- Arbejdsprincip for induktionsmotor
- Faradays lov om elektromagnetisk induktion
- Enfaset induktionsmotor
- Tre-faset induktionsmotor
Induktionsmotoren er en vekselstrømsmaskine, der omdanner elektrisk energi til mekanisk energi. Induktionsmotor anvendes i vid udstrækning i forskellige applikationer fra basale husholdningsapparater til tunge industrier. Maskinen har så mange applikationer, der er svære at tælle, og du kan forestille dig skalaen ved at vide, at næsten 30% af den genererede elektriske energi forbruges af selve induktionsmotorer. Denne fantastiske maskine er opfundet af den store videnskabsmand Nikola Tesla, og denne opfindelse har permanent ændret den menneskelige civilisations forløb.
Her er få anvendelser af enfasede og trefasede induktionsmotorer, som vi kan finde i det daglige liv.
Anvendelser af enfasede induktionsmotorer:
- Elektriske blæsere i hjemmet
- Boremaskiner
- Pumper
- Slibemaskiner
- Legetøj
- Støvsuger
- Udstødningsventilatorer
- Kompressorer og elektriske barbermaskiner
Anvendelser af trefasede induktionsmotorer:
- Lille skala, mellemstore og store industrier.
- Elevatorer
- Kraner
- Kørsel drejebænk maskiner
- Olieudvindingsfabrikker
- Robotarme
- Transportbåndssystem
- Tunge knusere
De asynkronmotorer findes i mange størrelser og former, der har relative funktioner og elektriske klassificeringer. De varierer fra få centimeter til et par meter i størrelse og har en effekt fra 0,5 hk til 10000 hk. Brugeren kan vælge den mest passende fra havet af modeller for at imødekomme hans / hendes krav.
Vi har allerede drøftet Fundamentals of Motors og dets arbejde i den foregående artikel. Her vil vi diskutere induktionsmotorens konstruktion og arbejde i detaljer.
Arbejdsprincip for induktionsmotor
For at forstå arbejdsprincippet for en induktionsmotor, lad os først overveje en simpel opsætning som vist i figuren.
Her,
- To jern- eller ferritkerner af samme størrelse tages og hænges i luften på afstand.
- En emaljeret kobbertråd såres på den øverste kerne efterfulgt af den nederste og to ender føres til den ene side som vist i figuren.
- Kernen her fungerer som et medium til at bære og koncentrere den magnetiske flux, der genereres af spolen under drift.
Nu, hvis vi tilslutter en vekselspænding kilde ved de to ender af kobber, vil vi have noget som nedenfor.
Under den positive cyklus af vekselstrøm:
Her i løbet af den første halve cyklus vil den positive spænding ved punkt 'A' gradvist gå fra nul til maksimum og derefter komme tilbage til nul. I denne periode kan strømmen i viklingen repræsenteres som.
Her,
- Under vekselstrømskildens positive cyklus øges strømmen i begge viklinger gradvist fra nul til maksimum og går derefter gradvist tilbage fra maksimum til nul. Dette skyldes, at ifølge Ohms-loven er strømmen i en leder direkte proportional med terminalspændingen, og vi diskuterede det mange gange i tidligere artikler.
- Viklingerne er viklet på en måde, så strøm i begge viklinger flyder i samme retning, og vi kan se det samme repræsenteret i diagrammet.
Lad os nu huske en lov kaldet Lenzs lov, vi studerede tidligere, inden vi gik videre. I henhold til Lenzs lov vil ' en leder, der bærer en strøm, generere en magnetisk fyldt omkring overfladen',
og hvis vi anvender denne lov i ovenstående eksempel, genereres der et magnetfelt af hver sløjfe i begge spoler. Hvis vi tilføjer magnetisk flux genereret af hele spolen, får den en betydelig værdi. Hele denne strømning vises på jernkernen, da spolen blev viklet på kernelegemet.
For nemheds skyld, hvis vi tegner de magnetiske fluxlinjer koncentreret om jernkernen i begge ender, så har vi noget som nedenfor.
