Een drie-fase voeding is voorzien van een roterend magnetisch veld in een asynchrone motor

Inherent slip – ongelijke rotatie frequentie van het veld van de stator en de rotor

In beide inductie en synchrone motoren, de AC-voeding naar de motor van de stator, die een magnetisch veld creëert dat draait in synchroon met de AC-oscillaties. Terwijl de rotor van een synchrone motor met dezelfde snelheid draait als het statorveld, draait de rotor van een inductiemotor met een iets lagere snelheid dan het statorveld. Het magnetisch veld van de stator van de inductiemotor verandert of roteert daarom ten opzichte van de rotor. Dit veroorzaakt een tegengestelde stroom in de rotor van de inductiemotor, in feite de secundaire wikkeling van de motor, wanneer de laatste kortgesloten of gesloten is door een externe impedantie. De roterende magnetische flux induceert stromen in de wikkelingen van de rotor, op een wijze die vergelijkbaar is met stromen die worden geïnduceerd in de secundaire wikkeling(en) van een transformator.

de geïnduceerde stromen in de rotorwikkelingen creëren op hun beurt magnetische velden in de rotor die reageren tegen het statorveld. De richting van het gecreëerde magnetische veld zal zodanig zijn dat de verandering in stroom door de rotorwikkelingen, in overeenstemming met de wet van Lenz, wordt tegengegaan. De oorzaak van de geïnduceerde stroom in de rotorwikkelingen is het roterende stator magnetisch veld, dus om de verandering in rotor-wikkeling stromen tegen te gaan zal de rotor beginnen te draaien in de richting van het roterende stator magnetisch veld. De rotor versnelt tot de grootte van de geïnduceerde rotorstroom en het koppel de toegepaste mechanische belasting op de rotatie van de rotor in evenwicht brengt. Aangezien rotatie bij synchrone snelheid geen geïnduceerde rotorstroom tot gevolg zou hebben, werkt een inductiemotor altijd iets langzamer dan de synchrone snelheid. Het verschil, of” slip ” tussen de werkelijke en synchrone snelheid varieert van ongeveer 0,5% tot 5,0% voor standaard ontwerp B koppel curve inductiemotoren. Het essentiële karakter van de inductiemotor is dat het uitsluitend door inductie wordt gecreëerd in plaats van afzonderlijk te worden opgewekt zoals in synchrone of GELIJKSTROOMMACHINES of zelf-gemagnetiseerd zoals in permanente magneetmotoren.

om rotorstromen te induceren, moet de snelheid van de fysieke rotor lager zijn dan die van het roterende magnetische veld van de stator (n s {\displaystyle n_{s}}

); anders zou het magnetisch veld niet bewegen ten opzichte van de rotorgeleiders en zouden er geen stromen worden opgewekt. Naarmate de snelheid van de rotor onder de synchrone snelheid daalt, neemt de rotatiesnelheid van het magnetische veld in de rotor toe, waardoor meer stroom in de windingen wordt veroorzaakt en meer koppel wordt gecreëerd. De verhouding tussen de rotatiesnelheid van het in de rotor geïnduceerde magnetische veld en de rotatiesnelheid van het roterende veld van de stator wordt “slip”genoemd. Onder belasting daalt de snelheid en neemt de slip genoeg toe om voldoende koppel te creëren om de belasting te draaien. Om deze reden worden inductiemotoren soms aangeduid als “asynchrone motoren”.

