10. fejezet – Villamos forgógépek

A kompresszor a hűtőkör „szíve” (4.1 pont) – de a szívet egy villanymotor hajtja. Ha a motor nem indul, rossz irányba forog, túlmelegszik vagy rossz kapcsolásban kap feszültséget, a legjobban megszerelt hűtőkör is használhatatlan. A szerelő ezért nem kerülheti meg a motorokat: be kell kötnie, be kell üzemelnie, és hiba esetén meg kell tudnia mondani, a motor vagy a hűtőkör okozza-e a bajt.

A fejezet a villamos alapokra épül: a feszültség, az áram, a teljesítmény és a háromfázisú rendszer fogalmát a bemeneti tudásodból hozod, a 9.1 pont röviden átismétli. Itt csak azt idézzük fel belőle, ami a motorokhoz kell.

10.1 A háromfázisú aszinkronmotor felépítése és működése

Miért háromfázisú?

A mestervizsga-jegyzet így indokolja: nagy teljesítménynél egyetlen fázisvezetőn és a nullavezetőn olyan nagy áram folyna, hogy igen vastag tekercshuzal és hozzávezetés kellene, és nőnének a melegedési veszteségek is. Ha ugyanaz a teljesítmény három vezetőn oszlik el, egy-egy vezetőre kisebb áram jut. Ezért készülnek a nagy teljesítményű hűtő- és szellőzőberendezések háromfázisú táplálásra ([K] VII/4).

A háromfázisú hálózat két feszültsége, amelyre a fejezet során sokszor szükséged lesz ([K] VII/4, [V11] 1.38.2):

vonali feszültség (két fázisvezető között):     U_v = 400 V
fázisfeszültség (fázis és nullavezető között):  U_f = 230 V
U_v = √3 · U_f

Felépítés

A hűtéstechnikában a kompresszorokat és a ventilátorokat jellemzően kalickás forgórészű aszinkronmotor hajtja – az ipar is nagy számban használja ezt az üzembiztos, kevés karbantartást igénylő motorfajtát ([K] VII/6). A félhermetikus kompresszorok betétmotorja is rövidre zárt forgórészű aszinkronmotor ([R2] 22.5).

A motor két fő része (10.1. ábra):

• Állórész (sztátor). Lemezelt vastestének hornyaiban ülnek a tekercsek; a tekercseket a főszigetelés választja el a földelt vastesttől. A vastestet azért lemezelik, hogy csökkenjen az örvényáramú veszteség ([K] VII/6, [V11] 1.40.4). A háromfázisú tekercselés fázisonként legalább két tekercsfélből (egy póluspárból) áll, összesen tehát legalább hat tekercsfélből; a póluspárok száma határozza meg a fordulatszámot (10.2 pont).
• Forgórész (rotor). Szintén lemezelt vastest, de a hornyaiba nem tekercs kerül: a hornyokat alumíniummal kiöntik, így alumíniumrudak keletkeznek, amelyeket a két végükön rövidre zárnak. Ez a kalicka. A rudakban kicsi a feszültség, de rendkívül nagy áram folyik ([K] VII/6, [V11] 1.40.4).

A tekercsek általában mind a hat végét kapocstáblára vezetik ki; itt van a védővezető bekötési pontja is ([V11] 1.40.4). A kapocstábla átkötését a 10.4 és a 10.9 pont tárgyalja.

Létezik csúszógyűrűs aszinkronmotor is: forgórészében háromfázisú tekercselés van, amelyet csúszógyűrűkön át külső ellenállásokra lehet kötni – ezzel nagy teljesítményű gépeknél az indítási áram csökkenthető ([V11] 1.40.4, [EG] 7.1). A kompresszorok és ventilátorok motorjainál a forrásaink a kalickás kivitelt írják le, ezért a fejezet a továbbiakban azzal foglalkozik.

Működés: a forgó mágneses mező

Ha az állórész térben eltolt tekercseire időben eltolt, szinuszos háromfázisú feszültséget kapcsolsz, az állórészben forgó mágneses mező alakul ki ([EG] 7.2, [K] VII/6). A 10.2. ábra mutatja, hogyan: a három fázisfeszültség csúcsa egymás után, egyharmad periódusonként következik, és mivel a három tekercs a kerület mentén eltolva ül, a legerősebb mágnesezés helye – az eredő mező iránya – körbejár.

A forgó mező a forgórész rúdjaiban feszültséget indukál, a feszültség áramot hajt a rudakban, az árammal átjárt rudakra a mágneses térben erő hat, és a forgórész a mező irányába forogni kezd ([K] VII/6). Ha a forgórész utolérné a mezőt, a rudak nem metszenék a mágneses erővonalakat, megszűnne az indukció és vele az erőhatás – a forgórész lassulna. Állandósult üzemben ezért a forgórész mindig lassabban forog, mint a mező: ez az aszinkron (nem együtt futó) működés ([K] VII/6, [EG] 7.2, [V21] 7.4.1).

A kompresszor betétmotorja

A hermetikus és félhermetikus kompresszorban a motor a hűtőközeg terében van. A Rabi-könyv szerint a beépített motor szigetelőanyagainak nagy hőmérsékleten is ellen kell állniuk a jó oldó hatású hűtőközeg és az olaj együttes hatásának úgy, hogy a villamos szigetelési tulajdonságaik ne romoljanak a megengedettnél jobban ([R2] 22.5). A hermetikus motort a szívott hideg gőz hűti ([T] 3.6.2); ha a hűtőközeg-áram elmarad – például szivárgás miatt –, a motor hűtése is elmarad. A kivitelek (nyitott, félhermetikus, hermetikus) összevetését a 4.6 pont adja.

10.2 Szinkron fordulatszám, szlip – mintapélda

A mező fordulatszáma

A képletet a mestervizsga-jegyzet, a gépszerelő-jegyzet és a villanyszerelő-jegyzet egyformán közli ([K] VII/6, [EG] 7.2, [V11] 1.40.4). 50 Hz-en a 10.1. táblázat értékei adódnak.

