Mikä on 3-vaiheinen sähkömoottori? Kuinka se toimii, käynnistyy ja kokoaa

3-vaiheinen sähkömoottori on AC-moottori, jonka staattorissa on kolme käämiä 120 sähköasteen välein, joten sen luoma magneettikenttä pyörii itsestään ilman kondensaattoria, keskipakokytkintä tai apukäämiä. Tämä yksittäinen suunnitteluvalinta selittää, miksi lähes jokainen teollisuuskäyttö, jonka teho on yli 0,75 kW, toimii kolmessa vaiheessa: 7,5 kW:n 4-napainen IE3-kone 400 V:n, 50 Hz:n jännitteellä kuluttaa noin 14,6 A vaihetta kohden, pyörii noin 1 450 rpm täydellä kuormituksella ja tuottaa kahdesti vääntömomenttia kohti jatkuvaa kierrosta kohti.

14,6 A

Täyskuormavirta vaihetta kohti tyypilliselle 7,5 kW:n 4-napaiselle IE3-moottorille 400 V, 50 Hz. Saman luokituksen on saavutettava vähintään 90,4 prosentin hyötysuhde IEC 60034-30-1:n mukaan.

Mikä on 3-vaiheinen sähkömoottori, selkeästi sanottuna

3-vaiheinen sähkömoottori on pyörivä kone, joka muuntaa kolmivaiheisen sähköenergian mekaaniseksi energiaksi käyttämällä kolmea staattorikäämiä ja roottoria, joka on joko indusoitu tai magneettilukittu. Mikään ulkoinen ei järjeste noita käämiä. Itse syöttö tuottaa kierron.

50 Hz:n järjestelmässä jokainen vaihe saavuttaa positiivisen huippunsa 6,67 millisekuntia sitä edeltävän vaiheen jälkeen. Nämä kolme kenttää yhdistyvät yhdeksi magneettikentäksi, joka pyyhkäisee staattorin reiän ympäri synkronisella nopeudella, joka lasketaan 120 kertaa syöttötaajuus jaettuna napojen lukumäärällä. Taajuus ja napojen määrä asettavat tämän nopeuden, eivät moottorin kokoa tai kuormaa.

Ydin määritelmä

3-vaiheinen sähkömoottori on kone, jossa kolme staattorikäämitystä, joita ohjaavat virrat 120 astetta toisistaan, muodostavat pyörivän magneettikentän. Tämä kenttä pyörii synkronisella nopeudella ja vetää roottoria mukanaan sähkömagneettisen induktion tai magneettisen lukituksen avulla.

Napaluku määrittää synkronisen nopeuden tietyllä syöttötaajuudella, ja induktioroottori käy aina hieman sen alapuolella.
puolalaiset	Nopeus 50 Hz	Nopeus 60 Hz	Tyypillinen tehtävä
2	3000 rpm	3600 rpm	Keskipakopumput, pienet korkeapainetuulettimet
4	1500 rpm	1.800 rpm	Työhevonen: pumput, kuljettimet, kompressorit, työstökoneet
6	1000 rpm	1.200 rpm	Murskaimet, sekoittimet, suuret prosessipuhaltimet
8	750 rpm	900 rpm	Kuulamyllyt, suulakepuristimet, hitaat ruuvikuljettimet

Napaluku muuttaa myös rungon kokoa ja vääntömomenttia ampeeria kohden. Samatehoinen 8-napainen moottori tuottaa enemmän vääntöä pienemmällä nopeudella, joten se on suurempi, raskaampi ja kalliimpi kuin samanarvoinen 4-napainen yksikkö. Tämä kompromissi ohjaa useimmat valintapäätökset kauan ennen kuin tehokkuusluokka tulee keskusteluun.

Kuinka pyörivä kenttä kääntää roottoria: Luisto-, vääntömomentti- ja roottorityypit

Roottori pyörii, koska pyörivä staattorikenttä indusoi virtaa roottorin johtimissa ja tämän virran ja kentän välinen voima tuottaa vääntömomentin. Roottori ei koskaan pääse kunnolla kiinni peltoon, ja näiden kahden välistä nopeuseroa kutsutaan luistoksi.

