kolmivaiheinen virtalähde tuottaa pyörivän magneettikentän induktiomoottorissa

staattorikentän ja roottorin luontainen liukuepätasoinen pyörimistaajuus

sekä induktio-että synkronimoottoreissa Moottorin staattoriin syötettävä vaihtovirtateho luo magneettikentän, joka pyörii synkronisesti vaihtovirtojen kanssa. Siinä missä synkronimoottorin roottori pyörii samalla nopeudella kuin staattorikenttä, induktiomoottorin roottori pyörii hieman hitaammin kuin staattorikenttä. Induktiomoottoristaattorin magneettikenttä siis muuttuu tai pyörii suhteessa roottoriin. Tämä indusoi vastakkaisen virran induktiomoottorin roottoriin, käytännössä Moottorin toisiokäämiin, kun jälkimmäinen on oikosulussa tai sulkeutunut ulkoisen impedanssin kautta. Pyörivä magneettivuo indusoi virtoja roottorin käämeissä samalla tavalla kuin muuntajan toisiokäämeissä indusoidut virrat.

roottorin käämien indusoidut virrat puolestaan luovat roottoriin magneettikenttiä, jotka reagoivat staattorikenttää vastaan. Syntyvän magneettikentän suunta on Lenzin lain mukaisesti sellainen, että se vastustaa roottorin käämien kautta kulkevan virran muutosta. Roottorin käämien indusoidun virran syy on pyörivä staattorin magneettikenttä, joten roottorin käämitysvirtojen muutoksen vastustamiseksi roottori alkaa pyöriä pyörivän staattorin magneettikentän suuntaan. Roottori kiihtyy, kunnes indusoidun roottorivirran ja vääntömomentin suuruus tasapainottaa roottorin pyörimiseen kohdistuvaa mekaanista kuormitusta. Koska pyöriminen synkronisella nopeudella ei johtaisi indusoituneeseen roottorivirtaan, induktiomoottori toimii aina hieman hitaammin kuin synkroninen nopeus. Todellisen ja synkronisen kierrosnopeuden välinen ero eli” liukuminen ” vaihtelee noin 0,5 prosentista 5,0 prosenttiin Vakiovarusteisissa B-vääntömomenttikäyrän induktiomoottoreissa. Induktiomoottorin olennainen luonne on se, että se syntyy pelkästään induktiolla sen sijaan, että se olisi erikseen viritetty kuten synkronisissa tai TASAVIRTAKONEISSA tai itsemagnetisoituisi kuten kestomagneettimoottoreissa.

jotta roottorivirrat indusoituvat, fysikaalisen roottorin nopeuden on oltava pienempi kuin staattorin pyörivän magneettikentän Nopeus (n s {\displaystyle n_{s}}

; muuten magneettikenttä ei liikkuisi suhteessa roottorin johtimiin, eikä virtoja syntyisi. Kun roottorin nopeus laskee alle synkronisen nopeuden, roottorin magneettikentän pyörimisnopeus kasvaa, mikä aiheuttaa enemmän virtaa käämeihin ja luo lisää vääntömomenttia. Roottoriin indusoidun magneettikentän pyörimisnopeuden ja staattorin pyörimiskentän Pyörimisnopeuden välistä suhdetta kutsutaan ”slipiksi”. Kuormitettuna nopeus laskee ja luisu kasvaa sen verran, että syntyy riittävä vääntömomentti kuorman kääntämiseksi. Tästä syystä induktiomoottoreita kutsutaan joskus ”asynkronisiksi moottoreiksi”.

induktiomoottoria voidaan käyttää induktiogeneraattorina, tai se voidaan avata muodostamaan lineaarinen induktiomoottori, joka voi suoraan tuottaa lineaarista liikettä. Induktiomoottoreiden generointitapaa vaikeuttaa tarve jännittää roottoria, joka alkaa vain jäännösmagnetoinnilla. Joissakin tapauksissa, että jäljellä magnetointi riittää itse kiihottaa Moottorin kuormitettuna. Tämän vuoksi on tarpeen joko kytkeä moottori ja liittää se hetkellisesti verkkoon tai lisätä kondensaattoreita, jotka on ladattu aluksi jäännösmagnetismilla ja jotka tuottavat tarvittavan loistehon käytön aikana. Samanlainen on induktiomoottorin toiminta rinnakkain tehokertoimen kompensaattorina toimivan synkronimoottorin kanssa. Gridin suuntaisessa generaattoritilassa on se ominaisuus, että roottorin nopeus on suurempi kuin ajotilassa. Sitten sähköverkkoon annetaan aktiivista energiaa. Toinen induktiomoottorigeneraattorin haitta on se, että se kuluttaa merkittävän magnetointivirran I0 = (20-35)%.