10.1. táblázat. Szinkron fordulatszámok 50 Hz-en ([V11] 1.40.4; a képlettel újraszámolva [C]). Az utolsó oszlop a villanyszerelő-jegyzet táblázatának értéke; mindegyik 4 %-os szlipnek felel meg ([C]).

A póluspárok számának növelésével a fordulatszám csökken ([K] VII/6). Ezt használja ki a pólusváltós (két tekercsrendszerű vagy átkapcsolható tekercselésű) motor, amelynek két vagy több fix fordulatszáma van ([K] II/2.3.2, [R1]; 10.8 pont, ventilátorok).

A szlip

A szlip a terheléssel nő: minél nagyobb nyomatékot kér a hajtott gép, annál jobban lemarad a forgórész a mezőtől ([V21] 7.4.1, [V11] 1.40.4). Az értéke jellemzően néhány százalék, de a források tartományai eltérnek: a gépszerelő-jegyzet szerint 3–7 % ([EG] 7.2), a villanyszerelő-jegyzet táblázata 4 %-kal számol (10.1. táblázat), egy 2,2 kW-os motor adatlapja szerint 3 % ([AL1]), egy 30 kW-osé szerint 2 % ([AL2]). A pontos érték mindig az adott gép adattáblájából számolható.

Figyelj a meghatározásra, ha a hűtő- és szellőzőrendszer-szerelő mestervizsga-jegyzetből is tanulsz: ott a szlip a tengely- és a szinkron fordulatszám hányadosaként szerepel ([K] VII/6). Ez a képlettel nem egyezik: 0,97 · n₀-lal forgó motornál a hányados 97 %, a szlip viszont 3 %. A helyes meghatározás a fenti: a két fordulatszám különbsége a szinkron fordulatszám százalékában ([EG] 7.2, [V11] 1.40.4).

1. A fölötte lévő legközelebbi szinkron fordulatszám: n₀ = 1500 1/min
2. p = 60 · f / n₀ = 60 · 50 / 1500 = 2  ->  2 póluspár = 4 pólusú motor
3. s = (n₀ - n) / n₀ = (1500 - 1455) / 1500 = 45 / 1500 = 0,030 = 3,0 %

10.3 Nyomaték-fordulatszám jelleggörbe, indítási áram

A jelleggörbe

A motor nyomatéka nem állandó: attól függ, milyen gyorsan forog. A nyomaték-fordulatszám jelleggörbe (10.3. ábra) a motor „személyi igazolványa”: megmutatja, mekkora nyomatékkal indul, mennyit bír el, és hol áll be az üzem.

A görbe nevezetes pontjai:

• Indítónyomaték (M_A): álló helyzetben (n = 0) kifejtett nyomaték. A motor akkor indul el, ha ez nagyobb, mint a hajtott gép nyomatékigénye ([EG] 7.4).
• Billenőnyomaték (M_K): a görbe csúcsa.
• Névleges pont: a névleges nyomaték és a névleges fordulatszám, közel a szinkron fordulatszámhoz. Ott, ahol a motor és a hajtott gép görbéje metszi egymást, áll be a munkapont.

A jelleggörbe jobb oldali, meredeken eső szakasza a stabil üzemi tartomány: ha itt a terhelés kissé nő, a motor kicsit lassul, a nyomatéka nő, és beáll egy új egyensúly. A szlip a terheléssel nő; túl nagy szlipnél a motor túlterhelődik, és kibillenhet ebből az állapotból ([V21] 7.4.1).

Az adatlapok a nevezetes pontokat a névleges értékhez viszonyítva adják meg. Egy 2,2 kW-os, négypólusú motor adatlapján ([AL1]): M_A/M_N = 3,0, M_K/M_N = 3,8, I_A/I_N = 8,3; egy 30 kW-os motorén ([AL2]): 2,6; 3,6; 7,8. Ezek egy-egy konkrét gép adatai – más motornál mások.

Nyomaték és teljesítmény

A forgó tengelyen leadott teljesítmény a nyomaték és a szögsebesség szorzata ([EMG] (4.94)):

P = M · ω,     ω = 2 · π · n      (n fordulat/másodpercben!)
M = P / (2 · π · n)

Az adattábla fordulatszáma 1/min-ben van: 60-nal osztva kapod a másodpercenkénti értéket. A 10.e mintapélda (10.9 pont) ezzel ellenőrzi egy valódi adatlap nyomatékadatát.

Az indítási áram

Ha a forgórész szinkron fordulatszámmal forogna, nem indukálódna benne feszültség; indításkor viszont, amikor még áll, nagy feszültség indukálódik benne, és a forgórészben, valamint az állórész tekercseiben is nagy áram folyik ([V11] 1.40.4). Ez az indítási áram (az adatlapokon az álló forgórész árama, I_A). Kis motornál néhány tized másodperc alatt felpörög a gép, nagyobb kompresszormotornál a mestervizsga-jegyzet szerint akár 1–1,5 másodperc is lehet a felfutás ([K] VII/6).

Mekkora? Itt a források eltérnek, és ezt a vizsgán is tudnod kell (10.4. ábra):

• a mestervizsga-jegyzet szerint a bekapcsolás pillanatában az üzemi áram 3–6-szorosa is lehet, a nagyobb érték a kis motorokra vonatkozik ([K] VII/6);
• a gépszerelő-jegyzet közvetlen indításra 3…9 · I_n-et ad ([EG] 7.5.1);
• két korszerű, IE3 hatásfokosztályú motor adatlapja 8,3 ([AL1]) és 7,8 ([AL2]) értéket ad – ez a [K] tartománya fölött, az [EG] tartományán belül van.

Egy kontaktor- és motorindító-szabvány tájékoztató melléklete magyarázatot is ad az eltérésre: a nagyobb hatásfokú motorok közvetlen indítási árama a kisebb forgórész-ellenállás miatt jelentősen nagyobb, mint a régebbi gépeké ([SZ1] C.1.1.3). Ugyanez a szabvány külön fogalomként kezeli az álló forgórész tartós áramát és a bekapcsolás pillanatának első áramcsúcsát, amely ennél is nagyobb lehet ([SZ1] 3.8.1–3.8.2). A gyakorlati tanulság: az indítási áramot az adott gép adatlapjából vedd, ne ökölszabályból.

