Perusteet sähkömoottoreiden ymmärtämiseen

Perustietoa moottoreista

Teollisuuden liikkeelle paneva voima

VEM MOTORS FINLAND OY

1

2

IEC-runkokoko

> IEC (International Electrotechnical Commission)

> VEM oikosulkumoottorit ovat IEC-rungossa CENELEC-tehoilla

> IEC-tunnus kertoo moottorin akselikorkeuden

> IEC 132: mitta akselin keskikohdasta tassujen pohjaan on 132 mm

2

3

IEC-runkokoko

> Samalla määräytyy akselin halkaisija ja pituus, etäisyys akselin olakkeelta tassujen N-

pään reikään sekä tassuissa olevat reiät.

> Saman IEC-tunnuksen omaavat moottorit ovat asennusmittojensa puolesta

keskenään vaihtokelpoisia.

3

4

IEC-runkokoko

> IEC määrittää myös laippamitat

> IE2-WE1R 132M 4, IMB5 FF265

> IE2-WE1R 132M 4, IMB14FT165 / IMB14FT215

4

5

Drive end / Non drive end

> IEC 60034-7 määrittelee sähkömoottorin päädyt

• D-pää (Drive end)

• N-pää (Non drive end)

> Akselin pyörimissuunta on joko myötäpäivään tai vastapäivään moottorin D-päästä

katsottuna.

> Kun verkon vaiheet L1, L2 ja L3 kytketään U, V ja W -> akselin pyörimissuunta on

myötäpäivään.

5

6

Käyttötavat

6

> Moottorin nimelliskäyttötavat merkitään S1, S2, S3, … S10

> S1 jatkuva käyttö • Kone toimii vakiokuormituksella niin pitkän ajan, että loppulämpötila savutetaan.

> S2 Lyhytaikainen käyttö • Kone toimii vakiokuormituksella määrätyn, niin lyhyen ajan, että loppulämpötilaa

ei saavuteta.

• Leimaus esim. S2 60 min.

> S3 Jaksollinen ajoittaiskäyttö • Käyttö muodostuu sarjasta keskenään samanlaisia jaksoja, joista jokaiseen

kuuluu toimintaaika vakiokuormituksella sekä seisonta-aika. Loppulämpötilaa ei saavuteta jakson aikana.

• Leimaus esim. S3 25 %.

7

Käyttötavat

> S4 Jaksollinen käynnistyskäyttö • Käyttö muodostuu sarjasta keskenään samanlaisia jaksoja, joista jokaiseen

kuuluu käynnistysaika, toiminta-aika vakiokuormituksella sekä seisonta-aika.

Loppulämpötilaa ei saavuteta jakson aikana.

• Leimaus esim. S4 - 25 % - 120 c / h – JM

> S5 Jaksollinen käynnistys- ja jarrutuskäyttö

• Käyttö muodostuu sarjasta keskenään samanlaisia jaksoja, joista jokaiseen kuuluu

käynnistysaika, toiminta-aika vakiokuormituksella, jarrutusaika ja seisonta-aika.


• Leimaus esim. S5 - 40 % - 120 c / h - JM

7

8

Käyttötavat

> S6 Pysähtymätön ajoittaiskäyttö • Käyttö muodostuu sarjasta keskenään samanlaisia jaksoja, joista jokaiseen

kuuluu toiminta-aika vakiokuormituksella sekä tyhjäkäyntiaika.


• Leimaus esim. S6 40 %.

> S7 Keskeytymätön käynnistys- ja jarrutuskäyttö • Käyttö muodostuu sarjasta keskenään samanlaisia jaksoja, joista jokaiseen

kuuluu käynnistysaika, toiminta-aika vakiokuormituksella sekä jarrutusaika.

Jarrutus tapahtuu sähköisesti( esim. vastavirtajarrutus ). Loppulämpötilaa ei

saavuteta jakson aikana.

• Leimaus esim. S7 - 500 c / h – JM

8

9

Käyttötavat

> S8 Pysähtymätön määräjaksollinen käyttö • Käyttö muodostuu sarjasta keskenään samanlaisia jaksoja. Jokaiseen

jaksoon kuuluu toiminta-aika vakiokuormituksella määrätyllä nopeudella,

jota välittömästi seuraa toiminta aika toisella nopeudella ja toisella

vakiokuormituksella. Pyörimisnopeuksia voi olla kaksi tai useampia.


