Het toerental van een 3-fasen inductiemotor eenvoudig regelen: Een eenvoudige handleiding

De driefasen inductiemotor is een zeer belangrijk hulpmiddel in hedendaagse fabrieken. Je vindt deze sterke inductiemotor op veel plaatsen, zoals werkplaatsen en op boerderijen. Maar deze motoren draaien meestal maar op één snelheid, namelijk een constante snelheid. Wat als je een ventilator langzamer moet laten draaien of een transportband sneller? Daarom is snelheidsregeling zo handig. Deze gids leert je enkele eenvoudige manieren om de regeling van driefasige inductiemotoren te beheren. Als je dit leest, leer je hoe je je machines beter kunt laten draaien. Je leert ook stroom te besparen en je werk vlotter te laten verlopen. We leggen lastige ideeën uit in eenvoudige stappen. Zo kun je ze eenvoudig begrijpen en in praktijk brengen.

Waarom is snelheidsregeling nodig voor een inductiemotor?

Voor veel taken is het niet nodig dat een motor altijd op topsnelheid draait. Denk bijvoorbeeld aan een waterpomp. Soms moet je veel water verplaatsen. Andere keren hoef je maar een klein beetje te verplaatsen. Je verspilt veel energie als je inductiemotor altijd op volle snelheid draait. Met snelheidsregeling kun je de motorsnelheid afstemmen op het werk dat je moet doen. Dit is heel belangrijk voor het regelen van de snelheid.

Het gebruik van een goede snelheidsregeling voor driefasenmotoren levert veel goede dingen op. Het helpt je elektriciteit te besparen en dat bespaart je geld. Het zorgt ervoor dat je machines na verloop van tijd minder schade oplopen. Hierdoor gaan ze langer mee. Het helpt je ook om meer controle te hebben over je werk. Je kunt bijvoorbeeld een transportband langzaam starten zodat de items er niet af vallen. Een goede snelheidsregeling maakt een goede inductiemotor nog beter. Hij wordt nuttiger en verspilt minder stroom.

Hoe werkt een 3-fasen inductiemotor op een eenvoudige manier?

Laten we, voordat we het over snelheidsregeling hebben, eens kijken hoe een 3-fasen inductiemotor werkt. Hij heeft twee hoofdonderdelen. Dit zijn de stator en de rotor. De stator is het deel aan de buitenkant dat stil blijft staan. Binnenin zitten spoelen van draad die de statorwikkeling worden genoemd. De rotor is het deel aan de binnenkant dat ronddraait.

Wanneer je een driefasige spanning naar de statorwikkeling stuurt, gebeurt er iets interessants. Er ontstaat een roterend magnetisch veld. Je kunt het je voorstellen als een magneet die ronddraait in de stator. Dit magnetische veld beweegt langs de staven op de rotor. Dit creëert, of induceert, een spanning en een stroom binnenin. Deze geïnduceerde rotorstroom maakt zijn eigen magnetische veld. De twee magnetische velden duwen en trekken aan elkaar. Het statorveld sleept vervolgens de rotor mee, waardoor deze gaat draaien. De motor wordt een inductiemotor genoemd omdat de spanning in de rotor wordt opgewekt zonder dat er draden in contact komen met de rotor.

Wat is synchrone snelheid en waarom is het belangrijk?

De snelheid van het roterende magnetische veld in de stator staat bekend als de synchrone snelheid. Dit is de hoogst mogelijke snelheid die de inductiemotor kan bereiken. De rekenregel voor synchrone snelheid (Ns) is:

Ns = (120 x f) / P

• f staat voor de voedingsfrequentie van de stroom (bijvoorbeeld 60 Hz in de VS).
• P staat voor het aantal polen in de stator.

De echte rotorsnelheid is altijd een beetje lager dan de synchrone snelheid. Het kleine verschil in snelheid tussen de synchrone snelheid en de rotorsnelheid wordt "slip" genoemd. Dankzij deze slip kan de inductiemotor draaikracht of koppel creëren en arbeid verrichten. Als er geen slip zou zijn, zou de inductiemotor geen koppel hebben. Om de snelheid van een inductiemotor te veranderen, moeten we dus ofwel de synchrone snelheid ofwel de slip veranderen. De synchrone snelheid van de motor is het belangrijkste onderdeel.

Kun je een inductiemotor besturen via het statorgedeelte?

Ja, dat kan zeker! Het is heel normaal om de inductiemotor vanaf de statorzijde te besturen. Dit betekent dat we een verandering aanbrengen in het vermogen dat naar de stator gaat. Zo passen we de snelheid aan. Deze methoden, zoals het wijzigen van de spanning of frequentie, zijn erg geliefd. Dit komt omdat je niets aan de inductiemotor zelf hoeft te veranderen.

Er zijn drie manieren om dit te doen:

• Statorspanningsregeling: Dit betekent dat de spanning die aan de stator wordt gegeven, wordt gewijzigd.
• Paal wisselen: Dit betekent dat het aantal statorpolen moet worden gewijzigd.
• Frequentieregeling: Dit betekent dat de frequentie van de voedingsspanning moet worden gewijzigd.

