakse sagedustnuundurist, sõltuvalt rootori pöördenurgast (rragr"r aļaiisvooļr"ķ
rnootori kollektor korrurruteerib ankr'uvooIu), saadakse aļalisvooĮuajamile Sarnaste
otnaciustega a.;alrl. ReĮuktantsmootorid (reaktiivsed sünkroorrttootorici) įiļlerrdavad etldas tlii
asünkroorunootorite krri ka sünkroonmootorite onradusi. Käivitr-rsprotsessis ja liigkooLrnuse
puhul töötab l'elLtktantsitlootor rrii nagu asütrkroorunootof, püsitalitluses. S. o. pät'ast käivitust
ja juhnl kui koolrnusrr.ioment pole liiga suur I
Viimaseljtrhrrl r,õrcl'"rb tttootori Įibistus nulliga s : 0. Need duaalsed ontacjused cltr jälgitavad
ka reluktantsntootori kiirr"rse - monrendi turrnusjoontelt (|oonis ļ. ļ 1). Joorriseļ esitattrd kõverat
tuleb käsitļeda kui r'eluktantsmootori üldist mehaarrilist tunrrusioottt, rlis konļ
prrhLrl võib esitattrst oluļiselt erirredą,
Reltrktantsrrrootori StaatoĮ' orr eltitatud sanrutį nagtr astinktoonnrootori staator, kLricļ rootor'iļ on
selgeĮt trrääratļetud asetuscga poolusecl fioorris 1.12)' Rootori radiaalsrlunaline trtagnetiļiire
takistus (reluktarrts) t-truutltb Suuftes piirides. Ivlagnetväli on kotrtserttreei'itr"rd rootorinrä}rise
piirkondadesse. Sarrraselt asütrkroonmootorile asuvad LĮĮĮI'eteS valtralunliilriirrnist
Įįrlrismähised. Need nlälrised toirnivad ainult asünkroontaļitļuse pulrul. Sürrkroorrtaļitluse
korral lįihisnrähistes voclu eį indutseerita ja masin ei ergutu. Staatorirriälris peab arendanta
rootori nragneetimiseks reaktiivvõirrrsust. See on rootori õhupiĮu tõttu väga suur, sest õhupiltr
määrab nii nrasina r,õitrrsusteguri kui ka kasutegr.rri väärtused.
Reluktarrtsntootor'i sįįnkroontalitluse eeliseid kasutatakse grupiajanrite pr"rltrrl krrs nõr.rtakse
odavat sürrkroonliikunlist. Mootorid ühendatakse süsteemi lattidega nirrg neid toidetakse įįlrest
ja samast sagedusnrulrndurist. Reluktantsnrootorit ei saa siiski tööstuses rltassiļiselt kastrtada'
sest tal on rida oļulisi purrdusija kasutuspiiranguid.
'K/ ' \
T/T
','n Vāāratusmoment T.",
5,0
4,0
an
Käivitusmoment Tķ5iu
an Nimiv'ool t,' jä
xaivitusvoĮt tķ61u
nimimoment Tn
1,0
U
0,5 1,0
Joonis I. I I. Reluktantsmootori kiiruse-r,o,rencli-tunnus.iocln
Joonis l.l2. Neljapooļuselise reļuktantsmootori rootori ristlõikepind, millel on näha 4 radiaaļselt
asetsevat su]ęfud uuret (a) ja staaįori maņetvooņ srtunavad siseuurded (b)
Suur reaktiivenergia tatve, mis sõltub pooluste atvust ja masina võinrsusest.
otsevõI'kuļü]ituses on reluktantsnrootori võirnsustegur cos rp = 0,4...0,5
: -ia kasutegur
ņ 0,_55...0'8. Järelikult ttrleb relr-rktantsrnootorit toitva sageciusntuunduri võitltsLts valida
välrenraļt 60 o/o surrrenr kui sanra väĮultdvõimsusega asünkroonmootori pulrul.
Reluktantsrlrootori lubatav ülekoornrusmoment on ainult 1,2Tn. Kui tegelik ļIoment
on
suurelĪ, siis mootor vääratub sįįnkroontaļitlusest asünkroontalitiusse (ū. joonis l2).
Mootorit saab viia tagasi sünkroontaļitlr-rsse ainuļt koormusmomęndi väherrdanrisesa aļļa
l8
sünkroonseerimisnromenti Tsįjnkr (puĮĮ-in nlontent), nrilļe puhul nlootor siircįub
asünkroontal itlusest tagasi sünkrootltalitļusse.
Reļuktarrtsnrootoriga ajarni välise inertsirnomerrcļi väärtus on piiratud ligikaudu
3...6.]M.
Järelikrrlt. niisugust ajanrit saab kasutada suhteliselt väikese dürraamiĮise koortlruse
prrlrul.
Seda põhjustab asjaolu, et astlrkroontaļitlrrses arendab nlootor libistussaged,.rsel
pulseet'urlat monrenti. Kui mootor'sütlkroniseer'icįa. siis peab ta įįhe eĮektriļise
perioodi
kestel at'eIrdatrra piisavat täierrdavat dįįnaamiļist rrlornenti, et kiir.endada trii nrootori
enda
kui ka koormuse inerlsmassi.
Pulseeruva koonnusnromendiga ajamite pr-ürul (rrt. lrrrļknurksete ketir.ataste või
vänttnelrļranismide poolt põh.iustatud pulsatsioon) võib tekĮ
eriti
nradaļanraiel sagedr-rsteļ alļa 25 Hz tring niootor võib vääratuda. Niisrrguste ajarnite puhrrl
on vvä ga r'a ske kasutada reluk1ants irrootoreid.
o Sürrkroorrtaļitļuse vääratusnronrettt sõltub Väga sultrel rrtääral ja enam kui
asünļ
on väga
oļuļirre ĮJlf sõļtuvus sageciusest ja vähendattrd väĮatugevtrsega talitltlst po1e võimaļik
rakendada.
ReIuktatrrtstttootclrit toitvaļe sagedusmutrndurile esitatakse nõue. et ntrtunciur ei väliastaks
täispinget airrrrlt rrirlisagedr-rseļ vaid ka madalamatel sagecltrstel. et rlootolit piisa'aĮt e.rqutada
ja korrrperiseeiida pingeiarrg nlootori mäļrisęl ja toitealrelas.
Sagedusnluuncįui'i pararneetrite sättimiseļ on kastrļik arvetacĮa alļärgrre'aįcl sool,itusi.
" .f,rro^':.fpõhi== lttootori ninri- või arvutuslik sagedus.
e Libistuse konrpensatsioorrisäte = 0.
o Sünkroorrtaļitļtrse vääratusoltu tõttu ei kasutata aļļa 0,5...0,8 s kestusega käivitus- ia
aeglustuslarnpe.
' Väikestei saged ustel ķf