De sleepring ankermotor (SRA- motor)

2.1.1. Toegepaste sleepring anker motor

Onderdeel Type Eigenschappen Eigenschappen

Aandrijvende

Tabel 2.1.1: Gegevens + afbeelding SRA- motor van de testopstelling

Hoofdstuk: De a- synchrone machines in de Ward Leonard testopstelling - Algemeen

19

2.1.2. Algemeen

Een sleepring ankermotor (in het vervolg SRA- motor) is, evenals de frequentiegeregelde kooianker (in ons geval kortsluit anker) motor een inductiemotor omdat de werking gebaseerd is op het inductieprincipe. Deze motoren zijn a- synchroon wat inhoudt dat het rotor toerental van motor kleiner is dan het draaiveld toerental in geval van motorbedrijf. Als de machine als generator functioneert, zal het rotortoerental groter zijn dan het draaiveld toerental. De rotor draait dus a- synchroon (niet gelijk) aan het draaiveld toerental. Bij een synchrone motor is de snelheid van de rotor wel gelijk aan het draaiveld.

De rotor van een sleepring ankermotor bestaat uit een blikpakket met groeven waarin een driefase wikkeling is aangebracht. De stator bestaat ook uit een blikpakket met groeven met een driefase wikkeling. Het aantal polen van de stator is gelijk aan het aantal van de rotor (zie hoofdstuk “2.1.3. Constructie”). De rotorwikkelingen zijn in ster geschakeld en de uiteinden van de spoelen zijn verbonden met sleepringen die geïsoleerd zijn van de rotor- as. Op deze sleepringen zijn aanloop weerstanden aangesloten.

Afbeelding 2.1.1: Sleepring ankermotor schematisch weergegeven

Bij het aanlopen van de sleepring ankermotor moet rekening gehouden worden met de aanloopweerstand, de statorweerstand en de strooireactantie van de wikkelingen. De frequentie van de rotor- emk bij een stilstaande rotor is hetzelfde als de netfrequentie. Dit is te vergelijken met een transformator. In dit geval is de stator de primaire- en de rotor de secondaire zijde. Beide wikkelingen zijn enkel gekoppeld door de magnetische flux in de vorm van een draaiveld.

De magnetiseringsstroom van de motor is wel veel groter als bij een transformator, dit komt door de lagere zelfinductie door de luchtspleet tussen stator en rotor. De sleepring ankermotor heeft diverse eigenschappen. De motor is zelfaanlopend, heeft een groot aanloopkoppel en een geringe aanloopstroom.

Het toerental is beperkt regelbaar en de motor vergt meer onderhoud door de sleepringen en koolborstels.

De SRA- motor wordt geregeld door de weerstandswaarde van de rotor te variëren (regeling van de snelheid door rotorweerstand variatie).

In het geval dat er geen weerstanden aangesloten zijn op het anker, zal de weerstand oneindig groot zijn en er geen stroom vloeien. Er wordt dus geen lorentzkracht opgewekt en de motor zal niet draaien.

Hoofdstuk: De a- synchrone machines in de Ward Leonard testopstelling - /Constructie

20

2.1.3. Constructie

De sleepring ankermotor is, net als de kooi ankermotor een a- synchrone motor alleen heeft de SRA- motor een anders geconstrueerde rotor. Dit is bij de kooi ankermotor een kortsluitanker en bij de SRA- motor is de rotor voorzien van wikkelingen van dunne draad. De uiteinden van de wikkelingen zijn aangesloten op sleepringen die via koolborstels van buitenaf bereikbaar zijn. Op deze manier kan de rotorstroom en dus daardoor ook het motorkoppel goed worden geregeld.

Afbeelding 2.1.2: Doorsnede overzicht SRA- motor

De rotorgleuven worden axiaal iets schuin geplaatst, in de afbeelding “doorsnede SRA- motor” is dit duidelijk te zien, waardoor de rotor soepel loopt en niet pulserend zal kunnen draaien. Dit komt doordat het magnetische veld dan constant is onafhankelijk van de hoek tussen rotor en stator. Als de lamellen recht geplaatst worden, zal er een pulserend magnetisch veld aanwezig zijn.

De sleepring ankermotor heeft een rotor met wikkelingen van dunne draad omdat hier de externe weerstanden bij geschakeld worden. De kortsluit ankermotor is voorzien van een anker met dikkere wikkelingen en hierbij is het anker, zoals de naam al zegt, kortgesloten om direct een grote stroom te kunnen induceren.