een inductiemotor kan worden gebruikt als een inductiegenerator of kan worden uitgerold tot een lineaire inductiemotor die direct lineaire beweging kan genereren. De genererende modus voor inductiemotoren wordt gecompliceerd door de noodzaak om de rotor op te wekken, die begint met alleen resterende magnetisatie. In sommige gevallen is die resterende magnetisatie voldoende om de motor onder belasting zelf op te wekken. Daarom is het noodzakelijk om ofwel de motor te breken en deze tijdelijk aan te sluiten op een levend net of om condensatoren toe te voegen die aanvankelijk zijn opgeladen door residueel magnetisme en die tijdens bedrijf het vereiste reactieve vermogen leveren. Vergelijkbaar is de werking van de inductiemotor parallel met een synchrone motor die dienst doet als vermogensfactor compensator. Een kenmerk in de generatormodus parallel aan het raster is dat de rotorsnelheid hoger is dan in de rijmodus. Dan wordt actieve energie aan het net gegeven. Een ander nadeel van inductie motor generator is dat het verbruikt een aanzienlijke magnetiseren stroom I0 = (20-35)%.

Synchrone speedEdit

Een AC-motor synchrone snelheid, f s {\displaystyle f_{n}}

, is de rotatie snelheid van de stator, het magnetisch veld, f s = 2 f p {\displaystyle f_{n}={2f \over p}}

waar f {\displaystyle f}

de frequentie van de voeding, p {\displaystyle p}

is het nummer van de magnetische polen, en f s {\displaystyle f_{n}}

is de synchrone snelheid van de machine. Voor f {\displaystyle f}

in hertz en n s {\displaystyle n_{s}}

synchrone snelheid in RPM, wordt de formule: n = 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 {seconden} }{\mathrm {minuten} }}\right)={120f \over {p}}\cdot \left({\frac {\mathrm {seconden} }{\mathrm {minuten} }}\right)}

.

bijvoorbeeld, voor een vier-polige, drie-fase motor, p {\displaystyle p}

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

= 1.500 OMW / min (voor f {\displaystyle f}

= 50 Hz) en 1800 RPM (voor f {\displaystyle f}

= 60 Hz) synchrone snelheid.

het aantal magnetische polen, p {\displaystyle p}

, is gelijk aan het aantal spoelgroepen per fase. Om het aantal spoelgroepen per fase in een 3-fase motor te bepalen, tel het aantal spoelen, deel door het aantal fasen, dat is 3. De spoelen kunnen meerdere sleuven in de statorkern overspannen, waardoor het vervelend is om ze te tellen. Voor een 3-fase motor, als je in totaal 12 spoelgroepen meetelt, heeft deze 4 magnetische polen. Voor een 12-polige 3-fase machine zijn er 36 spoelen. Het aantal magnetische polen in de rotor is gelijk aan het aantal magnetische polen in de stator.

de twee figuren rechts en links boven elk illustreren een 2-polige 3-fase machine bestaande uit drie poolparen waarbij elke pool 60° Uit elkaar is gezet.

SlipEdit

Typisch koppel curve als functie van de slip, vertegenwoordigd als “g” hier ”

Slip, s {\displaystyle s}

, gedefinieerd als het verschil tussen synchrone snelheid en de snelheid op dezelfde frequentie, uitgedrukt in rpm, of in een percentage of een ratio van synchrone snelheid. Dus s = n s − n r n s {\displaystyle s={\frac {n_{s}-n_{r}}{n_{s}}}\,}

waar n s {\displaystyle n_{s}}

stator elektrische snelheid, n r {\displaystyle n_{r}}

rotor mechanische snelheid. Slip, die varieert van nul bij synchrone snelheid en 1 wanneer de rotor wordt stilgelegd, bepaalt het koppel van de motor. Omdat de kortgesloten rotorwikkelingen kleine weerstand hebben, induceert zelfs een kleine slip een grote stroom in de rotor en produceert een aanzienlijk koppel. Bij volledige belasting varieert de slip van meer dan 5% voor kleine of speciale motoren tot minder dan 1% voor grote motoren. Deze snelheidsvariaties kunnen lastverdelingsproblemen veroorzaken wanneer motoren van verschillende grootte mechanisch worden aangesloten. Er zijn verschillende methoden beschikbaar om slip te verminderen, VFD ‘ s bieden vaak de beste oplossing.