Elke methode voor snelheidsregeling heeft zijn goede en slechte kanten. We zullen ze allemaal bekijken. Dit zal ons helpen om te zien hoe het werkt voor de inductiemotor. Dit soort snelheidsregeling vanuit het statorcircuit wordt op veel plaatsen gebruikt.

Is het wijzigen van de voedingsspanning een goede snelheidsregelmethode?

Een manier om de snelheid van een inductiemotor te regelen is door de voedingsspanning te veranderen. Je kunt een apparaat zoals een transformator gebruiken om de spanning die naar de motor gaat ook lager te maken. Als de spanning die op de stator staat omlaag gaat, gaat het koppel dat door de inductiemotor wordt geproduceerd een stuk omlaag. Het koppel is gekoppeld aan de spanning vermenigvuldigd met zichzelf. Dit betekent dat een kleine daling in de spanning zal leiden tot een zeer grote daling in het koppel.

Deze manier van snelheidsregeling is eenvoudig, maar voor veel taken niet de beste keuze. Wanneer het koppel afneemt, zal de inductiemotor vertragen. Maar de slip neemt toe, wat betekent dat er meer energie verloren gaat in de vorm van warmte in de rotor. Hierdoor verspilt de inductiemotor meer vermogen en kan hij te heet worden. Deze snelheidsregeltechniek wordt soms gebruikt voor kleine motoren die ventilatoren of pompen laten draaien. In die gevallen wordt het belastingskoppel kleiner als de snelheid omlaag gaat. De arbeidsfactor wordt ook slechter bij een lage spanning.

Hoe regelt het wijzigen van het aantal statorpolen de snelheid?

Herinner je je de rekenregel voor synchrone snelheid? Daaruit bleek dat de snelheid afhangt van het aantal polen. De poolwisselmethode voor snelheidsregeling is gebaseerd op dit idee. Sommige speciale soorten inductiemotoren hebben een statorwikkeling die op een andere manier kan worden bedraad. Dit wordt gedaan om een ander aantal polen te maken. Je kunt bijvoorbeeld een motor met 4 statorpolen vervangen door 8 statorpolen.

Als je het aantal polen verandert, krijg je een grote sprong in snelheid. Een 4-polige inductiemotor met een 60 Hz voeding heeft een synchrone snelheid van 1800 RPM. Als je het aantal polen verandert in 8, daalt de synchrone snelheid naar 900 RPM. Deze methode geeft je verschillende snelheden. Maar je krijgt geen soepele snelheidsregeling. Je kunt alleen kiezen tussen twee, of misschien drie, ingestelde snelheden. Dit is handig voor bijvoorbeeld ventilatoren met twee snelheden of bepaalde gereedschapsmachines. Het bereik van de snelheidsregeling is echter klein. Het is een eenvoudige en effectieve manier om de snelheid in stappen te veranderen.

Wat is de V/F-methode voor snelheidsregeling van inductiemotoren?

Dit is de beste en meest gebruikte snelheidsregelmethode voor een driefasige inductiemotor. Deze methode staat bekend als V/VF-regeling (Variable Voltage Variable Frequency) of V/f-regeling (Voltage-to-Frequency). Het idee is eenvoudig te begrijpen. Als je de frequentie van de voeding verandert, verander je de synchrone snelheid van de inductiemotor. Als de snelheid toeneemt, komt dat omdat de frequentie werd verhoogd. Als de snelheid afneemt, komt dat door een verlaging van de frequentie.

Om dit goed te laten werken, moet je ook de spanning tegelijk met de frequentie veranderen. Het koppel van een inductiemotor is afhankelijk van het magnetische veld (mmf) in de stator. Om dit veld en het koppel op hetzelfde niveau te houden, moet de verhouding tussen spanning en frequentie (V/f) gelijk blijven. Hiervoor gebruiken we een speciaal hulpmiddel, een regelaar of inverter. De omvormer neemt de normale wisselstroom en zet deze om in gelijkstroom. Vervolgens gebruikt hij een proces dat modulatie heet om de gelijkstroom weer in wisselstroom te veranderen. Deze nieuwe wisselstroom kan elke spanning en variabele frequentie hebben die we willen. Dit geeft ons een zeer soepele snelheidsregeling over een zeer groot snelheidsbereik. Dit is de snelheidsregelmethode die de minste energie verspilt.

Kunnen we een snelheidsregelmethode van het rotorgedeelte gebruiken?

Ja, maar dit werkt alleen met een speciaal soort inductiemotor. De meeste soorten inductiemotoren zijn eekhoornkooi motoren. Bij deze motoren zitten de staven in de rotor vast op hun plaats. Bij deze motoren is snelheidsregeling vanaf de rotorzijde niet mogelijk. Er is echter nog een ander type motor dat een gewikkelde rotor of slipring-inductiemotor wordt genoemd. Deze hoofdmotor heeft spoelen van draad in zijn rotor, net als de stator.

