Sleepringankermotor
motor met gewikkeld anker
 
Root server » TechTalk » Electriciteit » Motoren » Asynchroon » Sleepringankermotor
De sleepringankermotor heeft een anker waarvan men de weerstand kan wijzigen en dus ook de aanloopstroom kan beperken.
-

-

Sleepringankermotor


Sleeprinankermotor (rotor en stator)


Sleepringankermotor (rotor of anker)

Rechts een sleepringankermotor die in de industrie gebruikt wordt. Er is een aansluitdoos voor de stator (stroomtoevoer van het electriciteitsnet) en een aansluitdoos voor de rotor (verbonden met een regelbare weerstand).

De meest gebruikte motoren in de industrie zijn asynchrone motoren met kortsluitanker, maar deze hebben bepaalde nadelen. De aanloopstroom is zeer hoog: je moet een asynchrone motor zien als een transformator, met een primaire wikkeling (stator) en secundaire wikkeling (rotor). De secundaire wikkeling heeft een zeer lage weerstand. Als een asynchrone motor start, dan vormt het anker nagenoeg een kortsluiting. De aanloopstroom kan zeer hoog zijn (tot 10× de nominale stroom). Om de aanloopstroom te beperken kan met de weerstand van de secundaire wikkeling (het anker) verhogen, bijvoorbeeld door dunnere staven te gebruiken, of door messing in plaats van koper te gebruiken. Dit heeft echter als nadeel dat de motor nooit optimaal werkt omdat er permanent verliezen zijn in het anker.

Door een gewikkeld anker te gebruiken en het anker te verbinden met externe weerstanden bekomt men een sleepringankermotor. Om een soepele werking met gelijkmatige koppel te bekomen is de rotor driefasig gewikkeld, dus met drie sleepringen. Op de foto zijn twee van de drie staven die de stroom van het anker naar de ringen brengen goed zichtbaar.

De stator komt overeen met die van een klassieke kortsluitankermotor. De fotos zijn afkomstig van het mijnmuseum in Lewarde, de motor wordt hier gebruikt om een persluchtcompressor aan te drijven. Achteraan in beeld ziet men de rheostaat om het anker te belasten. Eenmaal dat de motor zijn nominaal toerental bereikt heeft worden de weerstanden kortgesloten.

Wat heeft het voor nut om ankerweerstanden te gebruiken? Waarom niet gewoon statorweerstanden gebruiken? De nadelen van sleepringen zijn genoeg bekend: ze verslijten en moeten regelmatig onderhouden worden.

Het voordeel is dat het vermogen in de ankerkring beperkter is: men kan dus kleinere weerstanden gebruiken. Met statorweerstanden zou een motor van 200kW (zoals die in Lewarde) ook weerstanden van 200kW nodig hebben. Hier kan het vermogen van de weerstanden beperkt worden tot 5kW.

Waarom geen regelbare transfo gebruiken om de motor aan te zetten? Een regelbare transfo is duur, zeker als die driefasig uitgevoerd moet worden. De contacten moeten regelmatig onderhouden worden. Maar wat de doorslag geeft is dat een sleepringankermotor een hoger aanloopkoppel heeft dan een motor waarvan men de statorspanning verlaagt door weerstanden of een regelbare transfo.

De laatste foto rechts toont ons een oude driefasige asynchrone motor. Als de motor op snelheid gekomen was, konden de weerstanden kortgesloten worden.

De weerstanden worden manueel uitgeschakeld als de motor zijn nominale spanning bereikt, maar grotere motoren kunnen uitgerust worden met een automatische schakelaar. De centrifugaalschakelaar en weerstanden zijn op de rotor zelf gemonteerd.

In tegenstelling met statorweerstanden zijn de ankerweerstanden veel kleiner en bedraagt de spanning slechts een tiental volt bij het starten. De motor is immers een transformator, en door weinig wikkelingen (maar dikke) aan het secundair (de rotor) te gebruiken bekomt men ook een lage, veilige spanning. Het secundair is daarbij volledig ge´soleerd van het primair. Van zodra de motor begint te draaien zakt de opgewekte spanning verder.

