Koblingsskjema for motorvernbryter for styring av sirkelsag
Ventilasjonmotor
Styrestrøm hovedstrøm transportbånd
Under er styrestrøm for en frekvensomformer for styring av motor som er tilkoblet sirkelsag
Under er styrestrøm og hovedstrøm for motor/transportbånd. Er lagt inn med tidsforsinkelser. Det er også tenkt i dette eksemplet at det skal være lås med nøkkel i et kontrollrom. En nødstopp bryter i kontrollrom og en nødstopp ved transportbånd. Hornet går før transportbåndet starter og det er lysindikering.
Stjerne trekant styring
Retrofit Star Delta motor automation on band saw
This is the machine that i am talking about. Improper decoration may cause serious problems.. This machine is so old, that it did not even had a thermal protection for the motor. It had a manual Start-Delta 3-phase switch. The operator must turn the switch to Star for some 5-6 seconds and then turn it to Delta to get full torque. The customer reported that someone forgot to turn the switch to Delta, the motor overloaded and finally it overheated to the point of no return. IMHO, i believe that the machine should not be decorated the way it is, for the operator is easy to get carried away…
In this BLOG entry, i will present a very simple (actually, the simplest one) automation of a Star-Delta motor start up. I made this because i was asked by the customer to make something that will eliminate human error during start-up, and also it will have thermal protection for the motor in case of overload…
Getting started
This is the switch that the machine originally had. Many of you are familiar with this type of switch. I do not have a photo with the switch onto its original position. This is an exploded view 🙂
A typical Star-Delta switch needs 2 buttons (one NO and one NC), 3 load relays and one timer. Of course, i got also a thermal protection for the motor. I did not add a fuse switch because the supply already had one. Here are the parts:
The lamp that you see, i did not use it. When i gave power to this lousy cheap lamp it exploded. So i replaced it with 220v LED indication lamps. I totally suggest you use LED indication lamps for such automation.
In the box
First, i had to mount all the parts inside the box:
 |
 |
 |
| This is how i will put them (layout) | I cut a piece of this special profiled aluminum bar | I marked it |
 |
 |
 |
| Marked the point to drill | I drilled 3.8mm holes | And i screwed it on the box |
All the parts can now clip-on the profiled aluminum piece:
Wiring the parts
First of all, i needed a wiring diagram. A Start-Delta automation is one of the simplest automation, so i made a very rough diagram on a piece of paper within a few minutes.
 |
 |
 |
 |
| This is the wiring diagram for the Star Delta automation | In industrial automation, always use wire-end metallic cups to secure the connection | This is the assy ready to be connected onto the machine | A closer look |
On the machine
I tested it in my lab. Then, i took it at the customer’s place.
 |
 |
 |
 |
| First, i made a base out of MDF wood and fixed it on the machine | This is how it looks from the side | With my special 22mm drill i will open holes for the wire grips | 2 at the bottom for the motor and one on the left hand side for the mains |
 |
 |
 |
 |
| I connected the 3 wires, one for mains and 2 for the motors | I marked the 4 positions for the buttons and the lamps | Typically, such material require a standard 22mm hole to fit | everything is in position now |
That’s all…
Nothing hard, nothing fancy. Just a typical Star Delta automation. The green button starts the sequence, the red button stops the machine, the green LED lights when the machine is running and the red LED lights if the thermal protection is tripped. This is how it looks on the machine:
Vedlikehold av elektriske motorer
VEDLIKEHOLD AV ELEKTRISKE MOTORER
Elektriske motorer er enkle i oppbygningen, men de er allikevel avhengige av vedlikehold for å kunne fungere feilfritt.
Det eneste bevegelige delen i motoren er rotoren. Den er opplagret i rullingslagre eller glidelagre. Lagre trenger smøring for å fungere normalt. Siden motoren omsetter energi til arbeid, utvikles det også varme som må bort.
Det daglige ettersynet har stor betydning for at motorene skal fungere uten feil. Vi kan se og høre på motoren når den går, og vi kan kjenne på motoren om temperaturen er for høy. Luktesansen er også en god hjelper. En motor som er i ferd med å bli overopphetet, vil avgi en lukt som ikke er til å ta feil av. Lagre som begynner å bli slitte vil også kunne høres når vi bruker en skrutrekker som hjelpemiddel.
