Regelbereich Asynchronmotor

Hallo,

ich habe schon eine Menge über das Thema gelernt als ich euer Forum durchwühlt habe.
Well done!
Mal schauen ob ich alles vestanden habe.:D

Ich möchte einen Lüfter mit einem 11 kW-Asynchronmotor regeln.
Der Regelbereich des Lüfters muss sein 1:20.

Ab 20 Hz muss ich eine Zwangsbelüftung verwenden.
Ist diese Fausformel nicht abhängig von der Leistung?
Ist es vielleicht so dass ein 1 kW-Motor erst ab einer niedrigen Drehzahl eine Zwangsbelüftung benötigt?
Oder bei einem 100 kW-Motor schon ab 30 Hz?

Niedriger als 5 Hz sollten nicht geregelt werden.
Noch so eine Fausformel.
Warum? Was passiert ab dieser Frequenz?

Diese 5 Hz führen nun dazu dass ich den Motor auf 100 Hz hochfahren muss damit ich die Maximale Lüfterleistung zur Verfügung habe.
Also Regelebereich 1:20 bedeutet --> 5 Hz / 100 Hz

100 Hz, habe ich weiterhin gelesen, ist aber das absolute Maximum.
Das Drehmoment bricht in den hohen Frequenzen ein.
Oder liege ich da falsch?

Das klappt also nicht wirklich.
Entweder die Regelung ist im unteren Frequenzbereich instabil oder das Drehmoment fehlt im oberen Bereich und somit die volumetrische Leistung des Lüfters.:(
Ideen?

Fragen über Fragen...:)

Gruss
Christian
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: Regelbereich Asynchronmotor

Hallo deepwater,

Ob ein Motor eine Zwangsbelüftung braucht oder nicht,
hängt nicht zuletzt vom Konstrukteuer ab.
Fakt ist, dass bei Drehzahlen UNTER der Nenndrehzahl
in der Regel nicht die Nennleistung entnommen werden kann;
man muss die Leistung proportional zur Freequenz reduzieren:
Halbe Nenndrehzahl - halbe Leistung.
(Du kannst davon ausgehen, dass das maximale Drehmoment konstant ist)
Dann hat man aber auch die halbe Lüfterraddrehzahl,
weshalb man dem Murl mit einer Fremdlüftung unter die Arme greifen muss.

Bei 10 % der Nenndrehzahl nutzt man somit auch nur 1/10 der Nennleistung,
was zwar nicht instabil ist, aber die Sache auch nicht wirklich ökonomisch macht
- besser einen anderen Motor oder ein Getriebe einbauen.

Nach oben hin, muss man die Leistung nicht reduzieren;
aus mechanischen Gründen ist bei Standardmotoren jedoch bei 100 Hz Schluss,
noch lange bevor die Elektrischen und Magnetischen Eigenschaften bremsen.

Beim Lüfter muss man drehzahlabhängig die Leistung nach einer Propellekennlinie
(P = k * n³) zur Verfügung stellen;
d.h. bei niedrigen Drehzahlen braucen wir sehr wenig Leistung
und bei hohen Drehzahlen sehr viel.
Das wird mit einem Umrichter sehr einfach möglich sein.
 
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AW: Regelbereich Asynchronmotor

Hallo,

vielen Dank für Deine Antwort.

Wir müssen das Gebläse (also nicht den Zwangslüfter) im Bereich 1:20 regeln. Das bedeutet dass, ohne Überschreitung der Nenndrehzahl, wir im Bereich von 2,5 Hz bis 50 Hz regeln müssen. Ist die Regelung unterhalb von 5 Hz dann noch stabil? Ich habe Gegenteiliges gehört. Was ist Deine Einschätzung?

Gruss
Christian
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: Regelbereich Asynchronmotor

2,5 Hz ist schon hart:
Ein 750 U/min-Propeller müsste sich dann mit 30 U/min drehen
- das ist 1/2 Umdrehung pro Sekunde!
(Ob DAS Sinn macht?)

Ich kann mir schon vorstellen, dass es da Probleme geben kann;
Du solltest mit einem FU-Hersteller sprechen!
 
AW: Regelbereich Asynchronmotor

Hallo,

wir setzen einen Motor mit 3000 upm ein.
Der Motor ist direkt gekuppelt mit dem Gebläse
Das sind bei 2.5 Hz, 150 upm oder 2.5 pro Sekunde
Das ist doch gar nicht sooo langsam.

