inherent slip-ulige rotationsfrekvens af statorfeltet og rotoren

i både induktions – og synkrone motorer skaber vekselstrøm, der leveres til motorens stator, et magnetfelt, der roterer synkront med vekselstrømsoscillationerne. Mens en synkron Motors rotor drejer med samme hastighed som statorfeltet, roterer en induktionsmotors rotor med en noget langsommere hastighed end statorfeltet. Induktionsmotorstatorens magnetfelt ændrer sig eller roterer derfor i forhold til rotoren. Dette inducerer en modsat strøm i induktionsmotorens rotor, faktisk motorens sekundære vikling, når sidstnævnte kortsluttes eller lukkes gennem en ekstern impedans. Den roterende magnetiske strøm inducerer strømme i rotorens viklinger på en måde svarende til strømme induceret i en Transformers sekundære vikling(er).

de inducerede strømme i rotorviklingerne skaber igen magnetfelter i rotoren, der reagerer mod statorfeltet. Retningen af det magnetiske felt, der oprettes, vil være sådan, at den modsætter sig ændringen i strøm gennem rotorviklingerne i overensstemmelse med Lens lov. Årsagen til induceret strøm i rotorviklingerne er det roterende statormagnetfelt, så for at modsætte sig ændringen i rotorviklingsstrømme begynder rotoren at rotere i retning af det roterende statormagnetfelt. Rotoren accelererer, indtil størrelsen af induceret rotorstrøm og drejningsmoment afbalancerer den påførte mekaniske belastning på rotorens rotation. Da rotation ved synkron hastighed ikke ville resultere i nogen induceret rotorstrøm, fungerer en induktionsmotor altid lidt langsommere end synkron hastighed. Forskellen eller” slip ” mellem faktisk og synkron hastighed varierer fra omkring 0,5% til 5,0% for Standard Design B momentkurve induktionsmotorer. Induktionsmotorens væsentlige karakter er, at den udelukkende skabes ved induktion i stedet for at blive separat ophidset som i synkrone eller DC-maskiner eller blive selvmagnetiseret som i permanente magnetmotorer.

for at rotorstrømme kan induceres, skal den fysiske rotors hastighed være lavere end statorens roterende magnetfelt (n s {\displaystyle n_{s}}

); ellers ville magnetfeltet ikke bevæge sig i forhold til rotorlederne, og ingen strømme ville blive induceret. Når rotorens hastighed falder til under synkron hastighed, øges rotationshastigheden for magnetfeltet i rotoren, hvilket inducerer mere strøm i viklingerne og skaber mere drejningsmoment. Forholdet mellem rotationshastigheden for magnetfeltet induceret i rotoren og rotationshastigheden for statorens roterende felt kaldes “slip”. Under belastning falder hastigheden, og glidningen øges nok til at skabe tilstrækkeligt drejningsmoment til at dreje belastningen. Af denne grund kaldes induktionsmotorer undertiden “asynkronmotorer”.

en induktionsmotor kan bruges som en induktionsgenerator, eller den kan rulles ud for at danne en lineær induktionsmotor, der direkte kan generere lineær bevægelse. Genereringstilstanden for induktionsmotorer er kompliceret af behovet for at spænde rotoren, som begynder med kun resterende magnetisering. I nogle tilfælde er den resterende magnetisering tilstrækkelig til selvspænding af motoren under belastning. Derfor er det nødvendigt enten at snappe motoren og tilslutte den øjeblikkeligt til et strømnettet eller at tilføje kondensatorer, der oprindeligt oplades af resterende magnetisme og tilvejebringe den krævede reaktive effekt under drift. Tilsvarende er driften af induktionsmotoren parallelt med en synkron motor, der tjener som en effektfaktorkompensator. En funktion i generatortilstanden parallelt med gitteret er, at rotorhastigheden er højere end i køremodus. Derefter gives aktiv energi til nettet. En anden ulempe ved induktionsmotorgeneratoren er, at den bruger en signifikant magnetiseringsstrøm I0 = (20-35)%.

synkron hastighedredit

en AC-motors synkron hastighed, f s {\displaystyle f_{s}}

, er rotationshastigheden for statorens magnetfelt, f S = 2 f P {\displaystyle f_{s}={2F \over p}}

,

hvor f {\displaystyle F}

er frekvensen af strømforsyningen, p {\displaystyle p}

er antallet af magnetiske poler, og f s {\displaystyle F_{s}}

er maskinens synkrone hastighed. For f {\displaystyle f}

i Herts og n s {\displaystyle n_{s}}

synkron hastighed i RPM bliver formlen: n s = 2 f p-ret ( 60 s e c o n d S m i n u t e ) = 120 f p-ret ( 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 {minut} }}\højre)={120F \over {p}}\cdot \left({\frac {\mathrm {seconds} }{\mathrm {minute} }}\right)}