synkroninen nopeusedit

VAIHTOVIRTAMOOTTORIN synkroninen nopeus, f S {\displaystyle f_{s}}

, on staattorin magneettikentän pyörimisnopeus, F S = 2 f p {\displaystyle f_{s}={2F \over p}}

,

missä F {\displaystyle f}

on virtalähteen taajuus, P {\displaystyle p}

on magneettisten napojen lukumäärä, ja f s {\displaystyle F_{s}}

on koneen synkroninen nopeus. Kun F {\displaystyle f}

hertseinä ja n s {\displaystyle n_{s}}

synkroninen nopeus RPM, kaavasta tulee: n S = 2 f p ⋅ ( 60 s e c o n d S m I n u t e ) = 120 f P ⋅ ( S e C o n d S M I n u t e ) {\displaystyle n_{s}={2F \over p}\cdot \left({\frac {60\ \mathrm {seconds} }{\mathrm {minute} }}\right)={120F \over {p}}\cdot \left({\frac {\\mathrm {Seconds}} {\mathrm {minute}}}\right)}

.

esimerkiksi nelinapaiselle, kolmivaiheiselle moottorille p {\displaystyle p}

ja n S = 120 f 4 {\displaystyle n_{s} = {120F \over 4}}

=1500 rpm (F {\displaystyle F}

0 Hz) ja 1800 rpm (F {\displaystyle F}

= 60 Hz) synkroninen nopeus.

magneettisten napojen lukumäärä, p {\displaystyle p}

, on yhtä suuri kuin kelaryhmien lukumäärä per vaihe. Voit määrittää kelaryhmien määrän vaiheittain 3-vaihemoottorissa, laske kelojen lukumäärä, Jaa vaiheiden määrällä, joka on 3. Kelat voivat ulottua useita aukkoja staattorin ydin, joten se työlästä laskea niitä. Jos 3-vaihemoottorissa lasketaan yhteensä 12 kelaryhmää, siinä on 4 magneettista napaa. 12-napaiseen 3-vaiheiseen koneeseen tulee 36 kelaa. Magneettisten napojen lukumäärä roottorissa on yhtä suuri kuin magneettisten napojen lukumäärä staattorissa.

kummankin yläpuolella olevat kaksi kuvaa oikealla ja vasemmalla kuvaavat 2-napaista 3-vaiheiskonetta, joka koostuu kolmesta napaparista ja jonka jokainen napa on asetettu 60°: n etäisyydelle toisistaan.

SlipEdit

tyypillinen vääntömomenttikäyrä liukuman funktiona, esitetään tässä muodossa ”g”

Slip, s {\displaystyle S}

, määritellään synkroninopeuden ja samalla taajuudella toimivan toimintanopeuden erotuksena, joka ilmaistaan kierroslukuina tai synkroninopeuden prosentteina tai suhteena. Näin S = N S − n r n s {\displaystyle S={\frac {n_{s}-n_{r}}{n_{s}}}\,}

where n s {\displaystyle n_{s}}

on staattorin sähköinen nopeus, N R {\displaystyle n_{r}}

on roottorin mekaaninen nopeus. Slip, joka vaihtelee nollasta synkronisella nopeudella ja 1, kun roottori on pysähdyksissä, määrittää moottorin vääntömomentin. Koska oikosulun roottorin käämien vastus on pieni, pienikin liuku indusoi roottoriin suuren virran ja tuottaa merkittävän vääntömomentin. Täydellä nimelliskuormalla liukuma vaihtelee pienten tai erikoismoottoreiden yli 5 prosentista suurten moottoreiden alle 1 prosenttiin. Nämä nopeusvaihtelut voivat aiheuttaa kuormanjako-ongelmia, kun eri kokoisia moottoreita kytketään mekaanisesti. Liukumisen vähentämiseksi on käytettävissä erilaisia menetelmiä, VFDs tarjoaa usein parhaan ratkaisun.