Es soll so sein dass unter 2.5 Hz es zu Probleme mit dem Motor kommt.
Ich könnte mir vorstellen dass mann die Probleme verringern kann wenn man die Polzahl erhöht, oder?

Wenn man einen vierpoligen Motor nutzt und diesen bis 100 Hz aussteuert dann könnte man Probleme im unteren Frequenzbereich verhindern und trotzdem die volle Leistung zur Verfügung steht.
Was meint Ihr?

Gruss
Christian
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: Regelbereich Asynchronmotor

Ja sicher:
Einen Motor einzubauen,
den man von 10% der Nennfrequenz bis 200 % betreibt,
erleichtert die Sache natürlich deutlich!
Ich habe jedoch angenommen, dass der Lüfter inkl. Motor gegeben sei
und grundsätzlich würde ich es nicht für ausgeschlossen halten,
dass der DOCH mit nur 5 % der Nennfrequenz läuft.

2 Sachen möchte ich dir aber noch mitgeben:

Die Motordrehzahl sinkt NICHT proportional zur Frequenz,
sondern liegt (gleiches Lastmoment vorrausgesetzt) immer um den Schlupf darunter.
Das erlärert auch, wieso drehzahlweiche Motoren im Schwerlastanlauf
mit 2,5 Hz nicht hochkommen - die haben einfach zu wenig Schlupffrequenz!
Im Falle des Lüfters fällt jedoch mit fallender Drehzahl auch das Motormoment,
sodass es aus dem Stand praktisch nur aus dem Trägheitsmoment des Propellers besteht.
Dann beschleunigt er halt langsam - na und?

Aus dem gleichen Grund wird eine Fremdkühlung des Motors
höchstwahrscheinlich NICHT erforderlich sein;
gegebenenfalls nach 5 Anläufen Temperatur messen (bzw. rechnen).
 
AW: Regelbereich Asynchronmotor

Niemand wird nen Asynchronmotor im Schweranlauf mit einem 2,5 Hz Drehfeld anfahren lassen. Der wird kurzzeitig auf 50 Hz angefahren und dann nach einer gewissen Zeit gedrosselt...
Oder mit nem "Spannungs-Boost". Das Problem beim Anlauf ist nämlich, dass ein großer Teil der Spannung an den ohmschen Widerständen abfällt, die im Vergleich zu den Reaktanzen bei der Frequenz nicht zu vernachlässigen sind...

Das sollte also kein Problem darstellen. Schließlich werden heutzutage auch Asynchronmotoren im Schweranlauf hochgefahren. Täglich...

Interessant wäre, wie sich der Luftdurchsatz bei einem Lüfter, der direkt auf der Motorwelle sitzt, zur Drehzahl verhält. Steigt der Durchsatz linear mit der Drehzahl?
Wenn ja, dann reicht es keineswegs aus zu überprüfen, ob der Motor im niedrigsten und höchsten Drehzahlbereich mit der eigenen Belüftung auskommt...

Die Erwärmung beim Anlauf zu messen, bringt aufgrund der (großen) Wärmekapazitäten der Bauteile jedenfalls keine Aussage darüber, ob Fremdbelüftung im Betrieb nötig ist oder nicht...
 
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derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: Regelbereich Asynchronmotor

Niemand wird nen Asynchronmotor im Schweranlauf mit einem 2,5 Hz Drehfeld anfahren lassen.
Stimmt;
den aber kurzzeitig auf 50 Hz anzufahren und dann nach einer gewissen Zeit zu drosseln,
bedeutet den Motor in seinem problematischsten Betriebsbereich zu betreiben,
hohe Stöme (bist 10 mal Inenn) mit folglich hoher Wärmebelastung zu ziehen
und doch langsam hochzufahren,
da Asynchronmaschinen meist ein geringes Anlaufmoment haben.

Mit nem "Spannungs-Boost" verschlimmert man das Strom-Problem nur noch,
da nicht zuletzt Sättigungserscheinungen im Eisenkern
die strombegrenzenden Reaktanzen verringern
und so den hohen Stromanstieg begünstigen.