Deze spoelen in de rotor zijn bevestigd aan drie sleepringen op de as van de motor. Borstels maken contact met deze ringen. Hierdoor kunnen we een externe weerstand aan het rotorcircuit toevoegen. Door veranderingen aan te brengen in het rotorcircuit kunnen we het snelheids- en koppelgedrag van deze inductiemotor veranderen. Dit geeft ons een hele reeks nieuwe technieken voor snelheidsregeling.

Hoe helpt het toevoegen van rotorweerstand bij het regelen van een 3-fasen inductiemotor?

Voor een inductiemotor met gewikkelde rotor is de eenvoudigste manier om de snelheid aan de rotorkant te regelen het toevoegen van een rotorweerstand. We bevestigen een reostaat (een weerstand die je kunt veranderen) aan de sleepringen op de rotor. Als we een externe weerstand aan het rotorcircuit toevoegen, gaat de motor zich anders gedragen. De toegevoegde weerstand verhoogt de slip van de motor bij een gegeven koppel.

Als de slip toeneemt, gaat de rotorsnelheid omlaag. Door gewoon aan de draaiknop van de regelweerstand te draaien, kunnen we dus een breed toerentalbereik regelen. Deze manier van snelheidsregeling is goed voor toepassingen waarbij een zeer hoog startkoppel nodig is. Enkele voorbeelden zijn kranen, takels en walserijen. Het nadeel is een zeer groot vermogensverlies. Alle extra weerstand in het rotorcircuit verandert elektrische energie in warmte. Het is alsof je probeert auto te rijden terwijl je op de rem trapt. Het werkt wel, maar het verspilt veel energie. De startstroom kan goed worden beheerd met deze methode.

Wat is cascaderegeling voor een 3-fasenmotor?

Cascaderegeling is een meer gecompliceerde methode van snelheidsregeling die ook aan de rotorkant werkt. Het is een slimme manier om niet al het slipvermogen als warmte te verspillen, wat gebeurt bij rotorweerstandsregeling. In deze opstelling gebruik je twee motoren die met elkaar verbonden zijn. De hoofdmotor is een inductiemotor met gewikkelde rotor.

De stroom die van het rotorcircuit van de hoofdmotor komt, wordt niet naar een regelweerstand gestuurd. In plaats daarvan wordt dat vermogen gebruikt om een tweede motor, een hulpmotor, te laten draaien. Deze hulpmotor helpt de hoofdas te draaien. Door de instelling van de hulpmotor te veranderen, kunnen we de slipfrequentie en de rotoremf in de hoofdmotor regelen. Hierdoor verandert zijn snelheid. Er zijn een paar manieren om de motoren aan te sluiten. Hierdoor kun je vier verschillende constante snelheden kiezen. Dit systeem verspilt minder energie dan rotorweerstandsregeling, maar het is ook duurder en ingewikkelder. Tegenwoordig zijn V/F-regelaars die gebruikmaken van een converter en een inverter vaak een betere optie voor het toerental van inductiemotoren.

Belangrijke dingen om te onthouden

Hier volgt een kort overzicht van wat we hebben geleerd over snelheidsregeling voor een driefasen inductiemotor:

• Waarom snelheid regelen? Om minder energie te verbruiken, machines langer mee te laten gaan en een betere controle over je werk te hebben. Een driefasen inductiemotor is veel nuttiger met snelheidsregeling.
• Twee hoofdgebieden: Je kunt een inductiemotor besturen vanaf de statorzijde of vanaf de rotorzijde.
• Statorzijdebediening: Dit omvat het wijzigen van de spanning, het wijzigen van het aantal polen of het wijzigen van de frequentie.
• Spanningsregeling: Dit is eenvoudig, maar verspilt veel vermogen. Het koppel daalt snel wanneer de spanning wordt verlaagd. Dit resulteert in een groot vermogensverlies.
• Paal wisselen: Hierdoor heb je een paar vaste snelheden. Het werkt goed, maar wisselt niet soepel.
• V/F-regeling: Dit is de beste methode voor snelheidsregeling in de meeste situaties. Het maakt gebruik van een regelaar (inverter) om de spanning en frequentie tegelijkertijd te wijzigen. Dit bespaart veel energie en geeft een soepele snelheidsregeling.
• Rotorzijdebediening: Dit kan alleen bij speciale inductiemotoren met gewikkelde rotor.
• Rotorweerstandsregeling: Een eenvoudige snelheidsregelmethode voor motoren met gewikkelde rotor. Het is geweldig voor een hoog startkoppel, maar zet veel energie om in verspilde warmte. We doen dit door een externe weerstand in te voegen.
• Een methode kiezen: De juiste snelheidsregeling voor je inductiemotor hangt af van je machine, je budget en hoeveel regeling je nodig hebt. Voor bijna alle moderne toepassingen is V/F-regeling de eerste keuze.