> S9 Käyttö vaihtelevalla kuormalla ja nopeudella • Käyttö muodostuu sallitulla käyttöalueella tapahtuvista kuorman ja

nopeuden vaihteluista, jotka yleensä eivät ole jaksollisia. Tämä käyttö

sisältää usein tapahtuvia ylikuormituksia, jotka voivat merkittävästi ylittää

nimelliskuorman.

> S10 Käyttö vaihtelevalla vakiokuormalla • Käyttöjakso muodostuu enintään neljästä osajaksosta erisuurella

vakiokuormalla. Käyttöaikakullakin vakiokuormalla on niin pitkä, että

loppulämpötila saavutetaan.

9

10

Kytkennät

> Tähtikytkentä (Y) / kolmiokytkentä (D)

10

> Kaksinopeusmoottorit (navanvaihtomoottorit)

11

Kytkennät

> Dahlanderkytketyt moottorit

11

> Yksivaihemoottorit

12

Liitinmerkinnät / jännitteet

> IE-standardin mukaiset jännitteet

12

> Arvot (zone A) > 230 / 400 V D/Y ± 5 %, 50 Hz, zone A > 400 / 690 V D/Y ± 5 % ,50 Hz, zone A > 500 V ± 5 %, 50 Hz, zone A > 690 V ± 5 %, 50 Hz, zone A > 460 V ± 5 %, 60 Hz, zone A

>Tyyppikilvessä

> 220-240 / 380-420 V D/Y, 50 Hz > 380-420 / 660- 725 V D/Y, 50 Hz > 475-525 V, 50 Hz > 660-690 V, 50 Hz > 440-480 V,60 Hz

13

Liitinmerkinnät / jännitteet


13

> Arvot (zone B) > 230 / 400 V D/Y ± 10 %, 50 Hz, zone B > 400 / 690 V D/Y ± 10 % ,50 Hz, zone B > 500 V ± 10 %, 50 Hz, zone B > 690 V ± 10 %, 50 Hz, zone B > 460 V ± 10 %, 60 Hz, zone B

>Tyyppikilvessä > 210-250 / 360-440 V D/Y, 50 Hz > 360-440 / 625-760 V D/Y, 50 Hz > 450-550 V, 50 Hz > 625-690 V, 50 Hz > 420-500 V, 60 Hz

14

Liitinmerkinnät / tyyppikilpi


14

15

Rakenne ja asennuslajit

> Yleisimmät käyttöasennot > B3 jalka-asennus

> B5 laippa-asennus

> B35 jalka/laippa-asennus

> Asennusasennoissa huomioitava > hihnakäytöt

> mahdollinen kondensointi

> jäähdyttimeen ”tippuvat” esineet

> roottorin paino

> kytkimen paino

15

IC 411 IC 416 IC 410 IC 31W

Tavallisimmat IC-luokat

16

Merkintä

Suljettu, sisäinen ilman virtaus ja vaippajäähdytys koneen akselille asennettujen tuulettimien avulla. Pakkotuuletettu moottori Tuulettamaton moottori Nestejäähdytetty moottori .

Määritelmän

17

Suojausluokat

17

0 Ei suojausta. 1 Suojaus suuria kappaleita vastaan, halkaisija 50mm tai enemmän. 2 Suojaus keskikokoisia kappaleita vastaan, halkaisija yli 12,5mm. 3 Suojaus pieniä kappaleita vastaan, halkaisija yli 2,5mm. 4 Suojaus erittäin pieniä kappaleita vastaan, halkaisija yli 1mm. 5 Suojattu pölyltä. Ei edellytä täydellistä tiiveyttä, mutta haitallisia pölykertymiä ei saa syntyä. 6 Täydellinen suojaus. Pölytiivis.