Her kan du se de magnetiske linjer blive koncentreret om jernkernerne og dens bevægelse gennem luftspalten.
Denne fluxintensitet er direkte proportional med strømmen, der strømmer i spoler viklet på begge jernlegemer. Så i løbet af den positive halvcyklus går strømmen fra nul til maksimum og derefter nedtonet fra maksimum til nul. Når den positive cyklus er afsluttet, når feltintensiteten ved luftspalten også nul, og efter dette vil vi have en negativ cyklus.
Under den negative cyklus af vekselstrøm:
I løbet af denne negative cyklus af sinusformet spænding vil den positive spænding ved punkt 'B' gradvist gå fra nul til maksimum og derefter komme tilbage til nul. Som sædvanlig vil der på grund af denne spænding være en strømstrøm, og vi kan se retningen af denne strøm i viklingerne i nedenstående figur.
Da strømmen er lineært proportional med spændingen, øges dens størrelse i begge viklinger gradvist fra nul til maksimum og går derefter ned fra maksimum til nul.
Hvis vi overvejer Lenzs lov, vises der et magnetfelt omkring spolerne på grund af strømstrømmen svarende til det tilfælde, der blev undersøgt i den positive cyklus. Dette felt koncentreres i centrum af ferritkerner som vist i figuren. Da fluxintensiteten er direkte proportional med strømmen, der strømmer i spoler, der er viklet på begge jernlegemer, vil denne flux også gå fra nul til maksimum og derefter tonet ned fra maksimum til nul efter strømens størrelse. Selvom dette svarer til en positiv cyklus, er der en forskel, og det er retningen af magnetfeltlinjerne. Du kan se denne forskel i fluxretning på diagrammer.
Efter hans negative cyklus kommer en positiv cyklus efterfulgt af en anden negativ cyklus, og det fortsætter sådan, indtil AC sinusformet spænding fjernes. Og på grund af denne udskiftelige spændingscyklus ændrer magnetfeltet i centrum på jernkerner sig både i størrelse og retning.
Afslutningsvis ved at bruge denne opsætning,
- Vi har udviklet et magnetfeltkoncentreret område i midten af jernkernerne.
- Magnetfeltintensiteten i luftspalten ændrer sig både i størrelse og retning.
- Feltet følger AC sinusformet spændingsbølgeform.
Faradays lov om elektromagnetisk induktion
Denne opsætning, vi hidtil har diskuteret, er bedst egnet til at realisere Faradays-loven om elektromagnetisk induktion. Dette skyldes, at et konstant skiftende magnetfelt er det mest basale og vigtige krav til elektromagnetisk induktion.
Vi studerer denne lov her, fordi induktionsmotor fungerer på princippet om Faradays lov om elektromagnetisk induktion.
Nu for at studere fænomenet elektromagnetisk induktion, lad os overveje opsætningen nedenfor.
- En leder tages og formes til en firkant med begge ender kortsluttet.
- En metalstang er fikseret i midten af lederens firkant, der fungerer som opsætningsaksen.
- Nu kan leder kvadrat rotere frit langs aksen og kaldes en rotor.
- Rotoren er placeret i midten af luftspalten, så lederløkken kan opleve det maksimale felt, der genereres af rotorspolerne.
Vi ved ifølge Faradays lov om elektromagnetisk induktion, ' når et varierende magnetfelt skærer en metalleder, så induceres en EMF eller spænding i lederen' .
Lad os nu anvende denne lov for at forstå, hvordan en induktionsmotor fungerer:
- I henhold til denne lov om elektromagnetisk induktion skal en EMF blive induceret i rotorlederen placeret i midten på grund af det skiftende magnetfelt, som den oplever.
- På grund af denne inducerede EMF og leder er kortsluttet, strømmer en strøm i hele sløjfen som vist i figuren.
- Her kommer nøglen til at arbejde med induktionsmotor. Vi ved ifølge Lenzs lov, at en strømførende leder genererer et magnetfelt omkring den, hvis intensitet er proportional med størrelsen af strømmen.