Prinzipiell stellt das auch kein unüberwindliches Problem dar,
schließlich werden heutzutage täglich Asynchronmotoren im Schweranlauf hochgefahren.
Das sind jedoch klassisch Schleifringläufermotoren mit abschaltbaren Anlasswiderständen im Rotorkreis,
die groß, sehr aufwändig und teuer sind und eine eigene Steuerung erfordern,
Motoren mit Anlasswiderständen in den Zuleitungsphasen (Die KUSA-Schaltung ist etwas anderes!),
oder Motoren mit Stromverdrängungsläufern (Doppelstab, Keilstab, Hochstab, ...),
die Wirkungsgrad- und Preisnachteile gegen Rundstabläufer haben.
Letzeres hat meist unerwünschte Auswirkungen auf die Momentenkennlinie nahe der Nenndrehzahl.
Allen gemeinsam ist das mehr oder weniger dürftige Anlaufmoment,
welches gerade bei den wirkungsgradstarken Motoren
oft nur einen kleinen Bruchteil des Nennmomentes beträgt
und den thermisch spannenden Anlaufvorgang in die Länge zieht.

Mit einem Frequenzumrichter kann man dagegen bei Drehzahl 0 das Nennmoment erreichen
und DEUTLICH schneller beschleunigen,
wobei trotzdem bloss der Nennstrom fliesst und die Erwärmung damit unerheblich ist.

Weil das Lüfterrad auf der Motorachse aber bei niedriger Drehzahl weniger fördert,
muss für den längerdauernden Betrieb deutlich unter der Nenndrehzahl
meist eine forcierte Kühlung über einen eigenen Lüfter vorgesehen werden.
... womit wir beim Thema Lüfter wären:
Wie sich der Luftdurchsatz bei einem Lüfter, der direkt auf der Motorwelle sitzt, zur Drehzahl verhält
ist bekannt und habe ich oben auch schon beschrieben:
Der Durchsatz steigt eben NICHT linear mit der Drehzahl;
bei der Propellerkennlinie nimmt das Lastmoment mit dem Quadrat der Drehzahl zu,
woraus ich den naheliegenden Schluss gezogen habe,
dass bei 1/10 der Nenndrehzahl für das entsprechende 1/100 Nennmoment bei 1/100 des Nennstromes
wahrscheinlich KEINE Fremdlüftung erforderlich ist.
Deshalb reicht es sicher aus zu überprüfen,
ob der Motor im niedrigsten und höchsten Drehzahlbereich mit der eigenen Belüftung auskommt;
dazwischen ergänzen sich die Kennlinien der LAst und der Lüftung sehr gut.
Die Erwärmung nach 5 Anläufen zu messen,
berücksichtigt die zur Beschleunigung des Lüfterrrades erfoderliche Energie
und erlaubt ein Abschätzung ihres Einflusses.
 
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AW: Regelbereich Asynchronmotor

Ist das tatsächlich so simpel mit dem Luftdurchsatz? Habe leider keine Ahnung von Strömungsmechanik...

Beim Auto ist es ja zum Beispiel so, dass die Geschwindigkeit durchaus linear mit der Motordrehzahl steigt (im jeweiligen Gang), die Leistung muss aber quadratisch erhöht werden. Aus Gründen der Strömungsmechanik...

Finde das gerade ne sehr interessante Frage. Vielleicht täusche ich mich ja auch. Ich behalte das im Auge...
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
AW: Regelbereich Asynchronmotor

Grundsätzlich ist das tatsächlich so simpel mit dem Luftdurchsatz:
Die Propellerkennlinie findet man bei vielen Lüftern, Flugzeugpropellern, Pumpen, Schiffsschrauben,...
und sie ist immer (fast) so eine schöne x²-Parabel,
wobei deren Parameter vom Propeller
und auch ein bissi von der Mediengeschwindigkeit usw. abhängen.

Die Geschwindigkeits-Drehzahl-Proportionalität beim Auto hängt einfach damit zusammen,
dass die Umfangsgeschwindigkeit von Rädern linear von deren Wikelgeschwindigkeit abhängt;
der Luftwiderstand erhöht sich aber mit der 3. (!) Potenz der Fahrgeschwindigkeit,
womit er bei flotteren Fahrzeugen den Rollwiderstand vernachlässigen lässt*.


*) Faustformel für die erreichte Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Motorleistung:

[tex]v\ = \ k\ \ \cdot \ \sqrt[3]{P} [/tex]

Das "k" berücksichtigt den cw-Wert
und ist bei Motorrädern zwischen 42 (Chopper und Blunzen) und 52 (extrem schlanke Sportler ala Duc) angesiedelt.
Wenn man damit ein bissi herumrechnet, bekommt man schnell ein gutes Gefühl dafür
und man kann die Fahrzeuge sehr treffend einschätzen
bzw. Stammtischpiloten entlarven.
 
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