Miért érdekel ez a szerelőt?

• A nagy indítási áram feszültségcsökkenést okozhat a hálózaton ([EG] 7.5.1) – ezért számít a tápkábel méretezésénél is (9.6 pont).
• A védelemnek (kismegszakító, motorvédő) ki kell bírnia az indítást, de a tartós túlterhelésnél ki kell oldania (9.4 és 10.9 pont).
• Minden indítás melegíti a tekercset; ezért korlátozzák a gyártók az óránkénti indítások számát (4.7 pont).

10.4 Indítási módok: közvetlen, csillag-delta, lágyindító, frekvenciaváltó

Az indítási módok célja, hogy az indítási áramlökést és a hálózat terhelését csökkentsék, illetve hogy a motor a hajtott géphez illő nyomatékkal induljon. A 10.2. táblázat a szakmában előforduló módokat foglalja össze.

10.2. táblázat. Indítási módok ([K] VII/7, [EG] 7.4–7.6, [V21] 7.4.1).

Közvetlen indítás

A motort mágneskapcsoló közvetlenül a hálózatra kapcsolja. Nagy az indítási áram, cserébe nem kell hozzá segédeszköz, és a motor gyorsan felpörög; a gépszerelő-jegyzet a kis teljesítményű motorokhoz sorolja ([EG] 7.5.1). Az inverteres gépek motorja frekvenciaváltóról indul (10.8 pont).

Csillag- és deltakapcsolás

A háromfázisú motor három tekercsét kétféleképpen lehet a hálózatra kötni (10.5. ábra).

Csillag-delta indítás

A csillag-delta indítás azt használja ki, hogy csillagban kisebb feszültség jut egy tekercsre. Üzem közben a tekercsek deltában vannak, és mindegyikre a vonali 400 V jut. Indításkor átmenetileg csillagba kapcsolják őket, így a 400 V-ra méretezett tekercsre csak 230 V jut: a motor csökkentett feszültséggel, kis áramlökéssel indul, majd az üzemi fordulatszám elérésekor átkapcsolják deltába, és névleges feszültséggel, árammal és teljesítménnyel üzemel tovább ([K] VII/7, [V11] 1.40.4).

Az ár: csillagban az indítónyomaték is a deltás érték harmadára csökken ([EG] 7.5.5).

Az átkapcsolást mágneskapcsolók végzik, az időzítést többnyire időrelé (10.6. ábra). A kapcsolók számában a forrásaink eltérnek: a mestervizsga-jegyzet tipikusan két mágneskapcsolóról és időreléről ír ([K] VII/7), a két villanyszerelő-jegyzet kapcsolási rajza hármat mutat – hálózati, csillag- és deltakapcsolót, a csillag- és a deltakapcsoló kölcsönös reteszelésével ([V11] 8.5, [V21] 1.1. ábra). Az átkapcsolást időrelé helyett áramrelé vagy fordulatszám-érzékelő is vezérelheti ([V21] 7.1.1). A vezérlőkör (nyomógombok, öntartás, reteszelés) logikáját a 13.3 pont tárgyalja.

I_Y / I_Δ = (400/√3)/Z  :  (√3 · 400)/Z  =  1/3

a) 400 V Δ: deltában a tekercs 400 V-ot kap -> a 400 V-os hálózaton deltában üzemel,
   tehát csillag-delta indításra alkalmas.
b) közvetlen:  I_A = 7,8 · 55,0 = 429,0 A      M_A = 2,6 · 195 = 507,0 Nm
   csillagban: I = 429,0 / 3 = 143,0 A (= 2,60 · I_N)
               M = 507,0 / 3 = 169,0 Nm (= 0,867 · M_N)
c) csillagban az indítónyomaték a névleges nyomatéknál kisebb (169,0 < 195 Nm)

Résztekercses indítás

Különösen nagyobb teljesítményű hűtőkompresszorok motorjainál alkalmazzák a résztekercses indítást. Az állórész-tekercselés két külön tekercsrendszerből áll; a teljes teljesítményhez mindkettő kell. Indításkor csak az egyiket kapcsolják be, így a motor fél teljesítménnyel és kisebb áramlökéssel indul, majd a második tekercsrendszert is a hálózatra kapcsolják ([K] VII/7). A Rabi-könyv ezt „osztott tekercselésű” berendezésként, csillag-csillag kapcsolóval említi ([R2] 27.4).

Lágyindító

A lágyindító elektronika, amely az indítás idejére fokozatosan növelve kapcsolja a hálózati feszültséget a motorra, így a motor kis áramlökéssel, vagy áramlökés nélkül indul ([K] VII/7). A gépszerelő-jegyzet szerint ellenpárhuzamosan kapcsolt tirisztorok szabályozzák a motorra jutó feszültséget, és az indítóáram korlátja beállítható – a forrás a névleges áram 1,5…7-szeresét adja meg tartományként ([EG] 7.5.8). A lágyindító az indítás idejére avatkozik be; a fordulatszám folyamatos változtatására a frekvenciaváltó való (10.8 pont).

Frekvenciaváltó

A frekvenciaváltóval táplált motornál nincs közvetlen indítás, csak frekvenciafelfutás: ezzel a lágyindítás is megvalósul, és a hálózat megmenekül a felesleges áramlökésektől ([V21] 7.4.1). A frekvenciaváltó felépítését és az inverteres kompresszort a 10.8 pont tárgyalja.

10.5 Egyfázisú motorok: segédfázis, kondenzátorok, forgásirány-váltás

Miért nem indul el magától?

Egyfázisú motort ott használnak, ahol nincs háromfázisú hálózat, vagy kicsi a szükséges teljesítmény: kisebb klíma- és hűtőkompresszorokban, ventilátorokban. Egyetlen fázis és egyetlen tekercs azonban nem forgó, hanem lüktető mágneses mezőt hoz létre. A jelleggörbe szerint n = 0-nál a nyomaték is nulla: a motor magától nem indul el ([EG] 7.8.1, [K] VII/7.1).

