Werkingsprincipe van de inductiemotor

De inductiemotor is een elektrische wisselstroommachine die elektrische energie omzet in mechanische energie. Inductiemotor wordt veelvuldig gebruikt in verschillende toepassingen, van eenvoudige huishoudelijke apparaten tot zware industrieën. De machine heeft zo veel toepassingen die moeilijk te tellen zijn en u kunt zich de schaal voorstellen door te weten dat bijna 30% van het wereldwijd opgewekte elektrisch vermogen wordt verbruikt door inductiemotoren zelf. Deze verbazingwekkende machine is uitgevonden door de grote wetenschapper Nikola Tesla en deze uitvinding heeft de loop van de menselijke beschaving permanent veranderd.

Hier zijn enkele toepassingen van eenfasige en driefasige inductiemotoren die we in het dagelijks leven kunnen vinden.

Toepassingen van enkelfasige inductiemotoren:

• Elektrische ventilatoren in huis
• Boormachines
• Pompen
• Slijpmachines
• Speelgoed
• Stofzuiger
• Afzuigventilatoren
• Compressoren en elektrische scheerapparaten

Toepassingen van driefasige inductiemotoren:

• Kleinschalige, middelgrote en grootschalige industrieën.
• Liften
• Kranen
• Besturen van draaibankmachines
• Olie-extractiemolens
• Robotarmen
• Transportbanden systeem
• Zware brekers

De inductiemotoren zijn er in vele maten en vormen met relatieve kenmerken en elektrische waarden. Ze variëren van enkele centimeters tot enkele meters in grootte en hebben een vermogen van 0,5 pk tot 10.000 pk. De gebruiker kan de meest geschikte kiezen uit de oceaan van modellen om aan zijn / haar vraag te voldoen.

We hebben de grondbeginselen van motoren en de werking ervan al besproken in het vorige artikel. Hier zullen we de constructie en werking van de inductiemotor in detail bespreken.

Werkingsprincipe van inductiemotor

Laten we, om het werkingsprincipe van een inductiemotor te begrijpen, eerst een eenvoudige installatie overwegen, zoals weergegeven in de afbeelding.

Hier,

• Er worden twee ijzeren of ferrietkernen van gelijke grootte genomen en op afstand in de lucht opgehangen.
• Op de bovenste kern wordt een geëmailleerde koperdraad gewonden, gevolgd door de onderste en twee uiteinden worden opzij genomen zoals weergegeven in de afbeelding.
• De kern fungeert hier als medium voor het dragen en concentreren van de magnetische flux die tijdens bedrijf door de spoel wordt gegenereerd.

Nu, als we een wisselspanningsbron aan te sluiten bij de twee uiteinden van de koper, zullen we iets als hieronder hebben.

Tijdens de positieve cyclus van AC:

Hier zal tijdens de eerste halve cyclus de positieve spanning op punt 'A' geleidelijk van nul naar het maximum gaan en dan weer terugkomen naar nul. Gedurende deze periode kan de stroom in de wikkeling worden weergegeven als.

Hier,

• Tijdens de positieve cyclus van de wisselstroombron neemt de stroom in beide wikkelingen geleidelijk toe van nul naar maximaal en gaat vervolgens geleidelijk terug van maximaal naar nul. Dit komt omdat volgens de wet van Ohms de stroom in een geleider recht evenredig is met de klemspanning, en we hebben het in eerdere artikelen vaak besproken.
• De wikkelingen zijn zo gewikkeld dat de stroom in beide wikkelingen in dezelfde richting stroomt, en we kunnen hetzelfde zien in het diagram.

Laten we ons nu de wet van Lenz herinneren die we eerder bestudeerden voordat we verder gingen. Volgens de wet van Lenz: ' Een geleider die een stroom voert, genereert een magnetisch gevuld rond het oppervlak',

en als we deze wet toepassen in het bovenstaande voorbeeld, dan zal een magnetisch veld worden opgewekt door elke lus in beide spoelen. Als we magnetische flux toevoegen die door de hele spoel wordt gegenereerd, krijgt deze een aanzienlijke waarde. Deze hele flux zal op de ijzeren kern verschijnen terwijl de spoel op het kernlichaam werd gewikkeld.

Voor het gemak, als we de magnetische fluxlijnen tekenen die aan beide uiteinden op de ijzeren kern zijn geconcentreerd, dan hebben we zoiets als hieronder.

Hier kun je zien dat de magnetische lijnen zich concentreren op de ijzeren kernen en hun beweging door de luchtspleet.