TorqueEdit

Katso myös: Fleming’s left-hand rule for motors

Standard torqueEdit

Speed-torque curves for four induction motor types: A) Single-phase, B) Polyphase cage, C) Polyphase cage deep bar, D) Polyphase double cage

Typical speed-torque curve for NEMA Design B Motor

Play media

muuttuva liuos VAIHTOVIRTAMOOTTORIN induktiomoottorille täydellisestä pysähdyksestä sen toimintapisteeseen vaihtelevalla kuormituksella.

standardinmukaisen Nema Design B-polyfaasiinduktiomoottorin tyypillinen nopeus-vääntömomenttisuhde näkyy käyrässä oikealla. Sopii useimmille alhaisen suorituskyvyn kuormille, kuten keskipakopumpuille ja puhaltimille, B-mallin moottoreita rajoittavat seuraavat tyypilliset vääntömomenttialueet:

• Hajoamismomentti (huippuvääntömomentti), 175-300% nimellisvääntömomentista
• lukitun roottorin vääntömomentti (vääntömomentti 100%: n lipsahduksella), 75-275% nimellisvääntömomentista
• Vetomomentti, 65-190% nimellisvääntömomentista.

Moottorin normaalilla kuormitusalueella vääntömomentin kaltevuus on likimain lineaarinen tai verrannollinen liukumiseen, koska roottorin vastuksen arvo jaettuna liukumisella R r ’ /s {\displaystyle R_{r}’/s}

hallitsee vääntömomenttia lineaarisesti. Kun kuormitus kasvaa yli nimelliskuormituksen, staattorin ja roottorin vuotojen reaktanssikertoimet muuttuvat vähitellen merkittävämmiksi suhteessa r r’/s {\displaystyle R_{r}’/s}

siten, että vääntömomentti kääntyy vähitellen kohti hajoamismomenttia. Kun kuormitusmomentti kasvaa yli hajoamismomentin, moottori pysähtyy.

StartingEdit

Katso myös: Motor controller

on olemassa kolme perustyyppiä pieniä induktiomoottoreita: kaksivaiheinen, varjostettu-napainen yksivaiheinen ja polyfaasi.

kaksinapaisissa yksivaihemoottoreissa vääntömomentti menee nollaan 100%: n lipsahduksella (nollanopeus), joten nämä vaativat staattoriin muutoksia, kuten varjostettuja napoja, käynnistysmomentin aikaansaamiseksi. Yksivaiheinen induktiomoottori vaatii erillisen käynnistyspiirin, jotta moottorille saadaan pyörivä kenttä. Tällaisen yksivaiheisen moottorin normaali ajokäämitys voi saada roottorin kääntymään kumpaan suuntaan tahansa, joten käynnistyspiiri määrää käyttösuunnan.

magneettivuo varjostetussa napamoottorissa.

eräissä pienemmissä yksivaiheisissa moottoreissa käynnistys tapahtuu kuparilankakäännöksellä navan osan ympäri; tällaista tolppaa kutsutaan varjostetuksi napaksi. Tässä käännöksessä indusoitu virta laahaa syöttövirtaa jäljessä, mikä luo viiveen magneettikentän navan tummennetun osan ympärille. Tämä antaa riittävästi pyörimisenergiaa moottorin käynnistämiseksi. Näitä moottoreita käytetään tyypillisesti sovelluksissa, kuten pöytätuulettimissa ja levysoittimissa, koska tarvittava Käynnistysmomentti on alhainen ja alhainen hyötysuhde on siedettävä suhteessa Moottorin ja käynnistysmenetelmän alhaisempiin kustannuksiin verrattuna muihin VAIHTOVIRTAMOOTTOREIHIN.

suuremmat yksivaiheiset moottorit ovat kaksivaiheisia moottoreita, ja niissä on toinen staattorikäämitys, jota syötetään faasivirralla; tällaiset virrat voidaan luoda syöttämällä käämiä kondensaattorin läpi tai antamalla sen saada eri induktanssiarvoja ja vastusta pääkäämityksestä. Kondensaattorikäynnistyksessä toinen käämi irrotetaan moottorin ollessa vauhdissa, yleensä joko moottorin akselin painoihin vaikuttavalla keskipakokytkimellä tai termistorilla, joka kuumenee ja lisää sen vastusta vähentäen toisen käämin kautta kulkevan virran merkityksettömälle tasolle. Kondensaattorikäyttöiset mallit pitävät toisen käämin käynnissä, mikä parantaa vääntömomenttia. Resistance start suunnittelu käyttää käynnistin asetettu sarjaan käynnistyksen käämitys, luoda reaktanssi.

itsestään käynnistyvät polyfaasi-induktiomoottorit tuottavat vääntömomenttia myös pysähdyksissä. Saatavilla olevia oravahäkkimoottorikäynnistysmenetelmiä ovat suora-on-line-käynnistys, pienjännitereaktorin tai automaattisen muuntajan käynnistys, star-delta-käynnistys tai yhä useammin uudet solid-state soft-kokoonpanot ja tietenkin vaihtuvataajuusasemat (vfds).