TorqueEdit

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

Media afspelen

transiënte oplossing voor een AC-inductiemotor van een volledige stop tot het werkpunt onder een wisselende belasting.

de typische verhouding tussen toerental en koppel van een standaard Nema Design B polyfase inductiemotor is zoals weergegeven in de curve rechts. Geschikt voor de meeste low performance belastingen, zoals centrifugaalpompen en ventilatoren, ontwerp b motoren worden beperkt door de volgende typische koppelbereiken:

• Afbraakkoppel( piekkoppel), 175-300% van het nominale koppel
• vergrendeld rotorkoppel (koppel bij 100% slip), 75-275% van het nominale koppel
• Pull-upkoppel, 65-190% van het nominale koppel.

Over het normale belastingsbereik van een motor is de helling van het koppel ongeveer lineair of evenredig met slip omdat de waarde van rotorweerstand gedeeld door slip, R r ‘ / s {\displaystyle R_{r}’/s}

, het koppel op een lineaire manier domineert. Naarmate de belasting hoger wordt dan de nominale belasting, worden stator-en rotorlekkage-reactiefactoren geleidelijk significanter in relatie tot R r ‘ / s {\displaystyle R_{r}’/s}

zodanig dat het koppel geleidelijk naar het afbraakkoppel kromt. Als het laadkoppel groter wordt dan het afbraakkoppel, slaat de motor af.

Startendedit

Er zijn drie basistypes van kleine inductiemotoren: split-phase eenfase, shaded-pole eenfase, en polyfase.

bij tweepolige eenfasemotoren gaat het koppel naar nul bij 100% slip (nultoerental), dus dit vereist veranderingen aan de stator, zoals gearceerde Polen om startkoppel te leveren. Een eenfasige inductiemotor vereist aparte startcircuits om een roterend veld aan de motor te bieden. De normale draaiende windingen binnen zo ‘ n eenfasige motor kunnen ervoor zorgen dat de rotor in beide richtingen draait, zodat het startcircuit de bedrijfsrichting bepaalt.

magnetische flux in gearceerde poolmotor.

in bepaalde kleinere eenfasige motoren wordt het starten gedaan door middel van een koperen draad die om een deel van een paal draait; een dergelijke pool wordt een schaduwpool genoemd. De geïnduceerde stroom blijft in deze beurt achter op de toevoerstroom, waardoor een vertraagd magnetisch veld rond het gearceerde deel van het poolvlak ontstaat. Dit levert voldoende rotatieveldenergie op om de motor te starten. Deze motoren worden meestal gebruikt in toepassingen zoals bureauventilatoren en platenspelers, omdat het vereiste startkoppel laag is en de lage efficiëntie aanvaardbaar is ten opzichte van de lagere kosten van de motor en de startmethode in vergelijking met andere AC-motorontwerpen.

Grotere eenfasemotoren zijn splitfasemotoren en hebben een tweede statorwikkeling die wordt gevoed met uitfasestroom; dergelijke stromen kunnen worden gecreëerd door de wikkeling door een condensator te voeren of door deze andere waarden van inductie en weerstand van de hoofdwikkeling te laten ontvangen. In condensator-startontwerpen wordt de tweede wikkeling losgekoppeld zodra de motor op snelheid is, meestal door een centrifugale schakelaar die op gewichten op de motoras werkt of een thermistor die opwarmt en de weerstand verhoogt, waardoor de stroom door de tweede wikkeling tot een onbeduidend niveau wordt gereduceerd. De condensator-run ontwerpen houden de tweede wikkeling aan tijdens het lopen, het verbeteren van het koppel. Een weerstand start ontwerp maakt gebruik van een starter ingevoegd in serie met de startup wikkeling, het creëren van reactantie.

zelfstartende polyfase-inductiemotoren produceren ook bij stilstand koppel. Beschikbare inductiemotorstartmethoden voor eekhoornkooien omvatten direct-on-line starten, gereduceerde spanning reactor of auto-transformator starten, star-delta starten of, in toenemende mate, Nieuwe solid-state soft assemblages en, natuurlijk, variabele frequentie drives (VFD ‘ s).