Deze fluxintensiteit is recht evenredig met de stroom die vloeit in spoelen die op beide ijzeren lichamen zijn gewikkeld. Dus tijdens de positieve halve cyclus gaat de flux van nul naar maximum en vervolgens afgezwakt van maximum naar nul. Zodra de positieve cyclus is voltooid, bereikt de veldintensiteit bij de luchtspleet ook nul en daarna zullen we een negatieve cyclus hebben.

Tijdens de negatieve cyclus van AC:

Tijdens deze negatieve cyclus van de sinusvormige spanning gaat de positieve spanning op punt 'B' geleidelijk van nul naar het maximum en keert dan terug naar nul. Zoals gebruikelijk zal er vanwege deze spanning een stroom vloeien en kunnen we de richting van deze stroom in de wikkelingen zien in de onderstaande afbeelding.

Omdat de stroom lineair evenredig is met de spanning, neemt de grootte ervan in beide wikkelingen geleidelijk toe van nul naar maximaal en daalt vervolgens van maximaal naar nul.

Als we de wet van Lenz beschouwen, zal er een magnetisch veld verschijnen rond de spoelen vanwege de stroom die vergelijkbaar is met het geval dat werd bestudeerd in de positieve cyclus. Dit veld wordt geconcentreerd in het midden van ferrietkernen, zoals weergegeven in de afbeelding. Omdat de fluxintensiteit recht evenredig is met de stroom die vloeit in spoelen die op beide ijzeren lichamen zijn gewikkeld, gaat deze flux ook van nul naar maximum en vervolgens afgezwakt van maximum naar nul volgens de grootte van de stroom. Hoewel dit vergelijkbaar is met een positieve cyclus, is er een verschil en dat is de richting van de magnetische veldlijnen. U kunt dit verschil in fluxrichting op diagrammen waarnemen.

Na zijn negatieve cyclus volgt een positieve cyclus gevolgd door nog een negatieve cyclus en zo gaat het door totdat de sinusvormige wisselspanning is verwijderd. En vanwege deze wisselende spanningscyclus blijft het magnetische veld in het midden van ijzeren kernen veranderen in zowel grootte als richting.

Tot slot door deze opstelling te gebruiken,

• We hebben een magnetisch veld geconcentreerd gebied ontwikkeld in het midden van de ijzeren kernen.
• De magnetische veldsterkte bij de luchtspleet blijft veranderen in zowel grootte als richting.
• Het veld volgt de sinusvormige wisselspanningsgolfvorm.

Faradays-wet van elektromagnetische inductie

Deze opstelling die we tot nu toe hebben besproken, is het meest geschikt om de wet van Faradays van elektromagnetische inductie te realiseren. Dit komt omdat een constant veranderend magnetisch veld de meest fundamentele en belangrijke vereiste is voor elektromagnetische inductie.

We bestuderen deze wet hier omdat de inductiemotor werkt volgens het principe van de wet van Faraday van elektromagnetische inductie.

Laten we, om het fenomeen van elektromagnetische inductie te bestuderen, de onderstaande opstelling eens bekijken.

• Een geleider wordt genomen en gevormd tot een vierkant met beide uiteinden kortgesloten.
• Een metalen staaf is gefixeerd in het midden van het geleidervierkant, die fungeert als de as van de opstelling.
• Nu kan geleider vierkant vrij rond de as draaien en wordt een rotor genoemd.
• De rotor is in het midden van de luchtspleet geplaatst zodat de geleiderlus het maximale veld kan ervaren dat wordt gegenereerd door rotorspoelen.

Volgens de wet van elektromagnetische inductie van Faraday weten we dat ' wanneer een wisselend magnetisch veld een metalen geleider doorsnijdt, er een EMF of spanning in de geleider wordt geïnduceerd' .

Laten we nu deze wet toepassen om de werking van een inductiemotor te begrijpen:

• Volgens deze wet van elektromagnetische inductie moet een EMF worden geïnduceerd in de rotorgeleider die in het midden is geplaatst vanwege het veranderende magnetische veld dat hierdoor wordt ervaren.
• Vanwege deze geïnduceerde EMF en het kortsluiten van de geleider, stroomt er een stroom in de hele lus, zoals weergegeven in de afbeelding.
• Hier komt de sleutel tot de werking van de inductiemotor. We weten dat volgens de wet van Lenz een stroomvoerende geleider een magnetisch veld eromheen genereert waarvan de intensiteit evenredig is met de grootte van de stroom.
• Omdat de wet universeel is, moet de geleiderlus van de rotor ook een magnetisch veld opwekken omdat de stroom er doorheen loopt vanwege elektromagnetische inductie.
• Als we het magnetische veld dat wordt gegenereerd door statorwikkelingen en ijzeren kernopstelling, noemen als hoofdflux of statorflux. Dan kunnen we het magnetische veld dat door de geleiderlus van de rotor wordt gegenereerd, Rotorflux noemen.
• Door de interactie tussen de hoofdflux en de rotorflux wordt een kracht door de rotor ervaren. Deze kracht probeert de EMF-inductie in de rotor tegen te gaan door de positie van de rotor aan te passen. Daarom zullen we op dit moment een beweging in de aspositie ervaren.
• Nu het magnetische veld blijft veranderen door wisselspanning blijft de kracht ook de rotorpositie continu aanpassen zonder stop.
• Dus de rotor blijft draaien door wisselspanning en daarbij hebben we mechanische output op de as of de as van de rotor.

Daarmee hebben we gezien hoe we door elektromagnetische inductie in de rotor mechanische output hebben op de as. Dus de naam die voor deze opstelling wordt gegeven, wordt Inductiemotor genoemd.

Wat we tot nu toe hebben besproken, is het werkingsprincipe van de inductiemotor, maar onthoud dat zowel theorie als praktijk verschillend zijn. En voor het werken van de inductiemotor is een extra opstelling nodig die we hieronder zullen bespreken.

Eenfase inductiemotor

De inductiemotor die op enkelfasige wisselstroom werkt, wordt eenfasige inductiemotor genoemd.

De elektriciteitslijn die voor ons thuis beschikbaar is, is een eenfasige voedingslijn van 240 V / 50 Hz AC en de inductiemotoren die we in ons dagelijks leven in onze huizen gebruiken, worden enkelfasige inductiemotoren genoemd.

Voor een beter begrip van het werkingsprincipe van een enkelfasige inductiemotor, laten we eens kijken naar de constructie van een enkelfasige inductiemotor.

Hier,

• We nemen meerdere geleiders en monteren ze op de vrij draaiende as zoals weergegeven in de afbeelding.
• We zullen ook de uiteinden van alle geleiders kortsluiten met een metalen ring, waardoor we meerdere geleiderslussen creëren die we eerder hebben bestudeerd.
• Deze rotoropstelling ziet er bij nadere beschouwing uit als een eekhoornkooi en daarom wordt het een inductiemotor voor een eekhoornkooi genoemd. Laten we hier eens kijken naar de 3D-structuur van de rotor van een eekhoornkooi.

• De stator die werd beschouwd als een compleet ijzeren stuk, is eigenlijk een groep dunne ijzeren platen die op elkaar zijn gestapeld. Ze zijn zo dicht op elkaar gedrukt dat er letterlijk geen lucht tussen hen zal zijn. We gebruiken een stapel ijzeren platen in plaats van een enkel ijzeren stuk om dezelfde reden dat we gewalste ijzeren platen gebruiken in het geval van een stroomtransformator die is bedoeld om ijzerverliezen te verminderen. Door de stapelmethode te gebruiken, verminderen we het stroomverlies aanzienlijk terwijl de prestaties hetzelfde blijven.

De werking van deze opstelling is vergelijkbaar met de opstelling die wordt gebruikt om het werkingsprincipe van de inductiemotor uit te leggen.

• Eerst zullen we de wisselspanning leveren en vanwege deze spanning stroomt er stroom door de statorwikkeling die op zowel het bovenste als het onderste segment is gewikkeld.
• Door de stroom wordt er een magnetisch veld gegenereerd op zowel de boven- als de onderwinding.
• Het grootste deel van de ijzeren platen fungeert als een kernmedium voor het transport van het magnetische veld dat door de spoelen wordt gegenereerd.
• Dit wisselende magnetische veld gedragen door de ijzeren kern wordt geconcentreerd in de centrale luchtspleet vanwege het opzettelijke structurele ontwerp.
• Nu de rotor in deze luchtspleet is geplaatst, ervaren ook de kortgesloten geleiders die op de rotor zijn bevestigd dit wisselveld.
• Door het veld wordt er een stroom opgewekt in de geleiders van de rotor.
• Omdat de stroom door de rotorgeleiders gaat, wordt er ook een magnetisch veld rond de rotor gegenereerd.
• Bij de interactie tussen het gegenereerde magnetische veld van de rotor en het magnetische veld van de stator, wordt een kracht door de rotor ervaren.
• Deze kracht beweegt de rotor langs de as en daardoor hebben we een roterende beweging.
• Omdat de spanning voortdurend de sinusvormige spanning verandert, blijft de rotor ook continu langs zijn as draaien. Daardoor hebben we een continue mechanische output voor een gegeven enkelfasige ingangsspanning.