Det er også viktig å kontrollere at alle tilkoblingsskruer er fast tiltrukket. På grunn av de vibrasjonene som er ombord kan disse løsne. Løse kontaktre vil føre til dårlige elektriske forbindelser. Det kan oppstå gnistdannelser som gir brannsår i kontaktene. I en dårlig elektrisk forbindelse vil det også utvikles varme som kan skade kabler og ledninger. I verste fall også være årsak til brann.
Motoren må også være fast tilskrudd i festene. Dersom festeboltene løsner, vil motoren bevege seg i forhold til koblingen til det utstyret som skal drives, og opprettingen vil bli feil. Dette kan føre til skader på koblingen og på det drevene utstyret. Det kan også føre til at motoren arbeider tyngre dersom koblingen eller det drevene utstyret skades.
10.2.1 Rengjøring
Rengjøring av motoren er ikke bare for at motoren skal se ordentlig ut. Det har stor betydning for varmeavgivningen at det ikke er et lag med smuss og støv både innvendig og utvendig, som isolerer motoren og hindrer varmeavgivningen.
En god rengjøring vil sikre god kjøling, slik at ikke spolene blir overopphetet. Overoppheting vil skade isolasjonen og forårsake kortslutninger og jordslutninger. Dermed vil motoren være havarert, og må tas ut for reparasjon. Dette kan være en vanskelig operasjon ombord. Vikling av motorene gjøres i dag på spesialverksteder.
Rengjøringen kan vi gjøre med en støvsuger dersom vi kan komme til med den. Dette er den beste metoden for å fjerne løstsittende støv og skitt. En annen metode er å “blåse” motorene. Da blåser vi med trykkluft. Fjerner vi støv og skitt på denne måten, må lufta være tørr og rein. Fuktighet i lufta kan bli igjen inne i motoren, og faste partikler kan blåses inn i spolene og skade isolasjonen. Et nøye vedlikehold kan i så fall ende med havari av motoren. Brukes det trykklyft, må ikke trykket være for stort, og ikke over 6 bar. Lufta som brukes bør helst filtreres.
Det går også an å bruke en tørr børste og lofrie kluter. Dette kan være gode hjelpemidler. Til reingjøringen av kommutatorer og sleperinger må pussegarn og smergelpapir må ikke brukes. Smergelen inneholder ledende partikler, som løsner når under bruk og kan bli igjen og være årsak til kortslutninger.
10.2.2 Tørking
For å unngå at isolasjonsmotstanden reduseres, må viklingene i motoren være tørre. I en motor som er i drift vil ikke dette være noe problem. I spolene vil det utvikles varme, som driver fuktigheten ut innenfra i viklingene. Dette er den beste måten vi kan holde motorene tørre.
En motor som står i kortere eller lengre perioder, vil trekke til seg fuktighet, og det dannes kondensat. Dette må tørkes ut. Mindre motorer kan vi kjøre tørre med jevne mellomrom. Er det for eksempel motorer som står stand by, bør dette veksles på, slik at begge eller alle motorene blir kjørt.
For større motorer monteres det ofte varmeelementer som kobles inn og ut automatisk når motoren står. Undre drift må inn og utkoblingen av varmeelementene kontrolleres, slik at de ikke tilfører ekstra varme til motoren.
Dersom isolasjonsmotstanden i motoren er så lav at det ikke er tilrådelig å kjøre motoren, må den tørkes kunstig. Dette kan gjøres ved å plassere varmeovner under motoren, eller allerhelst blåse tørr, oppvarmet luft gjennom den.
Har motoren blitt utsatt for sjøvann, må den spyles godt med ferskvann før den tørkes, slik at det ikke er rester av salt igjen inne i viklingene.
10.2.3 Lagre
I kortslutningsmotorene er det lagrene som er utsatt for slitasje. Sleperingsmotorene har sleperingene og børstene i tillegg. Lagrene er som regel kule- eller rullelagere, som må kontrolleres med jevne mellomrom. Dette er ekstra viktig ombord på skip og platformer, fordi her vil de være ekstra utsatt for vibrasjoner. Vibrasjoner er en kilde til stor slitasje, spesielt på lagere som står i ro. Da vil de samme rullelegemene være utsatt for belastning hele tiden, og ta opp vibrasjonene. I et rullingslager er anleggsflatene små, slik at vibrasdjonsbelastningene blir ekstra store. Når motoren startes, kan vi risikere at lageret havarerer.