.

for eksempel for en firepolet trefasemotor, p {\displaystyle p}

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

= 1.500 o/min (for f {\displaystyle F}

= 50 HS) og 1.800 o/min (for f {\displaystyle F}

= 60 hs) synkron hastighed.

antallet af magnetiske poler, p {\displaystyle p}

, er lig med antallet af spolegrupper pr.fase. Fase i en 3-faset motor, tæl antallet af spoler, divider med antallet af faser, hvilket er 3. Spolerne kan spænde over flere slots i statorkernen, hvilket gør det kedeligt at tælle dem. For en 3-faset motor, hvis du tæller i alt 12 spolegrupper, har den 4 magnetiske poler. For en 12-polet 3-faset maskine vil der være 36 spoler. Antallet af magnetiske poler i rotoren er lig med antallet af magnetiske poler i statoren.

de to figurer til højre og venstre over hver illustrerer en 2-polet 3-faset maskine bestående af tre polpar med hver pol sat 60 liter fra hinanden.

SlipEdit

typisk momentkurve som funktion af slip, repræsenteret som “g” her

Slip, s {\displaystyle S}

defineres som forskellen mellem synkron hastighed og driftshastighed ved samme frekvens udtrykt i omdrejningstal eller i procent eller forhold mellem synkron hastighed. Således s = n s − n r n s {\displaystyle s={\frac {n_{s}-n_{r}}{n_{s}}}\,}

hvor n s {\displaystyle n_{s}}

er statorens elektriske hastighed, n r {\displaystyle n_{r}}

er rotorens mekaniske hastighed. Slip, som varierer fra nul ved synkron hastighed og 1 når rotoren er stoppet, bestemmer motorens drejningsmoment. Da de kortsluttede rotorviklinger har lille modstand, inducerer selv en lille glidning en stor strøm i rotoren og producerer betydeligt drejningsmoment. Ved fuld nominel belastning varierer slip fra mere end 5% for små eller specielle motorer til mindre end 1% for store motorer. Disse hastighedsvariationer kan forårsage belastningsdelingsproblemer, når motorer i forskellig størrelse er mekanisk forbundet. Forskellige metoder er tilgængelige for at reducere slip, VFDs tilbyder ofte den bedste løsning.

moment

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

det typiske hastigheds-drejningsmomentforhold for en standard NEMA Design B polyfase induktionsmotor er som vist i kurven til højre. Velegnet til de fleste belastninger med lav ydeevne, såsom centrifugalpumper og ventilatorer, Design B-motorer er begrænset af følgende typiske drejningsmomentområder:

• Nedbrydningsmoment (spidsmoment), 175-300% af nominelt drejningsmoment
• låst rotormoment (Drejningsmoment ved 100% slip), 75-275% af nominelt drejningsmoment
• Pull-up drejningsmoment, 65-190% af nominelt drejningsmoment.

over en Motors normale belastningsområde er drejningsmomentets hældning omtrent lineær eller proportional med slip, fordi værdien af rotormodstand divideret med slip, R r ‘ /s {\displaystyle R_{r}’/s}

, dominerer drejningsmomentet på en lineær måde. Efterhånden som belastningen stiger over den nominelle belastning, bliver stator-og rotorlækagereaktansfaktorer gradvist mere signifikante i forhold til R r ‘ / s {\displaystyle R_{r}’/s}

således at drejningsmomentet gradvist kurver mod nedbrydningsmoment. Da belastningsmomentet stiger ud over nedbrydningsmomentet, går motoren i stå.

Startedit

Se også: Motor controller

Der er tre grundlæggende typer af små induktionsmotorer: split-fase enfaset, skygget-polet enfaset og polyfase.

i to-polede enfasede motorer går drejningsmomentet til nul ved 100% slip (nulhastighed), så disse kræver ændringer i statoren, såsom skyggefulde poler for at give startmoment. En enfaset induktionsmotor kræver separat startkredsløb for at tilvejebringe et roterende felt til motoren. De normale løbende viklinger inden for en sådan enfaset motor kan få rotoren til at dreje i begge retninger, så startkredsløbet bestemmer driftsretningen.

magnetisk strøm i skraveret polmotor.

i visse mindre enfasede motorer udføres start ved hjælp af en kobbertråd, der drejer rundt om en del af en pol; en sådan pol kaldes en skraveret pol. Den strøm, der induceres i denne tur, ligger bag forsyningsstrømmen, hvilket skaber et forsinket magnetfelt omkring den skraverede del af polfladen. Dette giver tilstrækkelig rotationsfeltenergi til at starte motoren. Disse motorer bruges typisk i applikationer såsom skrivebordsventilatorer og pladespillere, da det krævede startmoment er lavt, og den lave effektivitet er acceptabel i forhold til de reducerede omkostninger ved motoren og startmetoden sammenlignet med andre VEKSELSTRØMSMOTORDESIGN.

