Häviöjakauma korkean hyötysuhteen sähkömoottorissa
Ellä, Johanna Kristiina (2015)
Ellä, Johanna Kristiina
2015
Sähkötekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2015-09-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201508191523
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201508191523
Tiivistelmä
EU-komission tiukentuneet hyötysuhdevaatimukset sähkömoottoreille ovat ajaneet valmistajat kehittämään uusia ratkaisuja hyötysuhdevaatimusrajojen saavuttamiseksi. Hyötysuhdeluokkia on tällä hetkellä IE1, IE2, IE3 ja IE4, joista IE4-hyötysuhdeluokan rajaarvo on korkein ja IE1-hyöysuhdeluokan raja-arvo matalin. ABB Oy Moottorit ja Generaattorit -yksiköllä on tuotetarjonnassaan Safe Area-sähkömoottoreita IE3-hyötysuhdeluokassa jokaiselle olemassa olevalle teholuokalle ja IE4-hyötysuhdeluokassa tehoalueella 75 kW-355 kW. Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia, miten tehoalueeltaan alle 75 kW IE3-hyötysuhdeluokan sähkömoottoreista saataisiin mahdollisimman pienillä muutoksilla aikaan IE4-hyötysuhdeluokan sähkömoottoreita.
Sähkömoottorin hyötysuhde lasketaan jakamalla sähkömoottorin antama teho sähkömoottorin ottamalla teholla. Sähkömoottorin ottama teho kuluu tuotetun tehon lisäksi häviöihin, joita ovat staattorin ja roottorin resistiiviset häviöt, rautahäviöt, mekaaniset häviöt sekä lisähäviöt. Sähkömoottorilaskennassa ABB:lla on käytössä ADEPT-laskentaohjelma, jolla sähkömoottoreita mitoitetaan nimellistehon ja napaluvun mukaan. Hyötysuhdelaskennassa käytetään FCSmek- ja S113-laskentaprofiileita, mutta näillä laskiessa hyötysuhdetulokset ovat testattuja korkeampia. Väärät laskentatulokset perustuvat pääosin ADEPT-laskentaohjelman häviölaskentaan, jolla laskettaessa häviöt jäävät todellista pienemmiksi ja testituloksiin verrattaessa häviöjakauma on väärä. Häviöiden väärin laskeminen johtuu osittain myös virtojen laskemisesta liian pieneksi.
Tässä työssä sähkömoottorit testattiin ABB Oy Moottorit ja Generaattorit -yksikössä IEC 60034-30-1 -standardin mukaisesti. Sähkömoottoreille tehtiin lämpenemäajon lisäksi osakuormatesti, oikosulkukoe ja tyhjäkäyntikoe. Ennen lämpenemäajoa ja lämpenemäajon jälkeen mitattiin eristeen resistanssi. Näillä testeillä selvitettiin sähkömoottorin häviöjakauma ja mitattiin hyötysuhde sekä laskettiin mittaustulosten perusteella IEC-standardin mukaiset nimellisarvot.
Tässä tutkimuksessa käytettiin IE3-hyötysuhdeluokan sähkömoottoreita, joista yritettiin saada IE4-hyötysuhdeluokan sähkömoottoreita vaihtamalla sähkölevymateriaali paremmin sähköä johtavaan ja lisäksi osaan sähkömoottoreita muutettiin kaksitasokäämitys. Näillä muutoksilla tutkimuksen sähkömoottorit kuuluvat IE4-hyötysuhdeluokkaan.
Sähkömoottorin hyötysuhde lasketaan jakamalla sähkömoottorin antama teho sähkömoottorin ottamalla teholla. Sähkömoottorin ottama teho kuluu tuotetun tehon lisäksi häviöihin, joita ovat staattorin ja roottorin resistiiviset häviöt, rautahäviöt, mekaaniset häviöt sekä lisähäviöt. Sähkömoottorilaskennassa ABB:lla on käytössä ADEPT-laskentaohjelma, jolla sähkömoottoreita mitoitetaan nimellistehon ja napaluvun mukaan. Hyötysuhdelaskennassa käytetään FCSmek- ja S113-laskentaprofiileita, mutta näillä laskiessa hyötysuhdetulokset ovat testattuja korkeampia. Väärät laskentatulokset perustuvat pääosin ADEPT-laskentaohjelman häviölaskentaan, jolla laskettaessa häviöt jäävät todellista pienemmiksi ja testituloksiin verrattaessa häviöjakauma on väärä. Häviöiden väärin laskeminen johtuu osittain myös virtojen laskemisesta liian pieneksi.
Tässä työssä sähkömoottorit testattiin ABB Oy Moottorit ja Generaattorit -yksikössä IEC 60034-30-1 -standardin mukaisesti. Sähkömoottoreille tehtiin lämpenemäajon lisäksi osakuormatesti, oikosulkukoe ja tyhjäkäyntikoe. Ennen lämpenemäajoa ja lämpenemäajon jälkeen mitattiin eristeen resistanssi. Näillä testeillä selvitettiin sähkömoottorin häviöjakauma ja mitattiin hyötysuhde sekä laskettiin mittaustulosten perusteella IEC-standardin mukaiset nimellisarvot.
Tässä tutkimuksessa käytettiin IE3-hyötysuhdeluokan sähkömoottoreita, joista yritettiin saada IE4-hyötysuhdeluokan sähkömoottoreita vaihtamalla sähkölevymateriaali paremmin sähköä johtavaan ja lisäksi osaan sähkömoottoreita muutettiin kaksitasokäämitys. Näillä muutoksilla tutkimuksen sähkömoottorit kuuluvat IE4-hyötysuhdeluokkaan.