Når lagerene skal kontrolleres, kan vi i første omgang gjøre dette med en skrutrekker eller et stetoskop, som vi lytter på lageret med. Det skal ikke være noen ulyder eller knepp. Er lageret dårlig, må det skiftes.
En elektromotor er konstruert med så litet luftgap mellom stator og rotor som mulig for å få så gode elektromagnetiske forhold som mulig. Dersom lagerslitasjen blir stor, kan vi risikere at rotoren “subber” i feltet. Dette kan føre til at isolasjonen slites og vi får jordslutninger i motoren, og den “brenner”.
Lagerene i motoren er plassert i endedekslene til motoren. Av og til kan ytterringen i lageret begynne å rotere i huset. Dette vil raskt føre til stor slitasje, med fare for at rotoren skal komme i kontakt med statorviklingene. Det samme kan av og til skje med innerringen. Rotorakselen kan begynne å rotere inne i innerringen, og både innerringen og akselen blr utsatt for slitasje. I tillegg vil vi kunne få en ekstra oppvarming av lageret som kan føre til at lageret blir ødelagt.
Kule- og rullelagere smøres når de settes inn. Når de har gått ut driftstiden, tas de ut og renses og smøres på nytt. På enkelte motorer er det smørenipler på lagerene. Disse kan være problematiske å smøre. Et lager som blir oversmørt, kan gå varmt og kaste ut fett inn i mellom viklingene og ødelegge isolasjonen.
På store motorer kan lagerene være glidelagere som må smøres. Som regel er dette plaskesmøring. Oljestanden i lagerhuset må kontrolleres regelmessig.
10.2.4 Sleperinger og børster
I motorer som er utstyrt med sleperinger og børster, vil det være et behov for særlig ettersyn. Børstene skal ligge an mot sleperingene, slik,at det blir en strømoverføring til rotoren. For å sikre dette er blir børsten holdt på plass av en fjær, slik at den klemmes mot sleperingen. Børsten skal ha et bestemt trykk. Dette er avhengig av børstetypen, flaten og maskintypen. Hva som er det riktige trykket oppgis av motorleverandørenm.
Er børstetrykket for litet, vil vi få en dårlig kontakt, som fører til gnistdannelser og sår i både børstene og sleperingene. Er trykket for stort, vil vi unormal slitasje av børstene og sleperingene.
Ved riktig børstetrykk vil det også være en slitasje på børstene. Disse kan vi relativt enkelt skifte ut med nye. Det er viktig at kullmaterialet i børstene er riktig, og tilpasset materialet i sleperingene. Børstetypen bør være den som er foreskrevet fra motorleverandøren.
Når børsten kontrolleres eller skiftes, må vi passe på at den ligger an med hele flaten.
For å tilpasse nye børster til sleperingen, kan vi gjøre dette med et sandpapir.
Det er viktig at tilpasningen gjøres med sandpapir og ikke smergelpapir. Smergelstøv kan sette seg fast eller komme inn i mellom viklingene redusere isolasjonsmotstanden.
Er det sår i sleperingene, må de dreies eller slipes ned for å få en jevn overflate.
Asynkron motor
10.1 ASYNKRONMOTOREN
10.1.1 kortslutningsmotoren
De mest brukte elektromotorene i dag, er trefase asynkronmotorene. De har en rekke fordeler i forhold til enfasemotoren.Trefase asynkronmotorene har en rekke fordeler framfor enfasemotorene. De er enklere å konstruere, dreiemomentet er jevnere og vekten av tilførselskabelen kan reduseres.
Fig. 10.1 Oppbygningen av en asynkronmotor
En elektrisk motor (asynkron kortslutningsmotor) består av en rotorvikling, statorvikling, klemmebrett med klemmehus, vifte og viftedeksel. Statorviklingen er kobberviklinger som lager et elektromagnetisk felt når det får spenning. Det feltet får inn en spenning (strøm) i rotoren som får flere felt til å vikle seg inn. Vekselspenningen går fram og tilbake fra nord til sør og til nord og til sør igjen. Da begynner rotoren å svive rundt. Da kan du koble på det du vil motoren skal drive.
