1. Mitoituksen yleiskuvaus

Mitoituksessa moottoreita käytetään harvoin täydellä mittauskuormalla. Moottorin keskimääräinen käyttö- kuormitus on 60%. Moottorin hyötysuhde ei muutu 50-100% välisellä kuormitusalueella. Hyötysuhde alentuu, jos kuorma on 25% tai sen alle.

Moottorin oikealla mitoituksella voidaan parantaa energiatehokkuutta, vähennetään siirtohäviöitä ja vähennetään pyörimisnopeutta jonkin verran.

Mitoituksen vaiheet:

• Käyttöolosuhteiden tarkistaminen : Valitaan sopiva taajuus ja verkkojännite.

• Prosessin vaatimusten tarkistaminen: tarvitaanko  käynnistysmomenttia, käytettävä kierrosalue  ja minkälainen on aiottu kuormitus.

• Moottorin valitseminen: Momenttilähteenä käytetään yleensä sähkömoottori. Moottorin on kestettävä prosessin ylikuormitusta, ja muodostamaan tietty momentti. Moottorin maksimimmomentille varattava 30% marginaali, kun otetaan huomioon mitoitusvaiheen maksimimomentti

• Taajuumuutajan valitseminen: Valitaan käyttöolosuhteiden ja valitun moottorin perusteella.  Tarkistetaan taajuusmuutujan kyky tuottaa tarvittava virta ja teho. Lyhytaikaisessa jaksottaisessa kuormituksessa voidaan hyödyntää taajuusmuuttujan ylikuormitettavuutta.

Kuva 1. ABB Tekninen opas no 7

2. Moottori kuorma

Moottorin pyörintää vastustava kuorma voidaan sähkökäyttöä ajatellen jakaa kahteen eri

tilanteeseen: vakionopeuteen ja kiihtyvään tai hidastuvaan nopeuteen.
Kiihtyvässä nopeudessa moottorin kuormitusta lisää kuorman hitausmomentti  sekä
roottorin hitausmomentti  . Kuorman ja roottorin saattaminen uudelle nopeudelle joko
vapauttaa tai sitoo energiaa. Nopeuden nostaminen sitoo nopeuseroon verrannollisen
määrän energiaa ja hidastaminen vastaavasti vapauttaa energiaa. Kiihdytettäessä tämä
energia on annettava kuormalle vääntömomentin välityksellä, joten hetkellisesti
vääntömomentin tarve lisääntyy.

3. Kuormitustyypit

• Vakiomomentti
  Vakiomomentti-kuormitustyyppiä käytetään yleensä silloin,kun käsitellään kiinteitä määriä. Esimerkiksi ruuvikompressorit, syöttölaitteet ja kuljettimet ovat tyypillisiä vakiomomenttisovelluksia. Momentti on vakio ja teho suoraan verrannollinen kierroslukuun.
• Neliöllinen momentti
  Neliöllinen momentti on yleisin kuormitustyyppi. Tyypillisiä sovelluksia ovat keskipakopumput ja puhaltimet. Momentti on neliöllisesti ja teho kuutiollisesti verrannollinen kierroslukuun.
• Vakioteho
  Vakioteho-kuormitustyyppi on tavallinen silloin, kun materiaalia rullataan ja läpimitta muuttuu rullauksen aikana. Teho on vakio ja momentti kääntäen verrannollinen kierroslukuun.
• Vakioteho/momentti
  Tämä kuormitustyyppi on yleinen paperiteollisuudessa. Kyseessä on vakioteho- ja vakiomomentti- kuormitustyyppien yhdistelmä. Tämä kuormitustyyppi on usein seurausta tilanteesta, jossa järjestelmä mitoitetaan suurella kierrosluvulla tarvittavan tehon mukaan.
• Käynnistys/irrotusmomentin tarve
  Joissakin sovelluksissa tarvitaan suuri momentti alhaisilla taajuuksilla. Tämä on otettava huomioon mitoituksessa.
  Tämän kuormitustyypin tavallisia sovelluksia ovat esimerkiksi ekstruuderit ja ruuvipumput.

On myös muita kuormitustyyppejä. Niitä on kuitenkin vaikea kuvailla lyhyesti. Esimerkkeinä voidaan mainita erilaiset symmetriset (rullat, nosturit jne.) ja epäsymmetriset kuormat. Momentin symmetrisyys/epäsymmetrisyys voi olla esimerkiksi kulman tai ajan funktio. Tällaiset
kuormitustyypit on mitoitettava huolellisesti ottamalla huomioon moottorin ja taajuusmuuttajan ylikuormitus-
marginaalit sekä moottorin keskimääräinen momentti. (ABB Tekninen opas no 7).

vakioteho.png
Kuva 2. Vakiomomentti
  

Kuva 3. Neliöllinen momentti

Kuva 4. Vakioteho

Kuva 5 Vakiotehomomentti

. Yhteenveto

Moottorin mitoituksessa kuormituksen huomioiminen on tärkein tekijä.  Ennen moottorin tehostamista tulisi tutkia mahdollisuuksia vähentää kuormitusta.

Viitteet:

1. ABB: Tekninen opas no 7

2. Diplomityö: Jesse Kokkonen (2007) Sähkökäytön valintaperiaatteet ja monimoottorikäytöt malmin laaduntestauksessa.

3. Motiva: Energiatehokkaat moottorikäytöt (koulutusmateriaali)