0 Ei suojausta vettä vastaan. 1 Suojaus suoraan ylhäältä tulevaa vettä vastaan. 2 Suojaus ylhäältä +/-15 astetta tulevaa vettä vastaan. 3 Suojaus ylhäältä +/-60 astetta tulevaa vettä vastaan. 4 Suojaus vesiroiskeita vastaan. 5 Kestää vesiruiskun joka suunnasta. 6 Kestää suurella paineella tulevan ruiskun. 7 Kestää hetkellisen upotuksen veteen. 8 Kestää pysyvän upotuksen. Lisämerkintänä voi olla suurin sallittu asennussyvyys.

Ensimmäinen numero; vieraat esineet ja pöly

Toinen numero; vesi ja kosteus

18

Ympäristön lämpötila [°C] 40 45 50 55 60 70 sallittu teho [%] nimellistehosta 100,0 96,5 93,0 90,0 86,5 79,0 Korkeus merenpinnasta [m] 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 sallittu teho [%] nimellistehosta 100,0 97,0 94,5 92,0 89,0 86,5 83,5

18

Asennuspaikka

19

Eristysluokat

> Eristysluokka ilmaisee eristysmateriaalin käyttölämpötila-alueen ylärajan normaaleissa käyttöolosuhteissa

19

Luokka Kuumimman pisteen rajalämpötila [°C]

Sallittu käämityksen lämpenemä [°C], kun ympäristön lämpenemä on 40 °C

Sallittu vastusmittauksella määritetty lämpenemä [°C]

Y 90,0 A 105,0 60,0 E 120,0 75,0 B 130,0 80,0 120,0 F 155,0 100,0 145,0 H 180,0 125,0 165,0 C >180

20

lämpötila [°C]

180165 15

155145 10

130120 x) 10

125

Käämin keskimääräinen sallittu 105lämpötilan nousu

80

40

Normin mukainen ympäristön lämpötila ( + 40 40 40

Eristysluokka B F HSuurin sallittu käämin lämpötila, ast. C 130 155 180

Eristysluokat

20

x) Normin mukainen käämin kuumimman pisteen ja sallitun keskimääräisen lämpenemän erotus

21

Lämpötilan valvonta

> PTC-termistorit > puolijohdekomponentteja > saatavissa useita eri toimintalämpötiloja varten > yleensä 3 x moottori (1 x vaihe)

> PT100 > platinalangasta valmistettuja 100 Ω vastuksia > lämpötila muuttaa lähes lineaarisesti lämpötilan funktion > 2-, 3- tai 4-johdinantureita

> KTY-84 > Mikrokytkin

21

22

Laakerointi

22

> Sähkömoottoreiden laakeroinnit jaetaan kahteen pääluokkaan: > akselikytkinkäyttö (kevyt käyttö), (2RS 3C), (2Z 3C) > kiilahihnakäyttö (raskas käyttö), (NU) > viistokuulalaakerointi Q-laakeri

> Kestovoitelu / jälkivoitelu > voiteluaine > voiteluväli > voiteluaineet kylmiin / kuumiin olosuhteisiin

> Kunnonvalvonta > tärinä (SPM) / lämpötila (PT100 / PTC)

> Sähköeristetty laakerointi

23

Hyötysuhdestandardit

> Virstanpylväät moottoreiden energiatehokkuuden parantamisessa ja CO2-päästöjen

vähentämisessä.

> IEC 60034-30 harmonisoi hyötysuhdeluokat maailmanlaajuisiksi

23

24

PLL

PROTOR

PFRICTION

PIRON

PINPUT

PWINDING

POUTPUT

Moottorin hyötysuhde

24

25

Vanha hyötysuhdeluokitus

CEMEPin vapaaehtoinen sopimus perustui

standardiin IEC 60034-2:1996

> raja-arvot eff 1, eff 2, eff 3,

> sisältää normimoottorit

> 400 V, 50 Hz, S1

> tehoalue 1.1 … 90 kW

> napaluvut 2 ja 4

> suojausluokat IP 55 ja IP 56

> ei pakollista minimihyötysuhdetta

> tehonmääritys EN 60034-2 mukaan

> eff-logot pois käytöstä 10.2.2010

25

Uusi hyötysuhdeluokitus IEC 60034-30:2008

> IE-hyötysuhdeluokat (Internation Efficiency)