- Da loven er universel, skal rotorens lederløkke også generere et magnetfelt, fordi strømmen strømmer gennem den på grund af elektromagnetisk induktion.
- Hvis vi kalder det magnetiske felt, der genereres af statorviklinger og jernkernekonfiguration, som Main flux eller Stator flux. Derefter kan vi kalde det magnetiske felt, der genereres af rotorens lederløkke, som Rotor flux.
- På grund af samspillet mellem hovedflux og rotorstrømmen opleves en kraft af rotoren. Denne kraft forsøger at modsætte sig EMF-induktion i rotoren ved at justere rotorens position. Derfor vil vi opleve en bevægelse i skaftpositionen på dette tidspunkt.
- Nu fortsætter magnetfeltet med at ændre sig på grund af skiftende spænding, og styrken fortsætter med at justere rotorpositionen kontinuerligt uden stop.
- Så rotoren fortsætter med at rotere på grund af skiftende spænding, og dermed har vi mekanisk effekt på akslen eller rotorens akse.
Med det har vi set, hvordan vi på grund af elektromagnetisk induktion i rotoren har mekanisk effekt på akslen. Så navnet på denne opsætning kaldes Induktionsmotor.
Indtil nu er det, vi har diskuteret, arbejdsprincippet for induktionsmotor, men husk at både teori og praktisk er forskellige. Og til brug af induktionsmotor er der behov for en yderligere opsætning, som vi vil diskutere nedenfor.
Enfaset induktionsmotor
Induktionsmotoren, der fungerer på enfaset vekselstrøm, kaldes enfaset induktionsmotor.
Den ledning, der er tilgængelig for os i hjemmet, er 240V / 50Hz AC enfaset strømledning, og de induktionsmotorer, som vi bruger i vores daglige liv i vores hjem, kaldes enfasede induktionsmotorer.
For bedre at forstå arbejdsprincippet for enfaset induktionsmotor, lad os se på konstruktionen af enfaset induktionsmotor.
Her,
- Vi tager flere ledere og monterer dem på den frit roterende aksel som vist på figuren.
- Vi vil også kortslutte enderne af alle ledere med en metalring og derved skabe flere ledere, som vi har studeret tidligere.
- Denne rotoropsætning ligner et egernbur ved et nærmere kig, og derfor kaldes det et egernbur Induktionsmotor. Lad os her se på 3D-strukturen i egernburrotoren.
- Statoren, der blev anset for at være et komplet jernstykke, er faktisk en gruppe tynde jernplader stablet sammen. De er så tæt presset sammen, at der bogstaveligt talt ikke er nogen luft imellem dem. Vi bruger en stak jernplader i stedet for et enkelt jernstykke af samme grund, som vi bruger valsede jernplader i tilfælde af en strømtransformator, der skal reducere jerntab. Ved at bruge stablingsmetoden reducerer vi strømtabet betydeligt, samtidig med at vi holder præstationen den samme.
Arbejdet med denne opsætning svarer til den opsætning, der anvendes til at forklare induktionsmotorens funktionsprincip.
- For det første leverer vi vekselstrømsspændingen, og på grund af denne spænding strømmer strøm gennem statorviklingen, der er viklet på både øverste og nederste segment.
- På grund af strømmen genereres et magnetfelt på både top- og bundviklinger.
- Hovedparten af jernark fungerer som et kernemedium til at bære det magnetiske felt, der genereres af spolerne.
- Dette skiftende magnetfelt, der bæres af jernkernen, koncentreres ved det centrale luftgab på grund af det forsætlige strukturelle design.
- Nu da rotoren er placeret i dette luftspalte, oplever de kortsluttede ledere, der er fastgjort på rotoren, også dette skiftende felt.
- På grund af feltet induceres en strøm i rotorens ledere.
- Da strømmen passerer gennem rotorledere, genereres der også et magnetfelt omkring rotoren.
- Ved interaktionen mellem det genererede rotormagnetfelt og statormagnetfelt opleves en kraft af rotoren.