A mestervizsga-jegyzet így magyarázza a fázistolást: a kondenzátor árama „siettet”, a tekercsé „késik” a feszültséghez képest; ha a fő- és a segédtekercs árama eltérő ütemben változik, forgó mező alakul ki, és a motor ugyanúgy működik, mint a háromfázisú ([K] VII/7.1).

A kapcsolások

A forrásaink több indító kapcsolást írnak le ([EG] 7.8, [K] I/7.1.1, VII/7). A leggyakoribbakat a 10.7. ábra és a 10.3. táblázat mutatja.

10.3. táblázat. Az egyfázisú motorok indító kapcsolásai ([EG] 7.8, [K] I/7.1.1).

Az áramrelé működéséről a források eltérnek: a mestervizsga-jegyzet egyik képaláírása fordítva írja le, kis indítási áramnál zárt, nagynál nyitott érintkezővel ([K] VII/7.2). A táblázat a gépszerelő-jegyzet működésleírását követi ([EG] 7.8.4); a beépített relé működését mindig a kompresszor kapcsolási rajza és a relé adatlapja mutatja meg.

A kapcsolóelem PTC-termisztor is lehet. A Rabi-könyv szerint az izobután (R-600a) töltetű háztartási hűtőkészülékeknél azért indítják PTC-vel a kompresszort, mert a szivárgáskor a kompresszor környezetében gyúlékony elegy alakulhat ki, és a szikrázó indítórelé ezt begyújthatná ([R1]). A gyúlékony közegekről a 14.5 és a 15.7 pont szól.

Az egyfázisú kompresszor három kapcsáról (közös, fő- és segédtekercs; C, R, S) és a tekercsek azonosításáról ellenállásméréssel a 17.4 pont szól.

A kondenzátor

A motor üzemi kondenzátora végig a körben van, az indítókondenzátor csak az indítás idejére. A szükséges kapacitást és névleges feszültséget a motor, illetve a berendezés gyártója adja meg; a jegyzet szándékosan nem közöl ökölszabályt, mert a forrásokban talált méretezési ökölszabályok egymásnak ellentmondanak – a mérvadó a gyártói adat. Cserénél a régi kondenzátor és a gyártói dokumentáció adatait vedd alapul.

Forgásirány-váltás

Egyfázisú motornál a forgásirányt valamelyik tekercs (jellemzően a segédtekercs) két végének felcserélésével fordítod meg; háromfázisú motornál bármely két fázis felcserélésével ([EG] 7.8.5, [V11] 1.40.4) – 10.8. ábra. A cserét mindkét esetben feszültségmentes állapotban végzed.

10.6 Egyenáramú gépek alapjai

A programkövetelmény az egyenáramú forgógépek ismeretét is kéri. A hűtéstechnikai forrásaink a klasszikus, kefés egyenáramú gépet csak elvétve említik (például a járműhűtésben), az elvét továbbvivő kefe nélküli (BLDC, EC) motort viszont annál többször: ilyen hajtja az inverteres kompresszorokat és sok ventilátort (10.8 pont).

Felépítés

Az egyenáramú gépnek három fő szerkezeti része van ([EG] 5.1), 10.9. ábra:

• Állórész: a koszorú összefogja a pólusokat, és zárja a mágneses kört. A főpólusokon ülnek a gerjesztőtekercsek (kisebb gépeknél a pólus állandó mágnes is lehet); a főpólusok között segédpólusok lehetnek.
• Forgórész – armatúra: tengely, lemezelt vastest, tekercselés és a kommutátor.
• Kefék: a szénkefék csúsznak a kommutátoron, és ezeken át jut az áram a forgórészbe.

A kommutátor (commutator) a tengelyre épített, egymástól elszigetelt szeletekből álló gyűrű, amelyhez a forgórész tekercsei csatlakoznak. A rajta csúszó kefékkel együtt mechanikus egyenirányítóként működik: a vezetők árama a semleges vonalon áthaladva irányt vált, így a nyomaték iránya állandó marad ([EG] 5.1, [V11] 1.40.1).

Az egyenáramú motor és generátor szerkezete azonos: a motor a villamos energiát alakítja mechanikai munkává, a generátor fordítva ([EG] 5.3, [V11] 1.40.2).

Gerjesztési módok

A gép viselkedését az határozza meg, hogyan kapja a mágneses mezőt (10.4. táblázat).

10.4. táblázat. Az egyenáramú motorok gerjesztési módjai ([EG] 5.3, [V11] 1.40.2, [V21] 7.4.2).

A soros gerjesztésű motor szerkezetével azonos az univerzális motor, amely egyen- és váltakozó feszültségről is működik ([V11] 1.40.3).

Fordulatszám és forgásirány

A villanyszerelő-jegyzet egyszerűen fogalmaz: az egyenáramú motor fordulatszáma egyenesen arányos a kapocsfeszültséggel ([V11] 1.40.2). A fordulatszám háromféleképpen változtatható: a kapocsfeszültséggel (veszteségmentes), az armatúrakörbe kötött ellenállással és a mágneses mező gyengítésével – ez utóbbi csak növelni tudja a fordulatszámot ([EG] 5.5, [V21] 7.4.2). Állandó mágneses motornál a forgásirányt a tápvezetékek polaritásának felcserélése fordítja meg ([EG] 5.6.3). A gépszerelő-jegyzet egyenleteiből az is kiolvasható, hogy a motor áramfelvételét a terhelőnyomaték határozza meg, és hogy a fluxus csökkenésével a fordulatszám nő – nagyon kicsi fluxusnál a motor megszaladhat ([EG] 5.3).

Hol találkozol a szakmában egyenáramú géppel? Járműhűtésben például a hatósági tananyag olyan megoldást is leír, amelyben a hálózati villanymotor egy egyenáramú gépet forgat, és az dinamóként táplálja a 12 V-os ventilátorokat és részegységeket ([T] 6.2.2). A legfontosabb utód azonban a kefe nélküli egyenáramú motor (10.8 pont).