> Perustuu mittausstandardiin: 60034-2-1:2007

> IE-luokat kattavat

> 2-, 4- ja 6-napaiset moottorit

> tehoalue 0,75 - 375 kW

> pienjännitteet < 1000 V

> taajuudet 50 Hz ja 60 Hz

> S1 tai S3 >80 %

26

27

Hyötysuhteen määrittely IEC 60034-2-1 Ed. 1:n mukaan

EN 60034-2: 1996 lisähäviöt :

> määritettiin 0.5 %:ksi moottorin verkosta ottamasta sähkötehosta.

Uudessa standardissa 60034-2-1 lisähäviöt:

> lasketaan kuormitustestin perusteella

> voidaan määrittää 1.0 % … 2.5 % moottorin nimelliskuormalla verkosta ottamasta

sähkötehosta

> staattorin kuparihäviöt ja roottorihäviöt redusoitiin 95 °C lämpötilaan.

> häviöt määritetään todellisen lämpenemän mukaan

> lisähäviöiden mittaus on harmonisoitu kansainvälisten standardien CSA C-390 ja IEEE

112-B kanssa.

27

28

Hyötysuhteen määrittely

> Hyötysuhde-ero on vertailukelpoinen, kun hyötysuhteet

mitattu samalla mittaustavalla.

28

η EN 60034-2:1996 mukaan

η EN 60034-2-1:2008 mukaan

K21R voidaan verrata WE1R/W21R

IE1-K21R voidaan verrata IE2-WE1R/W21R

IE1 IE2

29


> Perustuu hyötysuhteen mittausstandardiin 60034-2-1:2007.

> IE-luokat vaiheittain käyttöön 2011 … 2017.

> Koskee tuontia ja käyttöönottoa EU-alueella.

29

30

Aikataulu IE-käyttöönotolle

30

Asetus • 640/2009

IE2 • 16.6.2011 lähtien

IE3 • 7,5 kW - 375 kW • alkaen 1.1.2015

IE3 • 0,75 kW - 375 kW • alkaen 1.1.2017

IE1 IE2

3

IE3 IE4

31


Direktiivin ulkopuolelle jäävät

> nesteeseen upotetut moottorit

> toimilaitteeseen kiinteästi integroidut moottorit

> asennuskorkeus yli 1 000 m merenpinnan yläpuolella

> ympäristön lämpötila yli 40 °C

> ympäristön lämpötila alle −15 °C (mikä tahansa moottori) tai ympäristön lämpötila alle 0 °C

(ilmajäähdytteinen moottori)

> jäähdytinnesteen lämpötila tuotteeseen sisääntulossa alle 5 °C tai yli 25 °C

> räjähdysvaaralliset alueet RL 94/9/EY:n mukaisesti

> erityisesti taajuusmuuttajakäyttöön valmistetut moottorit

31

32 32


> IEC 60034-2, 2nd edition valmisteilla, julkaistaan 2014 aikana

> Luokittelemattomien moottoreiden käyttöön tulevat laajennukset

• - 30°C …+ 45°C -> - 30°C …+ 60°C

• 1000 m -> 4000 m

> Luokittelemattomia moottoreita voidaan edelleen käyttää:

• DOL käytössä

o S2, S3 < 80%, S4, S5, S6 ja S7

• Taajuusmuuttajakäytössä

o S8, S9 ja S10

33

Seuraukset loppukäyttäjälle

> Korkeampi hyötysuhde => energiatehokkuus kasvaa

> Matalampi käyttölämpötila => vähäisempi huollontarve

> Moottorin paino ja hitausmomentti kasvavat

33

34

Seuraukset loppukäyttäjälle

> Muutoksia runkojen ulkomittoihin (asennusmitat samat)

> Laakerointi: RS/2RS -> Z/2Z, N-päässä lukittu laakerointi

34

Kiitos ajastasi! Kysy lisää:

VEM MOTORS FINLAND OY

Mikko Valtonen

[email protected]

Puh. 0207 613 714 35

mailto:[email protected]

Technology

Perusteet sähkömoottoreiden ymmärtämiseen