Luisto ilmaistaan prosentteina synkronisesta nopeudesta. 4-napaisen 50 Hz:n moottorin kenttänopeus on 1 500 rpm; jos se käy nopeudella 1 455 rpm kuormitettuna, luisto on 3 prosenttia. Tavalliset teollisuusmoottorit istuvat 1–5 prosentin välillä täydellä kuormituksella, ja suuret koneet ovat alhaalla ja pienet korkealla. Liukuminen tekee myös oikosulkumoottorista itsesäätelevän: lisää kuormaa, roottori hidastaa hieman, enemmän virtaa leikkaa roottorin johtimia ja vääntömomentti nousee, kunnes molemmat tasapainottavat jälleen.

Oravahäkin roottori

Johtavat tangot oikosulussa päätyrenkailla, ilman harjoja ja ilman ulkoista vastusta. Alhaisimmat kustannukset, korkein luotettavuus ja oletusvalinta pumppuihin, puhaltimiin, kompressoreihin, kuljettimiin ja useimpiin työstökoneisiin. Käynnistysvirta on suuri, tyypillisesti 6-8 kertaa täyskuormitusvirta.

Haavoittunut roottori liukurenkailla

Roottorin kolmivaiheinen käämitys tuodaan ulos liukurenkaiden kautta, jotta ulkoinen vastus voidaan lisätä käynnistyksen aikana. Tämä nostaa käynnistysmomenttia samalla kun leikataan käynnistysvirtaa, millä on merkitystä suuriinertiaisille kuormille, kuten myllyille, nostimille ja murskaimille. Hinta on harjan ja rengashuolto.

Jos haluat mekaniikasta syvempää, kuinka oravahäkkimoottori rakentaa vääntömomentin kulkee nykyisten polkujen läpi askel askeleelta.

IE4 Series Three-Phase High Efficiency Induction Motor

IE4-sarjan kolmivaiheinen korkeatehoinen oikosulkumoottori Vaihtomoottoreita vertaileville lukijoille tämä IE4-sarja kattaa H80–355 mm:n rungot ja yleiset teollisuuden tuulettimet, pumppu- ja kompressorit. Näytä tuote →

Tyyppikilven lukeminen ennen kuin tilaat varaosan

Jokainen vaihtomoottoria vastaava arvo on leimattu tyyppikilpeen, ja yhden niistä väliin jääminen on yleisin syy, miksi teknisesti oikea moottori epäonnistuu muutaman kuukauden sisällä.

Kolmivaiheisen teollisuusmoottorin tyyppikilpikentät ja mitä kukin ohjaa valintaprosessissa.
Kenttä	Mitä se kertoo sinulle	Tyypillinen sisääntulo
Jännite ja liitäntä	Linjajännite ja kuinka kuusi johtoa on kytketty	400 V delta, 690 V tähti
Taajuus ja navat	Synkronisen nopeuden peruste	50 Hz, 4-napainen
Nimellisvirta	Kaapelin, kontaktorin ja ylikuormitusreleen mitoitus	14,6 A
Tehokerroin	Miten tarjonta näkee kuorman	0.84
Velvollisuus	Onko kuormitus jatkuvaa tai syklistä	S1 jatkuva
Eristysluokka	Lämpökorkeus yli nimelliskorkeuden	Luokka F, luokka B nousu
Kotelo	Suoja pölyltä ja vedeltä	IP55
Tehokkuusluokka	Vähimmäistehokkuustaso IEC 60034-30-1:n mukaan	IE3
Runko ja kiinnitys	Akselin korkeus ja kiinnityskuvio	132 runko, IM B3

Kun levy on lukukelvoton, kolme mittaa laskee suurimman osan siitä:

Mittaa akselin halkaisija ja kiinnitysreikien välinen etäisyys rungon koon tunnistamiseksi.
Laske syöttöjohtimet, koska kolmivaihemoottorissa on kolme johtoa plus maa ja ei kondensaattoria.
Lue virta puristinmittarilla tunnetulla kuormituksella ja vertaa sitä tämän nimellisarvon odotettuun arvoon.

Kuinka 3-vaiheinen sähkömoottori käynnistyy ja mitä se vetää verkosta

Suorakäynnistetty kolmivaiheinen oikosulkumoottori kuluttaa 6-8 kertaa täyskuormitusvirtaansa, kunnes se saavuttaa nopeuden. Kaapelin koon, suojausasetukset ja käynnistystavan määrää yleensä tuo ylijännite, ei käyttövirta.

Pysähdyksissä roottori käyttäytyy kuin oikosuljettu muuntajan toisio, joten impedanssia rajoittava virta on hyvin pieni. Nopeuden kasvaessa luisto laskee, roottorin taajuus laskee ja virta laskee takaisin kohti tyyppikilven arvoa.