Asynkronmotor går IKKE i takt med frekvensen og synkronmotor går i takt med frekvensen, for eksempel 50hz. Vi kobler i stjerne for å få en mykere start og vi kobler ofte i trekant for å få mer kraft i motoren.
Når vi kobler spenning til Statorviklingene oppstår det et magnetisk felt i statoren.
Dette feltet dreier. Fordi?
I startøyeblikket passerer dreiefeltet de stillestående rotorviklingene og induserer spenning i dem.
Den induserte rotorspenningen får det til å flytte strøm i de kortsluttete rotorviklingene.
Strømmen gjør til at det blir dannet et magnetisk felt rundt kvær av rotorviklingene.
Det magnetiske feltet rundt rotorviklingene danner magnetiske polar som blir tiltrekt av det magnetiske dreiefeltet i statoren.
Som fører til at rotoren begynner å rotere.
Statorviklingen kan ha flere poler. Vi har motorer som er topolet, firepolet, sekspolet og så videre.
Statorviklingen kan vi koble i stjerne eller trekant. Kobler vi viklingene i statoren i stjerne, vil alle viklingene ha et felles koblingspunkt, og strømmen må gå gjennom to viklinger fra den ene fasen til den andre.
Fig. 10.2 Statorviklinger med stjerne og trekantkobling
Kobler vi statorviklingene i trekant, vil hver vikling være koblet mellom to faser, og strømmen går bare gjennom den ene viklingen. I praksis betyr dette at en stjernekoblet stator har større spenningsfall enn en trekantkoblet.
Rotoren er opplagret inne i statoren Den består av en jernkjerne. Når vi setter spenning på statorens spoler, vil det oppstå et magnetisk felt som roterer, dreiefeltet.
I hver spole oppstår det et felt som varierer analogt i størrelese og retning med vekselstrømmen gjennom spolen. Feltene fra spolene setter seg sammen til et resulterende felt. Dette feltet har en konstant størrelse, og roterer med en hastighet som er synkron.
o * 60
n = ————— (o/min)
p
I formelen er n turtallet. o er spenningens frekvens og p er antallet poler. Vi multipliserer med 60 for å få turtallet pr. minutt, det vil si 60 sekunder. Frekvensen er oppgitt i perioder pr. sekund.
I rotoren vil det dannes virvelstrømmer på grunn av induksjonen. Jernkjernen blir strømførende og vil få et dreiemoment i samme retning som dreiefeltet.
Fig. 10.4 Rotor til en kortslutningsmotor
Jernkjernen kan ikke være massiv. Da ville fort gå varm. I steden er den satt sammen av mange lameller med langsgående spor. I dette sporet legges rotorviklingen. Den kobles ikke til noe nett, men kortsluttes i seg selv. Derfor har denne type motor fått navnet kortslutningsmotor.
Fig. 10.5 Rotorvikling og rotor
Ved start av motoren, vil dreiefeltet passere rotoren som står stille. Da vil det induseres en spenning i rotorviklingen, og det vil flyte en strøm. På grunn av strømmen, vil det oppstå en fluks som er rettet mot dreiefeltet. Dette gjør at når en nordpol i dreiefeltet nærmer seg en av polene i rotoren, vil denne bli nordpol, og de vil frastøte hverandre.
Når nordpolen i dreiefeltet har passert rotorpolen, og fjerner seg, vil den bli en sydpol, og disse polene vil tiltrekke hverandre. På denne måten vil alltid rotorenfå en polaritet som gjør at den dreier seg i samme retning som dreiefeltet, og motoren vil være selvstartende.
På grunn av virkemåten, vil aldri rotoren komme opp i den samme hastigheten som dreiefeltet. Det blir alltid en viss sakking i forhold til det synkrone turtallet. Det er dette som regulerer motorens hastighet. Dersom belastningen på motoren blir mindre, vil rotoren først øke hastigheten. Dermed vil den nærme seg dreiefeltets turtall og miste dreiemomentet slik at turtallet minsker. Dersom vi belaster motoren, vil rotoren begynne å sakke, det går større strøm i statorviklingene, dreiefeltets styrke blir større, den induserte spenningen i rotoren blir større, og rotoren øker hastigheten. På grunn av dette har motoren fått navnet asynkronmotor.