De sleepankermotor vertoont grote mechanische gelijkenissen met de Double Fed Induction Generator die als asynchrone generator gebruikt wordt (de werking is natuurlijk volledig anders).

Rechts een bladzijde uit een electriciteitscursus, met alles wat je moest weten overdergelijke motoren: hoe aansluiten, hoe zien de borstels er uit en hoe ziet de rotor er uit.


Motor met sleepringen en Scherbiusmotor om een steenkoolmijnventilator aan te drijven

Figuur rechts:
Indien de belasting redelijk constant is kan men de rotorweerstanden gebruiken om het toerental van de motor te regelen, wat niet mogelijk is door de voedingsspanning van de motor te wijzigen. Indien men de voedingspanning van een inductiemotor verlaagt, dan is het statorveld zwakker, waardoor er meer slip ontstaat. Door de hogere slip ontstaat er een sterkere ge´nduceerde spanning in het anker, waardoor ook de stroom in de stator hoger wordt (principe van de transformator). Als de spanning lager wordt stijgt de stroom, waardoor het opgenomen vermogen ongeveer identiek blijft.

De curve met R=0 komt overeen met de curve van een motor met kortsluitanker (de volledige curve is te zien op de pagina over de gewone inductiemotor). Als de ankerweerstand hoger wordt, dan daalt de rotatiesnelheid (bij een gelijkblijvende belasting). De omwentelingssnelheid naargelang de belasting blijft redelijk constant bij een kortgesloten anker, maar is minder stabiel als de weerstanden ingeschakeld zijn (paarse aanduiding). Bij een constante belasting kan men de snelheid regelen met de weerstanden.

De verliezen in de weerstand zijn eerder beperkt (voor motoren van een relatief laag vermogen), zelfs als de motor permanent op een lager toerental draait, dit was daarom een manier om het toerental van de motor op een eenvoudige manier te regelen tot men overschakelde op frekwentieregelaars.

Scherbius motoren

Om de verliezen in de weerstand te reduceren kan men die ook gewoon weglaten en vervangen door een extra motor. De rotorspanning stijgt met de slip (en dus ook de belasting), het zou dus ideaal zijn om deze spanning te gebruiken om een extra motor aan te drijven.

De scherbiusmotor is aangesloten op dezelfde as als de sleepringmotor. De scherbiusmotor bestaat niet als zelfstandig motor, maar altijd als secundaire motor van een sleepringankermotor.

Als de belasting hoger wordt, dan stijgt de slip van een inductiemotor. Als de slip hoger wordt, stijgt ook de stroom door het anker. Er wordt een hogere stroom afgetapt aan de sleepringen. De secundaire motor krijgt daardoor een hogere spanning, waardoor de motorsnelheid stabiel wordt gehouden ongeacht de belasting.

De eerste foto toont een inductiemotor met sleepringen, gevolgd door een scherbiusmotor. De gecombineerde motor deijft een ventilator van een steenkoolmijn aan (vermogen 440kW).

Door de bekrachtiging van de scherbiusmotor te wijzigen (door middel van een kleine regelbare transfo) kan men het toerental van de installatie regelen.

Scherbius heeft niet enkel een type motor uitgevonden, hij ligt ook aan de basis van de codeermachine "Enigma" die door de duitsers gebruikt werd in de tweede wereldoorlog. In die tijd was dit de beste codeermachine, en de kode kon enkel gekraakt worden door menselijke fouten (gebruik van dezelfde woordcombinaties zoals "Heil Hitler!" in de gecodeerde berichten).


Ster/driehoek startschakeling

De ster-driehoekschakeling is de meest voorkomende startmethode vanwege zijn eenvoud, maar het aanloopkoppel is beperkt (zoals het starten met weerstanden of een regelbare transfo). Wanneer het erop aankomt een motor te starten onder belasting (zoals hier het geval is) zal men eerder een sleepankermotor gebruiken.

Tegenwoordig gebruikt men liever een gewone kortsluitankermotor met frekwentieregelaar waarbij men de motorparameters kan instellen in de regelaar zelf. Voor hoge vermogens gebruikt men een synchrone motor of een motor met variabele reluctantie.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-