De stator van de SRA- motor en de KA- motor zijn van gelijke constructie.

Afbeelding 2.1.3: Anker van de SRA- motor

2.1.4. Theorie & principe

Als de statorwikkelingen aangesloten worden op een driefase spanning ontstaat er een elektromagnetisch draaiveld met een rotatie toerental. In de rotorgeleiders zal het draaiveld spanningen induceren en daardoor zal er in de rotorwikkelingen een grote stroom lopen, de inductiestroom. Dit vindt plaats doordat de veldlijnen de rotorgeleiders snijden. Deze stroom veroorzaakt Lorentzkrachten waardoor er een draaikoppel ontstaat in dezelfde zin als het draaiveld. Met de rechterhandregel kan bepaald worden in welke richting de geïnduceerde spanning zal lopen.

De duim moet in de bewegingsrichting van de geleider gehouden worden en de hand moet loodrecht op de veldlijnen gehouden worden. De richting van de geïnduceerde ems door de geleider wordt dan aangegeven met de richting waarin de vingers wijzen.

Afbeelding 2.1.4: Rechterhandregel

De inductiestroom veroorzaakt een Lorentzkracht op de geleider, waarvan de richting bepaalt kan worden met de linkerhandregel. Bij de linkerhandregel worden de veldlijnen loodrecht op de handpalm gezet, de

Hoofdstuk: De a- synchrone machines in de Ward Leonard testopstelling - Werking

21

richting van de inductiestroom met de vingers mee en hieruit volgt de richting van de Lorentzkracht in de richting van de duim.

De lorentzkracht geeft de rotor een draaizin, die hetzelfde is als die van het draaiveld van de stator. Door de Lorentzkracht gaat de rotor bewegen.

Afbeelding 2.1.5: Linkerhandregel

Als de snelheid van het stator draaiveld en rotor gelijk zijn (synchroon), worden er geen rotorgeleiders meer gesneden door de veldlijnen en wordt er geen inductiestroom meer opgewekt, dus ook geen Lorentzkracht.

De rotor zal in dit geval geen draaikoppel meer geven.

2.1.5. Werking

Als er een stroom in de statorwikkelingen gaat lopen, wordt een magnetisch veld opgewekt in de luchtspleet tussen stator en rotor. Hierdoor ontstaat het draaiveld. Het draaiveld kan van richting verandert worden door twee fasen te wisselen. Hierdoor keert eveneens de rotordraai richting. Het draaiveld van de stator induceert een spanning in de rotorwikkelingen, waardoor er Lorentzkrachten ontstaan die een roterend koppel vormen. De rotor ontwikkeld een tegen veld ten opzichte van het statorveld.

De stroom die in de rotorwikkelingen gaat lopen kan worden beperkt door de aanzetweerstanden. De aanloopstroom van de statorwikkelingen wordt indirect beperkt door de rotor aanzetweerstand. Als de weerstanden zo geschakeld worden, dat er in de rotorwikkeling de vollast stroom loopt, wordt het vollast koppel verkregen. Als de stroom in de statorwikkelingen toeneemt door de belasting, zal de snelheid van de rotor kleiner worden. In nullast is de grootte van het draaiveld in de luchtspleet gelijk aan het statorveld.

Als de motor aan het aanlopen is, dus sneller gaat draaien tot het nominale toerental, zal de rotorspanning afnemen. De stroom door de rotorwikkelingen zal ook afnemen en de aanzetweerstand kan worden verlaagd totdat de rotor is kortgesloten. Als de rotor kortgesloten is, zal de motor verder draaien als a- synchrone kortsluit ankermotor.

Hoofdstuk: De a- synchrone machines in de Ward Leonard testopstelling - Toegepaste kortsluit anker motor

Tabel 2.2.1: Gegevens + afbeelding KA- motor van de testopstelling

2.2.2. Algemeen

De a- synchrone draaistroommotor bestaat uit een stator en een rotor. De stator bestaat uit gelammelleerd statorijzer met aan de binnenkant in de gleuven een driefasenwikkeling. De driefasen spanning die de wikkelingen bekrachtigt, kan variëren in frequentie waardoor de motor geregeld kan worden. De rotor zal over hetzelfde aantal polen beschikken als de stator. De rotor bestaat uit een aantal staven die aan de uiteinden zijn kortgesloten. In de staven kunnen grote stromen lopen die een Lorentzkracht veroorzaken ten opzichte van de stator waardoor de rotor gaat draaien.

Afbeelding 2.2.1: De KA- motor