Käynnistysvirta täyden kuormituksen virran kerrannaisena

Suoraan verkossa

7,0x

Pehmeä käynnistin

3,0x

Tähti-delta

2,4x

Taajuusmuuttaja

1,5x

Tyypilliset arvot. Tarkat luvut riippuvat moottorin rakenteesta, kuormitusmomenttikäyrästä ja käynnistimen asetuksista.

Käynnistysmenetelmiä verrataan virralla, vääntömomentilla ja sovelluksilla, joissa jokainen ansaitsee hintansa.
menetelmä	Käynnistysvirta	Käynnistysmomentti	Mihin se sopii
Suoraan verkossa	6-8 kertaa täysi kuorma	150-200 prosenttia arvioiduista	Pienet moottorit jäykällä teholla kuormilla, jotka kestävät kovaa käynnistystä
Tähti-delta	Noin kolmannes suorassa verkossa	Noin kolmannes suorassa verkossa	Tuulettimet ja pumput, jotka saavuttavat nopeuden nopeasti, eivät koskaan kuormita suurella inertialla
Pehmeä käynnistin	2-4 kertaa täysi kuorma	Säädettävä ramppi	Kuljettimet ja pumput, joissa mekaanista iskua on rajoitettava
Taajuusmuuttaja	100-150 prosenttia täydestä kuormituksesta	Nimellisvääntömomentti nollanopeudesta	Nopeudensäätö ja mahdollisimman hellävarainen käynnistys

Taajuusmuuttaja katkaisee käynnistysvirran noin 100-150 prosenttiin täyskuormitusvirrasta ja tuottaa täyden vääntömomentin nollanopeudesta. Tämä tehtävä on vaikeampi eristyksen ja jäähdytyksen suhteen kuin kiinteänopeuksinen käynnistys, joten invertterisyöttöiset sovellukset kuuluvat sitä varten rakennettuun moottoriin eikä tavalliseen runkoon, johon on pultattu veto.

YPT Series Three-Phase Variable-Frequency Induction Motor

YPT-sarjan kolmivaiheinen vaihtuvataajuinen oikosulkumoottori Tämä YPT-sarja on suunniteltu invertterisyötteisille teollisuuskäytöille, ja se tarjoaa H80-355 mm:n kehykset, IC416- tai IC411-jäähdytyksen ja 5-100 Hz:n toiminnan. Näytä tuote →

Tehokkuusluokat: Mitä IE3 ja IE4 muuttavat käytännössä

IE3 ja IE4 ovat IEC 60034-30-1:n määrittelemiä vähimmäishyötysuhdetasoja, ja niiden välinen ero näyttää pieneltä prosentteina, kunnes moottori käy tuhansia tunteja vuodessa.

90,4 %

IE3 minimihyötysuhde, 7,5 kW 4-napainen

92,4 %

IE4 minimiteho, sama arvo

720 kWh

Vuotuinen säästö noin 4 000 käyttötunnilla

7,5 kW:n moottorissa siirtyminen IE3:sta IE4:ään vähentää syöttötehoa noin 8,30 kW:sta noin 8,12 kW:iin, mikä säästää noin 0,18 kW. Yli 4000 käyttötuntia eli noin 720 kWh vuodessa, mikä maksaa normaalisti hintapreemion takaisin kahdesta neljään vuodessa, kun sähkö maksaa yli 0,10 USD/kWh. Muutaman sadan kilowatin yläpuolella laskenta muuttaa luonnetta, koska taajuusmuuttaja siirtyy keskijännitteelle ja suunnittelurajoitteet siirtyvät kohti eristystä, jäähdytystä ja käynnistysvirtaa. Y-, YKK-, YR- ja YKS-perheiden suurjännitekoneet ovat olemassa juuri tälle kaistalle ja niiden valintatiedot julkaistaan suurjännitemoottoriluettelo .

Minne 3-vaiheinen sähkömoottori sopii ja minne ei

Kolmivaihemoottorit kattavat lähes kaikki teollisuuskuormat, jotka ylittävät noin 0,75 kW, ja yksivaiheiset mallit ovat yleisiä vain sen alapuolella tai siellä, missä kolmivaiheista syöttöä ei ole.