På motorene finner vi alltid en merkeplate. Den inneholder de opplysningene vi trenger for å koble motoren.
Fig. 10.6 Eksempel på merkeplate
På denne er det oppgitt hvilke spenninger motoren kan tilkobles, hvilke strøm den trekker ved de forskjellige spenningene. Vi finner også hvilken virkningsgrad den har, og de effektene den kan avgi. Det er også oppgitt hvilke turtall motoren skal gå med.
På denne platen finner vi at motoren kan kobles til 380 V når den kobles i stjernekobling, og 220 V i trekantkobling. Vi finner også at merkestrømmen ved 380 V er 67 A i stjernekobling, og ved 220 V og trekantkobling er den 116 A.
Fig. 10.7 Koblingsboksen og forlegningen av viklingene
På illustrasjonen ser vi hvordan viklingene er forlagt og koblet til koblingsskruene i koblingsboksen. Den er plassert utenpå motoren, slik at den er lett å komme til.
U – V – W er koblingsskruene hvor tilførselen kobles til. Til skruene merket Z – X – Y er viklingenes motsatte ende koblet til. Mellom koblingsskruene kan vi legge forbindelser, lasker. På illustrasjonen er disse tegnet som tykke svarte streker. De er tilpasset slik at både stjerne- og trekantkoblingen kan gjøres med de samme laskene.
Når vi kobler spenningen til motoren, er vi avhengige av at fasene kommer i riktig rekkefølge for at motoren skal rotere i riktig retning. Det finnes instrumenter vi kan bruke for å finne faserekkefølgen, men som regel har vi ikke noe slikt instrument for hånden. Muligheten for at motoren skal rotere i feil retning er stor. Dersom dette er tilfelle, kan vi snu retningen ved å bytte om tilkoblingene av hvilke som helst av faseledningene i tilkoblingen. Dette vil gi den riktige rekkefølgen, og motoren vil rotere i riktig retning.
10.1.2 Sleperingsmotoren
Kortslutningsmotoren har dårlig startmoment og den stor startstrømm. Ønsker vi å unngå dette, kan vi benytte en sleperingsmotor. I denne har rotoren en vikling på samme måte som statoren, slik at den har like mange poler og faser.
Fig. 10.8 Rotor til sleperingsmotor
Viklingene i rotoren er koblet til segmenter som er montert rundt motorakselen, slik at de danner en ring, slepering. Sleperingen er koblet til en starter. På denne måten begrenser vi startstrømmen, og får et stort startmoment.
Fig. 10.9 Gjennomskåret sleperingsmotor
Når vi starter en sleperingsmotor, står rotoren stille, og dreiefeltet skjærer lederne i rotoren med stor hastighet. Da induseres det en stor spenning, og det flyter en stor strøm i lederne. Den store strømmen blir redusert i en starter som er koblet inn over sleperingene.
Når rotoren begynner å rotere, vil rotorstrømmen avta. Samtidig kobler vi ut starteren trinnvis, slik at den er helt utkoblet når motoren har oppnådd full hastighet. Da er rotorviklingene kortsluttet, og motoren fungerer som en kortslutningsmotor.
Strømmen til rotoren overføres med børster og sleperinger. Disse vil være utsatt for slitasje. Defor er større motorer utstyrt med et håndtak til å løfte børstene fra sleperingene. Samtidig som børstene løftes, kortsluttes sleperingene.
Hva menes med modernisert ventilasjonssystem??
Det menes at det blir automatisk styr. Den mest vanlige styringen i denne sammenhengen vil være trinnløs regulering ved bruk av frekvensomformer. Ved andre styringsmetoder så bruker man motor med Dhalander koblinger. 2 hastighets motor. Styring kan bli regulert av timer, automatisk inn og utkobling. Fuktighetsføler osv, osv.
Ved 400V så kobles det i stjerne. Minste tverrsnitt til fordeling er alltid 10mm2.
Tilførsel til motor og underfordeling kan være PFXP.
I hovedfordeling bruker man 3 polt overspenningsvern og i underfordeling bruker man 4 polt, når det er TN-C-S.
Se Nek 400 del 4
Beregne trefaset motor
Disse formlene gjelder for beregninger på trefaset motor.
√3 er med fordi det er trefase.
cosφ er med fordi vi beregner verdier for en motor.
