I verkstaden radar de färdigbyggda maskinerna upp sig. De är en blandad samling av synkronmotorer, synkrongeneratorer och asynkronmotorer – bara ett vant öga ser skillnaden. De har olika elektriska egenskaper och olika användningsområden; de riktigt stora är synkronmaskinerna.
Matematiska beräkningar av magnetflöden, elektriska fält och effektbehov är vardagsmat för ABB:s ingenjörer sedan mer än hundra år tillbaka.
Ett resultat av teknikers och ingenjörers arbete genom åren är en typ av stora, elektriska maskiner som fungerar som både generatorer och motorer: Synkronmaskiner.
Hos ABB:s affärsenhet Machines i Västerås ses montörerna arbeta med synkronmaskiner i olika tillverkningsstadier. Det är stora maskiner, i färdigt skick som en minibuss eller friggebod, med en grov axel som sticker ut någon knapp meter ovanför golvet.
- Här tillverkar vi synkronmotorer i storlekar från 3 till 60 MW, och synkrongeneratorer från 3 till 70 MVA, berättar Leif Bergman, elberäkningschef för stora elektriska AC-motorer på ABB-enheten Machines. Asynkronmotorer 1-22 MW ingår också i produktportföljen. Alla är kundanpassade och moduluppbyggda. Dessutom tillverkas traktions- och likströmsmotorer också här i huset.
De stora motorerna är, liksom små lågspänningsmotorer, uppbyggda av en cylinder, en stator, som omsluter en roterande rotor på en axel. Är exemplaret en motor, så matas statorn med elström som får axeln att rotera och därmed driva det som är kopplat till axeln, som en fläkt eller en raffinör. Är den aktuella maskinen en generator, så drivs rotoraxeln av en turbin eller dieselmotor medan statorn producerar elström till nätet.
– Motor eller generator, det är lite skillnad i konstruktionen men i huvudsak kan man köra den elektriska processen i omvänd ordning.
När det gäller stora motorer kan ABB:s kunder välja mellan synkronmotor eller asynkronmotor. De är lämpade för olika användningsområden, har olika rotorer men i stort sett likadana statorer. Varje maskins stator är på insidan helt täckt av lindningar med isolerade kopparledare, lagda i ett noga beräknat mönster. När elström släpps på i dessa lindningar skapas en magnetisk flödesvåg som rör sig runt i statorn i takt med nätfrekvensen 50 Hz.
Synkronmotorns rotor är runt om försedd med poler som med en elström magnetiseras till magneter med nord-syd-poler och som då dras runt av statorns magnetiska flödesvåg.
Rotorn dras runt i ett varvtal synkront med frekvensen i förhållande till antalet poler på rotorn – därav namnet synkronmotor.
Asynkronmotorns rotor har en rotorbur uppbyggd av ledare och kortslutningsring istället för poler. Den rotorn dras runt med hjälp av induktion från statorns magnetiska flödesvåg och det sker med en liten eftersläpning – den är o-synkron med nätets frekvens.
En asynkronmotor, eller induktionsmotor som den också kallas, är billigare, passar för lägre effekter men påverkar elnätet negativt genom att alltid konsumera reaktiv effekt. Den används bland annat för att driva stora pumpar och fläktar.
En synkronmotor är dyrare men har högre verkningsgrad, tillverkas för de högsta effekterna och kan regleras så att den antingen producerar eller konsumerar reaktiv effekt.
– Starten är mycket viktig när det gäller så här stora motorer. En felaktigt dimensionerad motor kan orsaka spänningsfall som släcker ner en hel fabrik, säger Leif Bergman.
Synkronmotorn passar för drifter där det är viktigt med hög verkningsgrad, till exempel för stora kompressorer. Men den är också populär för att driva raffinörer i massafabriker och här har ABB drygt hälften av världsmarknaden.