Wound Rotor Inductiemotoren

Een gewonden rotor inductiemotor heeft een stator zoals een eekhoornkooi-inductiemotor, maar een rotor met geïsoleerde wikkelingen die via sleepringen en borstels naar buiten worden gebracht.

Er wordt echter geen stroom op de sleepringen uitgeoefend. Hun enige doel is om weerstand in serie te kunnen plaatsen met de rotorwikkelingen tijdens het starten (figuur hieronder). Deze weerstand wordt kortgesloten zodra de motor is gestart, zodat de rotor er elektrisch uitziet als de tegenhanger van de eekhoornkooi.

Inductiemotor met gewikkelde rotor

V: Waarom weerstand in serie zetten met de rotor?

A: Inductiemotoren met eekhoornkooi trekken 500% tot meer dan 1000% van de vollaststroom (FLC) tijdens het starten. Hoewel dit geen ernstig probleem is voor kleine motoren, is het wel voor grote (10 kW) motoren.

Het in serie plaatsen van weerstand met de rotorwikkelingen vermindert niet alleen de startstroom, de vergrendelde rotorstroom (LRC), maar verhoogt ook het startkoppel, het vergrendelde rotorkoppel (LRT). De onderstaande afbeelding laat zien dat door de rotorweerstand te verhogen van R₀ naar R₁ naar R₂ , wordt de piek van het doorslagkoppel naar links verschoven naar nul toeren.

Merk op dat deze koppelpiek veel hoger is dan het beschikbare startkoppel zonder rotorweerstand (R₀ ) slip is evenredig met de rotorweerstand en het uittrekkoppel is evenredig met slip. Er wordt dus een hoog koppel geproduceerd tijdens het starten.

Piek van het afbraakkoppel wordt verschoven naar nulsnelheid door de rotorweerstand te verhogen

De weerstand vermindert het beschikbare koppel bij volle snelheid. Maar die weerstand is kortgesloten tegen de tijd dat de rotor wordt gestart. Een kortgesloten rotor werkt als een eekhoornkooirotor. De warmte die tijdens het starten wordt gegenereerd, wordt meestal buiten de motor afgevoerd in de startweerstand.

De complicatie en het onderhoud die gepaard gaan met borstels en sleepringen is een nadeel van de gewikkelde rotor in vergelijking met de eenvoudige eekhoornkooirotor.

Deze motor is geschikt voor het starten van zeer traagheidsbelastingen. Een hoge startweerstand maakt het hoge uittrekkoppel beschikbaar bij nulsnelheid. Ter vergelijking:een eekhoornkooirotor vertoont alleen een uittrekkoppel (piek) bij 80% van zijn synchrone snelheid.

Snelheidsregeling

De motorsnelheid kan worden gevarieerd door variabele weerstand terug in het rotorcircuit te plaatsen. Dit vermindert de rotorstroom en -snelheid. Het hoge startkoppel dat beschikbaar is bij nulsnelheid, het teruggeschakelde doorslagkoppel, is niet beschikbaar bij hoge snelheid.

Zie R₂ curve bij 90% Ns, de onderstaande figuur. Weerstanden R₀ , R₁ , R₂ , R₃ waardestijging vanaf nul.

Een hogere weerstand bij R₃ verlaagt de snelheid verder. De snelheidsregeling is slecht met betrekking tot veranderende koppelbelastingen. Deze techniek voor snelheidsregeling is alleen nuttig binnen een bereik van 50% tot 100% van de volledige snelheid.

Snelheidsregeling werkt goed bij belastingen met variabele snelheid, zoals liften en drukpersen.

Rotorweerstand regelt de snelheid van de inductiemotor met gewikkelde rotor

Dubbel gevoede inductiegenerator

We hebben eerder een inductiemotor met eekhoornkooi beschreven die als een generator fungeert als deze sneller wordt aangedreven dan de synchrone snelheid. (Zie Inductiemotor dynamo) Dit is een inductiegenerator met enkelvoudige voeding , met alleen elektrische verbindingen naar de statorwikkelingen.

Een inductiemotor met gewikkelde rotor kan ook als generator werken wanneer deze boven de synchrone snelheid wordt aangedreven. Omdat er verbindingen zijn met zowel de stator als de rotor, staat zo'n machine bekend als een dubbel gevoede inductiegenerator (DFIG).

Rotorweerstand maakt te hoge snelheid van dubbel gevoede inductiegenerator mogelijk

De enkel gevoede inductiegenerator had slechts een bruikbaar slipbereik van 1% wanneer aangedreven door lastig windkoppel. Aangezien de snelheid van een inductiemotor met gewikkelde rotor kan worden geregeld over een bereik van 50-100% door weerstand in de rotor in te brengen, kunnen we hetzelfde verwachten van de dubbel gevoede inductiegenerator.

We kunnen de rotor niet alleen met 50% vertragen, maar we kunnen hem ook met 50% versnellen. Dat wil zeggen, we kunnen de snelheid van een dubbel gevoede inductiegenerator met ± 50% variëren van de synchrone snelheid. In de praktijk is ±30% praktischer.

Als de generator te snel draait, zal de weerstand in het rotorcircuit overtollige energie absorberen, terwijl de stator constant 60 Hz aan de voedingslijn voedt (afbeelding hierboven). In het geval van een te laag toerental kan een negatieve weerstand in het rotorcircuit het energietekort compenseren, waardoor de stator de voedingslijn toch kan voeden met 60 Hz vermogen.

Converter wint energie terug van de rotor van de dubbel gevoede inductiegenerator

In de praktijk kan de rotorweerstand worden vervangen door een omzetter die vermogen van de rotor absorbeert en vermogen in de voedingsleiding voedt in plaats van het te dissiperen. Dit verbetert de efficiëntie van de generator.

Converter ontleent energie aan de hoogspanningslijn voor de rotor van de dubbel gevoede inductiegenerator, waardoor deze goed kan functioneren onder de synchrone snelheid

De omzetter kan stroom "lenen" van de lijn voor de rotor met lage snelheid, die het doorgeeft aan de stator. Het geleende vermogen, samen met de grotere asenergie, gaat naar de stator die is aangesloten op de hoogspanningslijn.

De stator lijkt 130% van het vermogen aan de lijn te leveren. Houd er rekening mee dat de rotor 30% "leent", waardoor de lijn met 100% overblijft voor de theoretische verliesvrije DFIG.

Kwaliteiten van de inductiemotor van de wondrotor

• Uitstekend startkoppel voor belastingen met hoge massatraagheid.
• Lage startstroom vergeleken met kooianker-inductiemotor.
• Snelheid is de weerstandsvariabele over 50% tot 100% volle snelheid.
• Meer onderhoud aan borstels en sleepringen vergeleken met kooiankermotor.
• De generatorversie van de wondrotormachine staat bekend als een dubbel gevoede inductiegenerator , een machine met variabele snelheid.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Werkblad Wisselstroommotortheorie