Forholdet mellom Virkningsgrad, tilført effekt og avgitt effekt
η = P2/P1
η = virkningsgrad
P2 = avgitt effekt
P1 = tilført effekt
Tilførte effekt når du kjenner spenning, strøm og virkningsgrad
P1 = U * I * √3 * cosφ
P1 = tilført effekt
U = spenning
I = strøm
cosφ = effektfaktor
Strømmen nå du kjenner den avgitte effekten
I = P2 / (U * √3 * cosφ * η)
I = strøm
P2 = avgitt effekt
U = spenning
Cosφ = effektfaktor
η = virkningsgrad
Sakking / Turtall
s = ns ? n
s = sakking
ns = synkrone turtall
n = motorens turtall
Synkront turtall
ns = (f * 60) / P
ns = synkront turtall
f = frekvens
P = antall polpar
Tabell over polpar og turtall
| P = ant. polpar | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| ns = synkront turtall | 3000 | 1500 | 1000 | 750 | 600 |
Resistans i en leder
R = (ρ * l) / a
ρ = resistivitet (resistansen i en leder på 1 m med et tverrsnitt på 1 mm2)
l = lengde i m
a = tverrsnittet i mm2
ρ = 0,0175 for kobber og 0,030 for aluminium
eksempel på tilkobling av jording til motor
Når vi skal utføre en trinnløse regulering så anbefales det at motor tilførselen har en kabel med 4 ledere slik at motoren jordes i begge ender.
Under ser du et bilde av en noe uvanlig klemme for tilkobling av viklingene til motoren. Men prinsippet er jo for andre motorer også.
OBS! Ved en eventuel lokal utgjevningforbindelse mellom motorens kapsling og en “annen ledende del” i umidelelbar nærhet av motoren skal jordes med en jordleder som ikke skal være mindre enn halvparten av jordlederen til motoren som føres sammen med faselederene, dog ikke mindre enn 2.5mm2 om den har mekanisk beskyttelse eller ikke mindre enn 4mm2 om den har mekanisk beskyttelse.
Eksempel: Tilførselen til motoren er 3 x 10mm2 + PE. Lokal utgjevningsforbindelse skal da ha et tverrsnitt: Spe / 2 = 10mm2 / 2 = 5mm2. Det nærmeste normerte tverrsnitt blir da 6 mm2 ( Vi går alltid oppover ved valg av normert tverrsnitt, ikke nedover)
Eksempel 2: Tilførselen til motor er 3 x 2.5mm2 + PE. Lokal utgjenvingsforbindelse blir da: Spe / 2 = 2.5mm2 / 2 = 1.25mm2. Nærmeste normert tverrsnitt blir da 1.5mm2. Men NEK 400 sier at tverrsnitt skal ikke være mindre enn 2.5mm2 når den har mekanisk beskyttelse og 4 mm2 når den er ubeskyttet.
Tverrsnittet for den lokale utgjevningsforbindelse for eksempel 2 blir da = 4mm2 ( siden den er ubeskyttet )
EMC og mulige løsninger
EMC løsninger for en lærling er vel mest relevant i forbindelse med en fagprøve og evt å svare på noen spørsmål i en eksamen.
Vedrørende fagprøve så er det jo en oppg. om frekvensomformer som gjør at vi må gjøre noen valg for å vise at vi kan litt om dette.
Ved beskyttelse ifb. med EMC så skal kabelen jordes 360 grader. Da er det skjermen som jordes til motorkapslingen og fordelingskapet via en EMC nippel. Også i skapet så skal man avisolere kabelen slik at skjermen vises for så bruke en sadel å feste kabelen til veggen på fordelingskapet ca. pr 15 cm. Da vi kabelen få en skikkelig go jording. Ofte står det i produktbladet for den aktuelle frekvensomformer at man skal bruke en sadel, som beskrevet over for å jorde skjermen til frekvensomformeren. Derfor er det viktig og lese manualer nøye slik at du kan se hvordan du skal gå fram ang valg av skruer osv. Frekvensomformeren har som regel med en EMC plate som monteres sammen med den slik at skjermen på kabelen kan jordes. Anbefales at det bruker kabel med flettet skjerm. Beskrivelse av kabel kan du se i kategorie ” fagprøve” hva skal med på fagprøven.