større enfasede motorer er splitfasemotorer og har en anden statorvikling fodret med strøm uden for fasen; sådanne strømme kan skabes ved at fodre viklingen gennem en kondensator eller få den til at modtage forskellige værdier af induktans og modstand fra hovedviklingen. I kondensator-start-design afbrydes den anden vikling, når motoren er op til hastighed, normalt enten ved hjælp af en centrifugalafbryder, der virker på vægte på motorakslen eller en termistor, der varmer op og øger dens modstand, hvilket reducerer strømmen gennem den anden vikling til et ubetydeligt niveau. Kondensator-run-designene holder den anden vikling tændt, når de kører, hvilket forbedrer drejningsmomentet. Et modstandsstartdesign bruger en starter indsat i serie med startviklingen, hvilket skaber reaktans.

selvstartende polyfase induktionsmotorer producerer drejningsmoment selv ved stilstand. Tilgængelige metoder til start af induktionsmotor med egern-bur inkluderer direkte on-line start, reaktor med reduceret spænding eller auto-transformer start, star-delta start eller i stigende grad nye solid state bløde samlinger og selvfølgelig drev med variabel frekvens (VFD ‘ er).

Polyfasemotorer har rotorstænger formet til at give forskellige hastighedsmomentegenskaber. Strømfordelingen inden for rotorbjælkerne varierer afhængigt af frekvensen af den inducerede strøm. Ved stilstand er rotorstrømmen den samme frekvens som statorstrømmen og har tendens til at bevæge sig i de yderste dele af burrotorstængerne (efter hudeffekt). De forskellige stangformer kan give nyttige forskellige hastighedsmomentegenskaber samt en vis kontrol over startstrømmen ved opstart.

selvom polyfasemotorer i sig selv starter, skal deres start-og pull-up drejningsmomentdesigngrænser være høje nok til at overvinde de faktiske belastningsforhold.

i viklede rotormotorer muliggør rotorkredsløbsforbindelse gennem glidringe til eksterne modstande ændring af hastighedsmomentegenskaber til accelerationskontrol og hastighedskontrolformål.

Hastighedskontroldet

Modstandredit

typiske hastighedsmomentkurver for forskellige motorindgangsfrekvenser som for eksempel brugt med frekvensomformere

div >

før udviklingen af halvlederkraftelektronik var det vanskeligt at variere frekvensen, og Burinduktionsmotorer blev hovedsageligt brugt i applikationer med fast hastighed. Applikationer såsom elektriske overheadkraner brugte DC-drev eller viklede rotormotorer med glideringe til rotorkredsløbsforbindelse til variabel ekstern modstand, hvilket muliggør et betydeligt udvalg af hastighedskontrol. Imidlertid er modstandstab forbundet med Lavhastighedsdrift af skrivemaskiner en stor omkostnings ulempe, især for konstante belastninger. Store slip ring motordrev, betegnet slip energy recovery systems, nogle stadig i brug, genvinder energi fra rotorkredsløbet, retter det og returnerer det til elsystemet ved hjælp af en VFD.

CascadeEdit

hastigheden af et par slipringmotorer kan styres af en kaskadeforbindelse eller sammenkædning. Rotoren af en motor er forbundet med statoren af den anden. Hvis de to motorer også er mekanisk forbundet, kører de med halv hastighed. Dette system blev engang udbredt i trefasede AC-jernbanelokomotiver, såsom FS klasse E. 333.

variabel frekvensdrevedit

Hovedartikel: I mange industrielle applikationer med variabel hastighed forskydes DC-og frekvensomformere af VFD-fodrede burinduktionsmotorer. Den mest almindelige effektive måde at styre asynkron motorhastighed på mange belastninger er med VFDs. Barrierer for vedtagelse af VFD ‘ er på grund af omkostnings-og pålidelighedsovervejelser er blevet reduceret betydeligt i løbet af de sidste tre årtier, således at det anslås, at drevteknologi vedtages i så mange som 30-40% af alle nyinstallerede motorer.

frekvensdrev med variabel frekvens implementerer skalar-eller vektorstyring af en induktionsmotor.

med skalar kontrol styres kun størrelsen og frekvensen af forsyningsspændingen uden fasestyring (fraværende feedback ved rotorposition). Scalar kontrol er egnet til anvendelse, hvor belastningen er konstant.

vektorstyring tillader uafhængig kontrol af motorens hastighed og drejningsmoment, hvilket gør det muligt at opretholde en konstant rotationshastighed ved varierende belastningsmoment. Men vektorstyring er dyrere på grund af omkostningerne ved sensoren (ikke altid) og kravet om en mere kraftfuld controller.