Polyfaasimoottoreissa on roottoritangot, jotka on muotoiltu antamaan erilaisia kierrosnopeus-vääntömomenttiominaisuuksia. Virran jakautuminen roottoritankojen sisällä vaihtelee indusoidun virran taajuuden mukaan. Pysähdyksissä roottorivirta on samalla taajuudella kuin staattorivirta, ja se pyrkii kulkemaan häkin roottoritankojen uloimmissa osissa (ihon vaikutuksesta). Eri tankomuodot voivat antaa hyödyllisesti erilaiset nopeus-vääntömomenttiominaisuudet sekä jonkin verran säätöä kytkentävirralle käynnistyksen yhteydessä.

vaikka polyfaasimoottorit ovat luonnostaan itsestään käynnistyviä, niiden käynnistys-ja vetomomentin suunnittelurajojen on oltava riittävän korkeat todellisten kuormitusolosuhteiden ylittämiseksi.

haavoitetuissa roottorimoottoreissa roottorin piirin kytkeminen liukurenkaiden kautta ulkoisiin vastuksiin mahdollistaa kierrosnopeuden ja vääntömomentin ominaisuuksien muuttamisen kiihtyvyyden säätöä ja nopeudensäätöä varten.

nopeudensäätö

ResistanceEdit

tyypillisiä kierrosnopeusmomenttikäyriä Moottorin eri tulotaajuuksilla, kuten esimerkiksi vaihtuvataajuusajoissa

ennen Puolijohdetehoelektroniikan kehittämistä taajuuden vaihtelu oli vaikeaa, ja häkkien Induktiomoottoreita käytettiin lähinnä kiinteän nopeuden sovelluksissa. Sovelluksissa, kuten sähköisissä yläpuolisissa nostureissa, käytettiin TASAVIRTAKÄYTTÖJÄ tai kierrosroottorimoottoreita (WRIM), joissa oli Liukurenkaat roottoripiirien liittämiseksi muuttuvaan ulkoiseen vastukseen, mikä mahdollisti huomattavan nopeuden säätöalueen. Kuitenkin vastus tappiot liittyvät alhainen nopeus toimintaa Lasikampelat on merkittävä kustannushaitta, erityisesti jatkuvien kuormien. Suuret liukurengasmoottorit, joita kutsutaan liukuenergian talteenottojärjestelmiksi, joista osa on edelleen käytössä, ottavat talteen energiaa roottoripiiristä, korjaavat sen ja palauttavat sen sähköjärjestelmään VFD: n avulla.

CascadeEdit

liukurengasmoottoriparin nopeutta voidaan ohjata kaskadiliitoksella eli kaskeamalla. Toisen moottorin roottori on kytketty toisen staattoriin. Jos molemmat moottorit on kytketty myös mekaanisesti, ne toimivat puolinopeudella. Tätä järjestelmää käytettiin aikoinaan laajalti kolmivaiheisissa VAIHTOVIRTAJUNAVETUREISSA, kuten FS-luokan E. 333.

Vaihtuvataajuusasemat

Vaihtuvataajuusasema

Pääartikkeli: Taajuusmuuttaja

monissa teollisuuden vaihtuvanopeussovelluksissa DC-ja WRIM-asemia syrjäyttävät VFD-syötteiset häkkien induktiomoottorit. Yleisin tehokas tapa hallita monien kuormien asynkronista moottorin nopeutta on VFDs. Kustannus-ja luotettavuussyistä johtuvat VFDs-laitteiden käyttöönoton esteet ovat vähentyneet huomattavasti kolmen viime vuosikymmenen aikana, joten on arvioitu, että käyttötekniikka on käytössä jopa 30-40 prosentissa kaikista vasta asennetuista moottoreista.

Taajuusmuuttajat toteuttavat induktiomoottorin skalaari-tai vektoriohjauksen.

skalaariohjauksella vain syöttöjännitteen suuruutta ja taajuutta ohjataan ilman vaiheohjausta (roottorin sijainnin aiheuttama takaisinkytkentä puuttuu). Skalaariohjaus sopii käyttöön, jossa kuormitus on vakio.

Vektoriohjaus mahdollistaa moottorin kierrosnopeuden ja vääntömomentin itsenäisen säätämisen, mikä mahdollistaa tasaisen Pyörimisnopeuden ylläpitämisen vaihtelevilla kuormitusmomenteilla. Mutta vektoriohjaus on kalliimpaa, koska anturin hinta (ei aina) ja vaatimus tehokkaammasta ohjaimesta.