Oikosulkumoottorin laskentamallin toimintaperiaate ja tarkkuuden verifiointi

Abstract

Monet sähkömoottoreilla toimivat pumppujärjestelmät ovat vaikeissa paikoissa huollon kannalta. Niiden kunnosta ja toiminnasta olisi kuitenkin hyvä pitää tarkkaa seurantaa, sillä vikaantuessaan ne voivat aiheuttaa suuria kustannuksia. Erityisesti sähkömoottorit kuluttavat myös huomattavia määriä sähköä, ja niiden energiatehokkuus olisi tärkeää pitää parhaalla mahdollisella tasolla.

Viimatech Oy on kehittämässä sähkömoottori-pumppu-järjestelmille suunnattua seurantatyökalua, joka seuraisi kyseisten järjestelmien toimintaa, huoltotarvetta ja energiankulutusta. Seuranta tapahtuisi sitä varten kehitetyn tiedonkeruulaitteen välityksellä mahdollisimman kustannustehokkaasti. Työkalun on sovelluttava jo olemassa olevien järjestelmien seuraamiseen, minkä vuoksi on tärkeää kehittää siitä helposti ja nopeasti räätälöitävissä oleva.

Sähkömoottori-pumppu yhdistelmien kanssa seurantatyökalun toiminta on jaettu kahteen osaan: sähkömoottorilta saatavaan pyörimisnopeuteen ja vääntömomenttiin, sekä näiden kahden avulla laskettaviin pumpun toimintaparametreihin. Sähkömoottorien kohdalla seuranta toimii parhaiten yleispätevän laskentamallin kautta. Mallille voidaan syöttää sähkömoottorin kilpiarvot, jolloin se mukautuu tutkittavaan moottoriin. Tämän jälkeen mallin tarvitsee vain saada mitattuja arvoja moottorille syötettävästä yhden vaiheen virrasta, jonka avulla se pystyy estimoimaan sähkömoottorin pyörimisnopeuden ja vääntömomentin.

Tässä kandidaatintyössä tutkitaan kolmivaiheisille oikosulkumoottoreille kehitetyn laskentamallin toimintaperiaatetta ja tarkkuutta mallin jatkokehityksen kannalta. Laskentamallin toimintatapa käydään läpi sekä puhtaasti matemaattiselta kannalta että itse laskentaskriptin toiminnan kautta. Mallille suoritetaan sen tarkkuuden tutkimista varten testejä, jotka simuloivat virhettä virranmittauksessa sekä moottorin poikkeamista kilpiarvoistaan.

Many electric motor-driven pumps are installed in difficult locations from maintenance’s point of view. However, their condition and performance should be closely monitored, since they can cause great costs in case of failure. Electric motors can also consume significant amounts of electricity and it is important to maintain their energy efficiency at best achievable levels.

Viimatech Oy has been developing a monitoring instrument targeted to electric-driven pump systems. This instrument tracks the performance, need of maintenance and energy consumption of said systems. The tracking would be carried out as cost-effectively as possible via a datalogger specifically developed for this task. The tracking instrument must be suitable for systems that are already existing, which requires it to be fast and easy to configure.

This tracking instrument’s operation has been divided into two sections in the case of electric driven pumps: rotation speed and torque of the electric motor, and operating parameters of the pumps which can be calculated with the previously mentioned two values. With electric motors the tracking works best through a universal computational model. When given the input of motor specific nominal values the model adapts to each system. After the adaptation the model only needs value for single-phase current, with which it can calculate the estimates for axis rotation speed and torque transferred to the pump.

In this bachelor’s thesis the three-phase induction motor computational model’s working principle and accuracy are examined for the benefit of its further development. The computational model’s working principle is studied from both mathematical and programmatic view. Certain tests are run to verify the model’s accuracy.