Polyfasemotoren hebben een rotorstang die zodanig is gevormd dat het toerental en het koppel verschillend zijn. De stroomverdeling binnen de rotorstaven varieert afhankelijk van de frequentie van de geïnduceerde stroom. Bij stilstand is de rotorstroom dezelfde frequentie als de statorstroom en heeft de neiging om zich te verplaatsen naar de buitenste delen van de kooi rotorstaven (door huideffect). De verschillende bar vormen kunnen nuttig verschillende snelheid-koppel kenmerken, evenals enige controle over de inschakelstroom bij het opstarten.

hoewel polyfasemotoren inherent zelfstartend zijn, moeten de grenswaarden voor het starten en optrekken van het koppel hoog genoeg zijn om de werkelijke belastingsomstandigheden te overwinnen.

bij wondrotormotoren maakt de aansluiting van het rotorcircuit via slipringen op externe weerstanden het mogelijk om de toerental-koppelkenmerken te wijzigen voor de acceleratie – en toerentalregeling.

Toerentalcontroledit

Resistancedit

typische toerental-torque curves voor verschillende motoringangsfrequenties zoals bijvoorbeeld gebruikt met variabele frequentie drives

voor de ontwikkeling van halfgeleiderelektronica, was het moeilijk om de frequentie te variëren, en kooi inductiemotoren werden voornamelijk gebruikt in toepassingen met vaste snelheid. Toepassingen zoals elektrische bovenloopkranen gebruikten DC-aandrijvingen of wondrotormotoren (WRIM) met slipringen voor aansluiting van het rotorcircuit op variabele externe weerstand die een aanzienlijk bereik van snelheidsregeling mogelijk maakte. Echter, weerstandverliezen geassocieerd met lage snelheid werking van WRIMs is een groot kostennadeel, vooral bij constante belastingen. De grote motoraandrijvingen van de slipring, genoemd slip energieterugwinningssystemen, wat nog in gebruik zijn, herstellen energie van het rotorcircuit, herstellen het, en brengen het terug aan het machtssysteem gebruikend een VFD.

CascadeEdit

De snelheid van een paar slip-ringmotoren kan worden geregeld door een cascade-verbinding of aaneenschakeling. De rotor van de ene motor is verbonden met de stator van de andere. Als de twee motoren ook mechanisch verbonden zijn, zullen ze op halve snelheid draaien. Dit systeem werd ooit veel gebruikt in driefasige WISSELSTROOMLOCOMOTIEVEN, zoals de FS-klasse E. 333.

Variable-frequency drivedit

Variable frequency drive

Main article: Variabele frequentieaandrijving

in veel industriële toepassingen met variabele snelheid worden DC-en WRIM-aandrijvingen verplaatst door VFD-gevoede kooiinductiemotoren. De meest voorkomende efficiënte manier om asynchrone motorsnelheid van vele belastingen te regelen is met VFD ‘ s. De belemmeringen voor de invoering van VFD ‘ s als gevolg van kosten-en betrouwbaarheidsoverwegingen zijn de afgelopen drie decennia aanzienlijk verminderd, zodat naar schatting bij 30-40% van alle nieuw geïnstalleerde motoren aandrijftechnologie wordt toegepast.

variabele frequentieaandrijvingen implementeren de scalaire of vectorregeling van een inductiemotor.

bij scalaire regeling worden alleen de grootte en frequentie van de voedingsspanning geregeld zonder faseregeling (zonder terugkoppeling per rotorpositie). Scalar control is geschikt voor toepassing waar de belasting constant is.

vectorregeling maakt een onafhankelijke regeling van het toerental en het koppel van de motor mogelijk, waardoor een constant toerental bij wisselend belastingkoppel kan worden gehandhaafd. Maar vectorbesturing is duurder vanwege de kosten van de sensor (niet altijd) en de behoefte aan een krachtigere controller.