10.7 Léptetőmotor – és az elektronikus expanziós szelep

A léptetőmotor

A gépszerelő-jegyzet három fő típust ír le: állandó mágneses (van tartónyomatéka), hibrid (van tartónyomatéka) és változó reluktanciájú (nincs tartónyomatéka); a legelterjedtebb a hibrid ([EG] 5.4.3). A villanyszerelő-jegyzet szerint a léptetőmotor állórésze kiálló pólusú vasmag; az egymással szemben ülő pólusok tekercsei sorba vannak kötve, és egy ilyen póluspár egy „fázis” – egy 10 pólusú állórész például 5 fázisú ([V21] 7.4.4).

A lépésszög a gépszerelő-jegyzet szerint ([EG] 5.4.3):

α = 360° / (2 · p · m)        p: póluspárok száma,  m: fázisszám
lépések száma egy fordulatra = 360° / α

A léptetőmotor legfontosabb tulajdonságai ([EG] 5.4.3):

• gerjesztett nyugalmi helyzetben nagy tartónyomatéka van, ezért önzáró – áram alatt megtartja a helyzetét;
• kis sebességnél, akár egyes lépéseknél is nagy a nyomatéka;
• előre megadott számú impulzussal pontosan pozícionál, ehhez nem kell érzékelő és szabályozó;
• digitális vezérléshez közvetlenül csatlakoztatható;
• bizonyos esetekben lengésre hajlamos.

Az utolsó előtti pontnak van egy árnyoldala: a vezérlés nyílt hurkú, vagyis a vezérlő nem ellenőrzi, hogy a tengely valóban megtette-e a lépést. A gépszerelő-jegyzet szerint ezért a lépéstévesztés rejtve maradhat ([EG] 5.4.3).

a) α = 360° / (2 · p · m) = 360° / (2 · 12 · 2) = 360° / 48 = 7,5°
b) lépés/fordulat = 360° / 7,5° = 48
c) 480 lépés / 48 lépés/fordulat = 10 fordulat

A léptetőmotor az elektronikus expanziós szelepben

A hatósági tananyag szerint a léptetőmotoros adagolószelep egy szeleptestből és egy léptetőmotorból áll, amelyet egy szabályozó vezérel; a túlhevítés változó terhelésnél is állandó értéken tartható. Előnyként a szeleptű pontos helyzetét, az állandó forgatónyomatékot, a zavartalan működést és a hosszú élettartamot említi ([T] 3.4.5.2, [R2] 25.6.2). A szelep hűtéstechnikai működését a 6.5 pont, a vezérlését, bekötését és paraméterezését a 13.6 pont tárgyalja; itt a villamos oldal a téma.

Mit mérsz rajta? A hatósági tananyag hibakeresési sorrendje szerint – miután a túlhevítést saját műszerrel megmérted, és a berendezés érzékelőinek értékét a sajátodéval összevetetted – ([T] 6.2.4, 6.8 pont):

1. Feszültségmentes állapotban mérd meg a léptetőmotor tekercseinek ellenállását,
   és vesd össze a gyártói adattal (szakadás, zárlat).
2. Üzem közben ellenőrizd, hogy a tekercsek megkapják-e a működtető feszültséget.
3. Nézd meg, van-e mechanikai sérülés a szelepen.
4. Ha minden jel és feszültség rendben van, a szelep mégsem működik jól:
   valószínűleg mechanikai hiba okozza.

A tekercsellenállás és a működtető feszültség névleges értéke gyártói adat. A mérőműszerek használatát a 11.2 pont tárgyalja.

10.8 Inverteres kompresszorhajtás, BLDC-motor

A mestervizsga-jegyzet szerint a klímaberendezések kompresszorai ma frekvenciaváltóval fordulatszám-, illetve teljesítményszabályozottak ([K] Előszó), és a 4.7 pont már bemutatta, miért jó ez a hűtőkörnek. Itt azt nézzük meg, mi van a „dobozban”.

A frekvenciaváltó

A felépítése (10.11. ábra, [EG] 7.6, [V21] 7.4.1):

1. egyenirányító – a hálózati váltakozó feszültségből egyenfeszültséget állít elő;
2. egyenáramú kör – nagy kapacitású kondenzátor és szűrőfojtó; a kondenzátor tartja állandó értéken a feszültséget, és energiát tárol;
3. váltóirányító (inverter) – félvezetős kapcsolókkal az egyenfeszültségből a kívánt frekvenciájú és feszültségű váltakozó feszültséget állítja elő, például impulzusszélesség-modulációval (PWM);
4. vezérlő/szabályozó – az alapjelből meghatározza a kimenő frekvenciát és feszültséget.

Miért kell a feszültséget is változtatni? A villanyszerelő-jegyzet szerint a frekvencia csökkentésekor a motorra jutó feszültséget is csökkenteni kell, különben a motor fluxusa túl nagy lenne; a hálózati frekvencia fölött pedig a feszültséget növelni kellene ahhoz, hogy a fluxus és vele a nyomaték ne csökkenjen ([V21] 7.4.1).

További tudnivalók:

• A gépszerelő-jegyzet szerint az egyfázisú betáplálású frekvenciaváltó 3,3 kW-ig gazdaságos, és a hálózatot aszimmetrikusan terheli ([EG] 7.6); a kimenete egyfázisú betáplálás mellett is lehet háromfázisú ([V21] 7.4.1). Ezért fordulhat elő, hogy egyfázisú betáplálású inverteres berendezésben háromfázisú kompresszormotor dolgozik.
• A frekvenciaváltó felharmonikusokat termel a hálózatra, amelyek szűrése külön feladat lehet ([V21] 7.4.1, [EG] 7.6). Az inverteres berendezés elé szükséges áram-védőkapcsoló típusát a 9.3 pont tárgyalja.

A BLDC-motor

Az inverteres kompresszorokban és sok ventilátorban már nem kalickás aszinkronmotor, hanem kefe nélküli egyenáramú motor dolgozik.

A forgórész helyzetét a vezérlőnek ismernie kell. A gépszerelő-jegyzet szerint ez kétféleképpen történhet: közvetlenül, például Hall-elemmel vagy szögjeladóval, vagy közvetve, a tekercsek feszültségének és áramának méréséből számítva ([EG] 5.4.4) – 10.12. ábra.