- Denne kraft bevæger rotoren langs aksen, og dermed får vi rotationsbevægelse.
- Da spændingen kontinuerligt ændrer sinusformet spænding, roterer rotoren også kontinuerligt langs sin akse. Dermed vil vi have en kontinuerlig mekanisk udgang til given enfaset indgangsspænding.
Selvom vi har antaget, vil rotoren automatisk rotere, efter at strømmen er givet til enfasemotoren, hvilket ikke er tilfældet. Da feltet genereret af en enkeltfaset induktionsmotor er et skiftende magnetfelt og ikke et roterende magnetfelt. Så i starten af motoren bliver rotoren låst på sin position, fordi den kraft, som den oplever på grund af bundspolen og topspolen, vil være af samme størrelse og modsat i retning. Så i starten er nettokraften, som rotoren oplever, nul. For at undgå dette vil vi bruge hjælpevikling til induktionsmotoren for at gøre den til en selvstartende motor. Denne hjælpevikling vil give det nødvendige felt for at få rotoren til at bevæge sig i starten. Eksemplet i denne sag er den elektriske ventilator, vi ser i vores daglige liv,som er en kondensatorstart og kører en induktionsmotor med hjælpevikling forbundet i serie med kondensatoren.
Tre-faset induktionsmotor
Induktionsmotoren, der fungerer på trefaset vekselstrøm, kaldes trefaset induktionsmotor. Normalt anvendes trefasede induktionsmotorer i industrier og er ikke egnede til hjemmeapplikationer.
Den ledning, der er tilgængelig for industrier, er 400V / 50Hz tre-faset vekselstrømsstrøm, og induktionsmotorer, der arbejder på denne forsyning i industrier, kaldes trefasede induktionsmotorer.
For bedre at forstå arbejdsprincippet for trefaset induktionsmotor, lad os se på konstruktionen af trefaset induktionsmotor.
Her,
- Fase A-vikling starter fra det øverste segment efterfulgt af det nederste segment som vist i figuren.
- Hvad angår de to ender af fase, er en vikling en forbundet til fase A-strømledning med trefaset strømforsyning, mens den anden ende er forbundet til den neutrale af de samme tre faser firelinjede strømforsyning. Dette er muligt, fordi vi i en trefaset strømforsyning med fire linjer har de første tre linjer, der bærer tre linjespændinger, mens den fjerde linje er neutral.
- De andre tofasede viklinger følger det samme mønster som fase A. I de to ender af fase B vikling er den ene forbundet til fase B-strømledningen i trefaset strømforsyning, mens den anden ende er forbundet til den neutrale af de samme tre faser fire-line strømforsyning.
- Rotorens struktur svarer til et egernbur og er den samme type rotor, som bruges i en enkeltfaset induktionsmotor.
Hvis vi nu leverer elektrisk kraft til statorens trefaseviklinger, begynder strømmen at strømme i alle tre viklinger. På grund af denne strømflow genereres et magnetfelt af spolerne, og dette felt flyder gennem mindre magnetisk modstandsvej tilvejebragt af den laminerede kerne. Her er motorens struktur designet således, at magnetfeltet, der bæres af kernen, koncentreres om luftspalten i midten, hvor rotoren er placeret. Så magnetfeltet koncentreret med kerne i centergabet påvirker lederne i rotoren og inducerer derved en strøm i dem.
I nærvær af lederstrøm genererer rotoren også et magnetfelt, der interagerer med statorfeltet til enhver tid. Og på grund af denne interaktion oplever rotoren en kraft, der fører til motorens rotation.
Her er magnetfeltet genereret af statoren af roterende type på grund af trefasekraft, i modsætning til den alternerende type, vi diskuterede i en enfaset motor. Og på grund af dette roterende magnetfelt begynder rotoren at rotere af sig selv, selv i fravær af et første skub. Dette gør trefasemotoren til en selvstartende type, og vi har ikke brug for hjælpevikling til denne type motor.