Oikosulkumoottorin häviöt ja niiden pienentäminen taajuusmuuttajakäytössä

Abstract

Tässä kandidaatintutkielmassa tarkastellaan oikosulkumoottorin häviöitä taajuusmuuttajakäytössä ja niiden vaikutusta moottorin lämpötilaan ja elinikään. Kolmivaiheiset oikosulkumoottorit muodostavat suuren osan teollisuuden sähkömoottoreista ja niiden osuus sähkönkulutuksesta on huomattava. Taajuusmuuttajakäyttö on yleistynyt, koska sen avulla moottorin pyörimisnopeus voidaan sovittaa prosessin hetkelliseen tarpeeseen ja näin ollen parantaa energiatehokkuutta ja ohjattavuutta. Taajuusmuuttajan pulssileveysmoduloitu jännite poikkeaa kuitenkin olennaisesti sinimuotoisesta verkkosyötöstä ja muuttaa moottorin sähkökäyttöön liittyviä häviöitä. Tutkielman tavoitteena on selvittää, miten taajuusmuuttajakäyttö muuttaa oikosulkumoottorin häviöiden jakautumista verrattuna suoraan verkkoon kytkettyyn käyttöön, miten tämä näkyy moottorin lämpötilan nousuna ja millä tavoin noussut lämpötila vaikuttaa elinikään. Lisäksi tarkastellaan teknisiä ratkaisuja, joilla näitä haittoja, kuten eristerasitusta ja laakerivirtoja, voidaan rajoittaa. Työ toteutetaan kirjallisuuskatsauksena. Aineistona hyödynnetään kansainvälisiä standardeja, tieteellisiä julkaisuja sekä valmistajien teknisiä ohjeita. Tarkastelu rajataan pieniin ja keskisuuriin kolmivaiheisiin oikosulkumoottoreihin ja tavallisiin taajuusmuuttajakäyttöihin. Myös erityisen suurta pyörimisnopeutta käyttävät koneet rajataan tarkastelun ulkopuolelle. Kirjallisuuden perusteella todetaan, että taajuusmuuttajan aiheuttamat harmoniset yliaallot kasvattavat erityisesti kupari- ja rautahäviöitä. Kohonnut lämpötila on kriittinen tekijä eristyksen kestävyydelle; jo kymmenen asteen pysyvä lämpötilan nousu voi puolittaa käämieristyksen eliniän. Tulosten mukaan oikein valituilla suodatinratkaisuilla, optimoidulla kytkentätaajuudella ja eristetyillä laakereilla taajuusmuuttajakäyttö voidaan toteuttaa luotettavasti. Lopuksi todetaan, että häviöiden hallinta on keskeistä sähkökäytön kustannustehokkuuden ja kestävän kehityksen tavoitteiden saavuttamiseksi teollisuudessa.