A villanyszerelő-jegyzet szerint a BLDC lényegében szinkron villanymotor egyenáramú táplálással és elektronikus kommutációval ([V21] 7.4.5); a gépszerelő-jegyzet szerint a tekercsekben a forgórésszel szinkron forgó váltakozó áram folyik ([EG] 5.4.4). Ebből két gyakorlati következmény adódik:

• Nincs szlip. A forgórész együtt forog a tekercsek által keltett mezővel, így a fordulatszáma a táplálás frekvenciájából közvetlenül számolható: n = 60 · f / p (10.2 pont).
• A fordulatszámot a vezérlő frekvenciája szabja meg – a BLDC-motor csak a saját elektronikus kommutátorával (vezérlőjével) működik ([EG] 5.4.4, [V21] 7.4.5).

A frekvenciaváltóval táplált háromfázisú kompresszormotorok tekercsellenállása a mestervizsga-jegyzet szerint igen kicsi, 1 Ω körüli (17.4 pont).

BLDC (szinkron, nincs szlip):  n = 60 · f / p
  30 Hz: n = 60 · 30 / 2 =  900 1/min
  50 Hz: n = 60 · 50 / 2 = 1500 1/min
  70 Hz: n = 60 · 70 / 2 = 2100 1/min
aszinkron, 30 Hz:  n₀ = 900 1/min,  n = 900 · (1 - 0,03) ≈ 873 1/min

Az inverteres kompresszor üzeme

A felkészítő jegyzet szemléletes képe szerint a hagyományos, ki-be kapcsolós (on/off) klíma kompresszora olyan, mint az autó, amely vagy padlógázzal megy, vagy áll: 100 %-kal jár vagy 0 %-kal. Az inverteres klíma változtatni tudja a kompresszor fordulatszámát, így be tud állni a szükséges teljesítményre, és nem kapcsolgat ki-be ([RF] 3.3.3), 10.13. ábra.

A forrásaink további megfigyelései:

• Az inverteres gép elektronikája sok jellemzőt figyel; ha a rendszer a túlmelegedés jeleit mutatja – például elmaradt karbantartás vagy rosszul szellőző kültéri egység miatt –, visszavesz a fordulatszámból. A ki-be gépet ilyenkor hibaüzenet vagy a beépített hővédő („klixon”) állítja le ([RF] 3.3.3, 4.7 pont).
• A dugattyús kompresszor fordulatszáma a hatósági tananyag szerint csak akkor szabályozható fokozatmentesen, ha a névlegesnél kisebb fordulatszámon is biztosított a gép olajozása és a motor hűtése ([T] 3.1.2.4). A hagyományos félhermetikus gép fordulatszámát a betétmotor póluspárszáma köti meg ([R2] 22.5).
• A túlméretezés az inverteres gépnek is árt: a hatósági tananyag szerint túl kicsi teljesítményigénynél az inverter nem tudja eléggé leszabályozni a kompresszort, ezért az folyamatosan leállásra és újraindulásra kényszerül, ami gyorsítja a tönkremenetelét ([T] 7.7.3.1).
• Ha egy ki-be gépet részterhelésre kell alkalmassá tenni, a hatósági tananyag esettanulmánya inverteres kompresszoros, elektronikus expanziós szelepes berendezést javasol, mert ezek tág határok között tudják követni az igényt ([T] 7.9, 17.5 pont).

A ventilátormotorok fordulatszáma

A kondenzátor és az elpárologtató ventilátorának fordulatszámát is gyakran változtatni kell (5.6 és 7.3 pont). A forrásaink többféle megoldást írnak le (10.5. táblázat).

10.5. táblázat. A ventilátorok fordulatszámának változtatása.

A Rabi-könyv figyelmeztet: nagyobb berendezéseknél a feszültségváltoztatás önmagában tönkreteszi a motorokat – ott frekvenciaváltó vagy több fix fordulatszámú motor jöhet szóba ([R1]). A mestervizsga-jegyzet szerint az elterjedt, jó hatásfokú EC-motorokkal kiváltható a hagyományos aszinkronmotoros ventilátorok költséges frekvenciaváltós üzemeltetése ([K] II/3). A ventilátor jelleggörbéjét és a fordulatszám hatását a légszállításra a 18.4 pont tárgyalja.

10.9 Adattábla, kapocstábla-átkötés, motorvédelem, beüzemelés és forgásirány-ellenőrzés

Az adattábla

Az adattábla a motor névleges adatait hordozza; nélküle sem bekötni, sem védeni nem lehet helyesen. A 10.14. ábra egy 2,2 kW-os motor gyári adatlapjának adataival mutatja, mit hol találsz, a 10.6. táblázat pedig megmagyarázza az egyes adatokat.

10.6. táblázat. Az adattábla adatai egy példán ([AL1]; a magyarázatok forrása a sorokban).

Az áram, a teljesítmény és a hatásfok összefüggése ([K] VII/3, VII/5, [V11] 1.38.3):

egyfázisú:   P₁ = U · I · cos φ
háromfázisú: P₁ = √3 · U_v · I · cos φ
tengelyteljesítmény: P₂ = P₁ · η   ->   P₁ = P₂ / η

A mestervizsga-jegyzet szerint a felvett hatásos teljesítmény nagyobb része a tengelyteljesítmény, kisebb része a tekercsek melegedése (veszteség); a motor hatásfoka kb. 0,9 ([K] VII/3).

a) P₁ = P₂ / η = 2200 / 0,867 = 2537,5 W
   veszteség = P₁ - P₂ = 2537,5 - 2200 = 337,5 W
b) I = P₁ / (√3 · U · cos φ) = 2537,5 / (1,732 · 400 · 0,82) = 4,47 A   (adatlap: 4,45 A)
c) n = 1455 / 60 = 24,25 1/s;  ω = 2 · π · 24,25 = 152,37 1/s
   M = P₂ / ω = 2200 / 152,37 = 14,4 Nm                                  (adatlap: 14,4 Nm)
d) I_A = 8,3 · 4,45 = 36,9 A
   M_A = 3,0 · 14,4 = 43,2 Nm;   M_K = 3,8 · 14,4 = 54,7 Nm

A kapocstábla átkötése

A kapocstábla hat kapcsán (10.5. ábra) a hidak helyzete dönti el a kapcsolást. Hogy csillagba vagy deltába kell-e kötni, azt az adattábla feszültségadata és a hálózat feszültsége együtt határozza meg: a tekercsre a saját névleges feszültsége jusson ([K] VII/7, [V11] 1.40.4). Két gyártói motoradatlap ([AL1], [AL2]) példája:

10.7. táblázat. A kapcsolás megválasztása az adattábla szerint (levezetés a [K] VII/7 és a [V11] 1.40.4 elvéből).