Tyypillisiä tehtäviä ovat pumput, puhaltimet, kompressorit, kuljettimet, sekoittimet, murskaimet ja työstökoneiden karat kaivos-, metallurgian-, sementin-, öljy-, kemian-, voima-, vedenkäsittely- ja merilaitoksissa. Vaarallisilla alueilla sama kolmivaiheinen rakenne on rakennettava sertifioidun suojauskonseptin mukaan, joko tulenkestävä Ex d kontrolloiduilla liekkipoluilla tai paranneltu turvallisuus Ex e vahvistetulla eristeellä ja liitinvälykset. Shanghai Pinxing Explosion-proof Motor Co., Ltd., jonka kotipaikka on Shanghai, valmistaa YBX3- ja YBX4-pienjännitteisiä räjähdyssuojattuja moottoreita sekä korkeajännitteisiä tulenkestäviä sarjoja hiilen, petrokemian ja merenkulun palveluille, ja niitä viedään yli 40 maahan.

YBX4 Series Low Voltage Explosion-Proof Motor

YBX4-sarjan pienjänniteräjähdyssuojattu moottori Tämä tulenkestävä moottori kattaa vaarallisissa tiloissa H80-355 mm:n rungot ja 0,75-355 kW, IP55-suojauksella pumpuille, puhaltimille, kompressoreille, murskaimille. Näytä tuote →

Tekniikan todelliset rajat on syytä todeta selvästi:

Kolmivaihemoottori ei voi toimia yksivaiheisesta syötöstä ilman vaihemuunninta tai taajuusmuuttajaa, joka on mitoitettu yksivaiheiseen tuloon, ja se on vähennettävä, kun se toimii.
Nopeus määräytyy taajuuden ja napamäärän mukaan, ellei taajuusmuuttajaa tai kaksinopeuksista käämitystä lisätä.
Invertterikäyttö lisää jännitettä käämiin, joten tavallinen moottori saattaa tarvita invertteriluokan eristystä.

Arvostelu sovellusten tapaustutkimuksia vertailukelpoisilta toimialoilla on nopea tapa vahvistaa rungon koko ja suojaustaso ennen ostotilauksen nostamista.

Usein kysyttyjä kysymyksiä 3-vaiheisista sähkömoottoreista

Voiko 3-vaiheinen sähkömoottori toimia yksivaiheisella virtalähteellä?

Ei suoraan. Staattinen tai pyörivä vaihemuunnin tai taajuusmuuttaja, jossa on yksivaiheinen tulo, voi käyttää sitä, mutta moottoria on vähennettävä, koska kolmas haara on syntetisoitu eikä syötetty. Odota, että staattisen muuntimen käyttöteho on noin 50–60 prosenttia tyyppikilven tehosta, ja tarkista taajuusmuuttajan käsikirja ennen tilaamista.

Mitä eroa on 2-napaisella ja 4-napaisella 3-vaihemoottorilla?

Napojen laskenta asettaa synkronisen nopeuden: 3 000 rpm 50 Hz:llä kahdelle navalle ja 1 500 rpm neljälle. Samatehoinen 2-napainen moottori on pienempi ja halvempi, mutta tuottaa vähemmän vääntöä ja pyörii nopeammin, joten se sopii pumppuihin ja puhaltimiin. 4-napainen muotoilu hallitsee yleistä teollisuuskäyttöä juuri tämän tasapainon saavuttamiseksi.

Mistä tiedän, onko moottori kolmivaiheinen?

Katso johdot ja nimikilpi. Kolmivaihemoottorissa on kolme linjajohdinta plus maadoitus ja ei kondensaattoria, kun taas yksivaihemoottorissa on kondensaattori ja käynnistys- tai käynnistyskäämi. Jännitteensyöttö yleensä ratkaisee myös sen, koska kolmivaiheinen teollisuusluokitus on 400 V tai 690 V 230 V:n sijaan.

Mitä luisto tarkoittaa 3-vaiheisessa sähkömoottorissa?

Luisto on synkronisen nopeuden ja roottorin todellisen nopeuden välinen ero ilmaistuna prosentteina synkronisesta nopeudesta. 4-napaisella moottorilla, joka käy nopeudella 1 450 rpm 50 Hz:n syötöllä, on noin 3,3 prosentin luisto täydellä kuormituksella. Äkillinen nousu reilusti yli 5 prosentin viittaa yleensä ylikuormitukseen, laakerin rikkoutumiseen tai käämiongelmaan.