Hoewel we hebben aangenomen dat de rotor automatisch zal draaien nadat de stroom aan de enkelfasige motor is gegeven, is dat niet het geval. Omdat het veld dat wordt gegenereerd door een enkelfasige inductiemotor een wisselend magnetisch veld is en geen roterend magnetisch veld. Dus bij het starten van de motor wordt de rotor op zijn positie vergrendeld omdat de kracht die hij ondervindt vanwege de onderste spoel en de bovenste spoel van dezelfde grootte en tegengesteld in richting zal zijn. Dus in het begin is de netto kracht die de rotor ondervindt nul. Om dit te voorkomen, zullen we een hulpwikkeling voor de inductiemotor gebruiken om er een zelfstartende motor van te maken. Deze hulpwikkeling zorgt voor het nodige veld om de rotor bij de start te laten bewegen. Het voorbeeld voor dit geval is de elektrische ventilator die we in ons dagelijks leven zien,dat is een condensatorstart en laat een inductiemotor draaien met een hulpwikkeling die in serie is geschakeld met de condensator.

Inductiemotor in drie fasen

De inductiemotor die werkt op driefasige wisselstroom, wordt driefasige inductiemotor genoemd. Gewoonlijk worden driefasige inductiemotoren gebruikt in industrieën en zijn ze niet geschikt voor thuistoepassingen.

De beschikbare elektriciteitslijn voor industrieën is 400V / 50Hz driefasige vierlijns wisselstroom en de inductiesmotoren die in deze industrieën werken, worden driefasige inductiemotoren genoemd.

Laten we voor een beter begrip van het werkingsprincipe van een driefasige inductiemotor kijken naar de constructie van een driefasige inductiemotor.

Hier,

• Fase A-wikkeling begint bij het bovenste segment, gevolgd door het onderste segment, zoals weergegeven in de afbeelding.
• Wat betreft de twee uiteinden van fase, is een wikkeling verbonden met een fase A-voedingslijn van een driefasige voeding, terwijl het andere uiteinde is verbonden met de nulleider van dezelfde drie fasen vierlijnige voeding. Dit is mogelijk omdat we in een driefasige vierlijnsvoeding de eerste drie lijnen hebben met drie lijnspanningen terwijl de vierde lijn neutraal is.
• De andere tweefasige wikkelingen volgen hetzelfde patroon als fase A.In de twee uiteinden van fase B-wikkeling is er één verbonden met de fase B-voedingslijn van een driefasige voeding, terwijl het andere uiteinde is verbonden met de nulleider van dezelfde drie fasen. vierlijns voeding.
• De structuur van de rotor is vergelijkbaar met een eekhoornkooi en is hetzelfde type rotor dat wordt gebruikt in een enkelfasige inductiemotor.

Als we nu de elektrische stroom leveren aan de driefasige wikkelingen van de stator, begint de stroom in alle drie de wikkelingen te stromen. Vanwege deze stroom zal een magnetisch veld worden opgewekt door de spoelen en dit veld zal stromen door een minder magnetisch weerstandspad dat wordt geleverd door de gelamineerde kern. Hier is de structuur van de motor zo ontworpen dat het magnetische veld dat door de kern wordt gedragen, wordt geconcentreerd op de luchtspleet in het midden waar de rotor is geplaatst. Dus het magnetische veld geconcentreerd door de kern in de middenspleet beïnvloedt de geleiders in de rotor en veroorzaakt daardoor een stroom erin.

In aanwezigheid van geleiderstroom genereert de rotor ook een magnetisch veld dat op elk moment in wisselwerking staat met het statorveld. En door deze interactie ervaart de rotor een kracht die tot rotatie van de motor leidt.

Hier is het magnetische veld dat wordt gegenereerd door de stator van het roterende type vanwege driefasig vermogen, in tegenstelling tot het wisselende type dat we hebben besproken in een enkelfasige motor. En vanwege dit roterende magnetische veld begint de rotor vanzelf te draaien, zelfs als er geen eerste duw is. Hierdoor is de driefasemotor een zelfstartend type en hebben we voor dit type motor geen hulpwikkeling nodig.