Motorvédelem

A motor védelmei különböző hibák ellen védenek, és egyik sem helyettesíti a másikat (10.15. ábra, 10.8. táblázat).

10.8. táblázat. A motor védelmei.

A motorvédő beállítása. A villanyszerelő-jegyzet szerint a motorvédő árambeállító gombját a védendő motor névleges üzemi áramára kell állítani – ez az adattáblán mindig megtalálható –, és érdemes egy kicsivel a névleges áram fölé ([V11] 6.15.1). A motorvédő kapcsoló kiválasztását és a túláramvédelmet a 9.4 pont tárgyalja.

A hővédelem kioldása tünet, nem ok. A Rabi-példatár szerint a hermetikus kompresszor motorjának túlmelegedését okozhatja a motor túlterhelése, a túl nagy vagy túl kicsi hálózati feszültség, a betétmotor elégtelen hűtése, mechanikus szorulás, a túl gyakori indítás és a kompresszorház elégtelen külső hűtése ([RP] 36.). A „klixonozás” – a hővédő ismételt kioldása és visszakapcsolása – a közeli tönkremenetel jele (17.4 pont).

Fáziskiesés. Ha a háromfázisú motor egyik fázisa kiesik, a motor a villanyszerelő-jegyzet szerint forgásban marad, de kisebb teljesítménnyel, és újraindulni már nem tud ([V11] 1.40.4). A hatósági tananyag esettanulmányában a beégett mágneskapcsoló miatti két-három fázisú működésben a kompresszor tekercsei túlmelegedtek és testzárlatossá váltak ([T] 7.9.1, 17.5 pont). A beépített klixon fáziskiesés ellen nem feltétlenül véd – ezért kell fázisőr (4.9 pont).

Beüzemelés és forgásirány-ellenőrzés

A hatósági tananyag az üzembe helyezés első lépéseként – a hűtőközeg betöltése előtt – a hidegüzemi próbákat írja elő: kalibrált műszerekkel az érintésvédelmi vizsgálatot, a vezetékhálózat ellenállásának mérését, az egyenpotenciálra hozás ellenőrzését, majd többek között a forgó gépek működésének és forgásirányának ellenőrzését és a szabályozó, működtető és védelmi berendezések ellenőrzését ([T] 4.1). A gépszerelő-jegyzet a működési próbák között szintén előírja a forgásirány, a polaritás vagy fázissorrend és a nyugodt járás ellenőrzését ([EG] 9.5), a villamos berendezések ellenőrzésére vonatkozó szabvány pedig többfázisú áramköröknél a fázissorrend helyességének ellenőrzését ([SZ2] 6.4.3.9).

A Rabi-példatár egy háromfázisú hűtőaggregát gyártói üzembe helyezési utasítását is közli, amely gyakorlati menetet ad ([RP] 57–59. o.): az üzembe helyezés előtt minden kapcsoló „0” állásban, a kompresszorok vezérlőkapcsolója tiltó állásban; a főkapcsoló, a kismegszakítók és a motorvédők bekapcsolása után a fázisőr kontrollámpájának ki kell gyulladnia. Ha nem gyullad ki, előbb a háromfázisú tápfeszültség meglétét kell ellenőrizni; ha a feszültségek rendben vannak, a fázissorrend nem megfelelő, és azt a betápláló sorkapcsokon kell módosítani. Ezután a rendszer bekapcsolva marad, amíg a karterfűtés fel nem melegíti a kompresszor olajterét.

A 10.16. ábra ezt a menetet foglalja össze egy háromfázisú kompresszoros egységre.

1. Feszültségmentesen: bekötés a kapcsolási rajz szerint; kapocstábla (10.7. táblázat);
   csatlakozások, védővezető; a motorvédő beállítása az adattábla áramára.
2. Mérések (11.2 pont): tekercsellenállások, szigetelés a test felé, folytonosság.
3. Feszültség alá helyezés úgy, hogy a kompresszor NEM indulhat (vezérlés tiltva,
   a gyártói utasítás szerint). Fázisfeszültségek mérése; fázisőr lámpa vagy
   fázissorrend-mérés a betápláló sorkapcson.
3a. Rossz sorrend (az ábrán a „javítás” hurok): feszültségmentesítés, két fázis
   felcserélése a betápláláson, majd újra a 3. lépés.
4. Karterfűtés, előfűtés a gyártói utasítás szerint (4.9 pont).
5. Az első indítás a hűtőközeg betöltése után, a próbaüzemben (15.11 pont):
   áramfelvétel mindhárom fázisban, összevetés az adattáblával; zaj, rezgés,
   a védelmek működése.
6. Jegyzőkönyv: mért feszültségek, áramok, beállítások (11.7, 19.2 pont).

Mi jelzi üzem közben, hogy valami mégis rossz? A hatósági tananyag hibatáblázata szerint a zajos kompresszor egyik lehetséges oka, hogy ellentétes irányban forog; ilyenkor a tápfeszültség fázissorrendjét kell ellenőrizni ([T] 6.3.17, 17.4 pont). A scroll kompresszor nyomócsonkjában lévő visszacsapó szelep azt akadályozza meg, hogy a gép leálláskor visszafelé forogjon ([T] 3.1.3.4, 4.4 pont); a fordított fázissorrendű üzem ellen nem véd. A forrásaink a fordított irányú üzem következményeiről ennél többet nem mondanak – a gyártói telepítési utasítás az irányadó.

10.10 Gyakorlat: motorbekötés és beüzemelés

Összefoglalás

• A kalickás aszinkronmotor állórészének forgó mágneses mezeje a forgórész rúdjaiban áramot indukál; a forgórész mindig lassabban forog a mezőnél. Két fázis felcserélése megfordítja a forgásirányt.
• n₀ = 60 · f / p (p a póluspárok száma); s = (n₀ − n)/n₀, jellemzően néhány százalék. A pólusszámot az adattábla fordulatszámából a fölötte lévő szinkron fordulatszám adja.
• A jelleggörbe nevezetes pontjai: indítónyomaték, billenőnyomaték, névleges pont. A közvetlen indítás áramáról a források eltérnek ([K] 3–6, [EG] 3…9, korszerű adatlapok 7,8 és 8,3 × I_N) – az adott gép adatlapja a mérvadó.
• A csillag-delta indítás áramot és nyomatékot is harmadára csökkent; csak a deltában 400 V-ra méretezett motornál lehetséges.
• Az egyfázisú motornak segédfázis (második tekercs) kell, amelynek áramát kondenzátor tolja el, és amelyet áramrelé, centrifugálkapcsoló vagy PTC kapcsol; a forgásirányt az egyik tekercs végeinek cseréje fordítja meg. Feszültség alatt álló motort soha nem forgatsz meg kézzel.
• Az egyenáramú gép kommutátora mechanikus egyenirányító; a léptetőmotor impulzusonként egy lépést tesz, nyílt hurokban – ez hajtja az elektronikus expanziós szelepet.
• A frekvenciaváltó a feszültséget és a frekvenciát együtt változtatja; egyenáramú körének kondenzátora kikapcsolás után lassan sül ki. A BLDC-motor szinkron: n = 60 · f / p.
• Beüzemelés: motorvédő az adattábla áramára; fázissorrend a kompresszor első indítása előtt, mérve – a „koppintás” nem ellenőrzés.

Ellenőrző kérdések

1. Miért forog lassabban az aszinkronmotor forgórésze, mint a forgó mágneses mező?
2. Egy motor adattábláján 2850 1/min és 50 Hz áll. Hány pólusú, és mekkora a szlipje?
3. Rajzold fel az aszinkronmotor nyomaték-fordulatszám jelleggörbéjét a nevezetes pontokkal! Mi történik, ha a terhelés meghaladja a billenőnyomatékot?
4. Miért nem lehet egy „230/400 V Δ/Y” feliratú motort 400 V-os hálózaton csillag-delta kapcsolással indítani? Hogyan kötöd be?
5. Hogyan alakul ki az egyfázisú motorban a forgó mező? Hasonlítsd össze az üzemi és az indítókondenzátoros kapcsolást!
6. Mi a kommutátor feladata az egyenáramú gépben, és mi váltja ki a BLDC-motorban?
7. Mit jelent a léptetőmotor „nyílt hurkú” vezérlése, és mi ebből a tanulság az EEV-nél?
8. Írd le egy háromfázisú kompresszoros egység villamos beüzemelését! Mikor és hogyan győződsz meg a helyes forgásirányról?

Tudáspróba

1. Mekkora egy 6 pólusú aszinkronmotor szinkron fordulatszáma 50 Hz-es hálózaton?

• a) 3000 1/min
• b) 500 1/min
• c) 1000 1/min
• d) 1500 1/min

2. Egy kétpólusú motor névleges fordulatszáma 2910 1/min (50 Hz). Mekkora a szlipje?

• a) 3,0 %
• b) 2,9 %
• c) 9,0 %
• d) 0,3 %

3. Az alábbiak közül melyik állítás igaz a csillag-delta indításra?

• a) Az indítási áram csökken, de az indítónyomaték változatlan marad.
• b) Csak deltában üzemi feszültségre méretezett tekercsű motornál alkalmazható.
• c) A motor csillagban gyorsabban pörög fel, mint közvetlen indításnál.
• d) Bármely háromfázisú motornál alkalmazható, ha a kapocstáblán hat kapocs van.

4. Egy motor indítónyomatéka közvetlen indításkor 60 Nm. Mekkora csillagban?

• a) 30 Nm
• b) 60 Nm
• c) 35 Nm
• d) 20 Nm

5. Mi történik, ha a háromfázisú motor két tetszőleges fázisát felcseréled?

• a) A motor forgásiránya megfordul.
• b) A motor fordulatszáma a felére csökken.
• c) A motor csillagból deltába kapcsol át.
• d) Semmi, mert a három fázis egyenértékű.

6. Egy egyfázisú ventilátormotor búg, de nem indul el. Mi a helyes első lépés?

• a) Bekapcsolt állapotban kézzel megforgatod a lapátkereket.
• b) Többször egymás után rövid ideig bekapcsolod, hátha elindul.
• c) Kiveszed a kondenzátort, és nélküle próbálod újra.
• d) Feszültségmentesíted, és méréssel ellenőrzöd a kondenzátort és a tekercseket.

7. Egy léptetőmotor kétfázisú (m = 2), és 50 póluspáros (p = 50). Mekkora a lépésszöge?

• a) 7,2°
• b) 1,8°
• c) 3,6°
• d) 0,9°

8. Mekkora egy kétpóluspáros BLDC-motor fordulatszáma 40 Hz-es táplálásnál?

• a) 1200 1/min
• b) 2400 1/min
• c) 600 1/min
• d) 1164 1/min

9. Hogyan ellenőrzöd egy új, háromfázisú scroll kompresszoros egység forgásirányát?

• a) Rövid időre elindítod, és a hangjából, illetve a nyomások változásából döntöd el.
• b) Az első indítás után megnézed, nő-e a nyomáskülönbség.
• c) Az első indítás előtt, a hidegüzemi próbán, a fázissorrend mérésével.
• d) Nem kell ellenőrizni, mert a visszacsapó szelep megakadályozza a fordított forgást.

10. Mire állítod a motorvédő kapcsoló túlterhelés-kioldóját?

• a) A motor indítási áramára, hogy indításkor ne oldjon ki.
• b) A motor névleges teljesítményének kétszeresére amperben.
• c) A kismegszakító névleges áramára.
• d) Az adattábla névleges áramára (egy kicsivel fölé).

(Megoldások: B. függelék.)

A fejezet forrásai