Inzicht in inductiemotortypen: Gids over hoe ze werken

Het hart van veel van de gigantische fabrieksapparatuur is een krachtig en betrouwbaar werkpaard: de inductiemotor. Dit is een type wisselstroommotor die beroemd is omdat hij eenvoudig, sterk en goedkoop te bouwen is. Hij werkt met behulp van een slimme natuurkundige truc die elektromagnetische inductie wordt genoemd. Dit artikel is voor jou als je je ooit hebt afgevraagd hoe deze motoren werken of wat de verschillende typen inductiemotoren zijn. Je leert de belangrijkste typen kennen en ziet waar ze elke dag worden gebruikt.

Wat is een inductiemotor en hoe werkt hij?

Een inductiemotor is een elektromotor die wisselstroom (AC) gebruikt om te draaien. Zijn belangrijkste taak is het omzetten van elektrische energie in mechanische energie, wat betekent dat hij elektriciteit omzet in beweging. De briljante uitvinder Nikola Tesla kwam op het idee voor dit type motor. Hij bestaat uit twee hoofdonderdelen: een stationair deel dat de stator wordt genoemd en een roterend deel dat de rotor wordt genoemd. Er is geen directe elektrische verbinding tussen de stator en de rotor.

De magie gebeurt door een principe dat elektromagnetische inductie heet. Wanneer je een wisselstroom door de wikkelingen van de stator laat lopen, creëer je een magnetisch veld dat ronddraait. Zie het als een ronddraaiende magneet. Dit draaiende veld gaat door de rotor en induceert op zijn beurt een stroom in de rotor. Deze geïnduceerde stroom creëert zijn eigen magnetische veld. De twee magnetische velden duwen en trekken aan elkaar, waardoor de rotor gaat draaien en mechanische energie wordt opgewekt. Zo werkt een inductiemotor zonder borstels of fysieke contacten met de rotor.

Wat zijn de twee hoofdtypen inductiemotoren?

Als we het hebben over de soorten inductie, verdelen we ze meestal in twee grote groepen. De groepering hangt af van het type wisselstroom dat ze gebruiken. De twee hoofdtypen zijn eenfase-inductiemotoren en driefasen-inductiemotoren.

Het grote verschil is de stroomvoorziening. Een eenfasemotor werkt op een eenfasige voeding, het soort stroom dat je thuis hebt. Een driefasen inductiemotor heeft een driefasige voeding nodig, wat gebruikelijk is in commerciële en industriële omgevingen. Dit verschil in stroomvoorziening verandert de manier waarop de inductiemotor is gebouwd en hoe hij presteert. Driefasenmotoren zijn over het algemeen krachtiger en efficiënter.

Laten we het hebben over monofasige inductiemotoren

Laten we nu eens kijken naar het eerste type. Eenfasige inductiemotoren zijn overal. Als je thuis een ventilator, een koelkast, een wasmachine of een kleine pomp hebt, dan heb je waarschijnlijk zo'n motor. Ze zijn populair omdat ze op standaard huishoudspanning kunnen werken. Dit maakt ze perfect voor alledaagse apparaten.

Een standaard enkelfasige inductiemotor start niet vanzelf. Dit betekent dat als je hem gewoon aansluit op een enkelfasige wisselstroomvoeding, de rotor alleen maar zoemt en trilt, maar niet gaat draaien. Hij heeft niet genoeg startkoppel, dat is de torsiekracht die nodig is om hem in beweging te krijgen. Om dit op te lossen, hebben ingenieurs slimme manieren bedacht om de motor een "duwtje" te geven om hem aan de gang te krijgen. Een wisselstroommotor van dit type heeft altijd een speciaal startcircuit nodig.

Hoe creëert een eenfasestator beweging?

Waarom start een eenfasemotor dan niet vanzelf? Omdat het magnetische veld dat wordt geproduceerd door zijn stator is geen roterend magnetisch veld. In plaats daarvan pulseert het statorveld. Het wordt sterk, dan zwak, dan weer sterk, maar het draait niet rond de stator. Dit pulserende veld kan een rotor Als hij eenmaal draait, beweegt hij al, maar hij kan hem niet vanuit stilstand starten.

Om dit op te lossen, moet de motor een manier hebben om een roterend veld te produceren, althans voor een moment. Dit wordt gedaan door een tweede wikkeling aan de stator toe te voegen, die startwikkeling wordt genoemd. De hoofdwikkeling levert het draaiende vermogen. De startwikkeling wordt alleen gebruikt om een tweede magnetisch veld te creëren dat uit de pas loopt met het eerste. Dit verschil creëert een zwak roterend veld, waardoor de motor het initiële koppel krijgt dat hij nodig heeft om te beginnen draaien.

Wat zijn de verschillende typen eenfasemotoren?

Omdat ze hulp nodig hebben bij het starten, zijn er een paar types eenfasemotoren. Elk type gebruikt een andere methode om het startkoppel te creëren. De meest voorkomende inductiemotoren zijn onder andere motoren met gesplitste fasen, motoren met condensatorstart en motoren met gearceerde polen.

Split-fase motoren zijn eenvoudig en goedkoop. Ze gebruiken een startwikkeling met andere eigenschappen dan de hoofdwikkeling om de faseverschuiving te creëren. Zodra de motor op snelheid is, ontkoppelt een schakelaar de startwikkeling. Condensator-startmotoren zijn een stapje verder. Ze gebruiken een condensator in het startcircuit. Deze condensator zorgt voor een veel betere faseverschuiving, waardoor de motor een zeer hoog startkoppel heeft. Ze zijn ideaal voor machines zoals een compressor die veel vermogen nodig hebben om op gang te komen. Ten slotte zijn gearceerde-poolmotoren heel eenvoudig en hebben ze een laag koppel. Ze gebruiken een kleine koperen ring op de stator om het tweede veld te creëren. Je vindt deze in kleine ventilatoren waar geen hoog vermogen nodig is.

Waarom zijn driefasen inductiemotoren zo krachtig?

Nu komen we bij de grote broer: de driefasen inductiemotor. Dit zijn de werkpaarden van de industrie. In mijn ervaring is dit de inductiemotor die je gebruikt als je betrouwbare en efficiënte stroom nodig hebt voor grote machines. Ze worden gebruikt voor alles van grote pompen en transportbanden tot fabrieksautomatisering.

Het geheim van hun kracht ligt in de driefasige wisselstroomvoeding. Dit type wisselstroom heeft drie afzonderlijke stromen die allemaal perfect getimed zijn. Wanneer je deze stroom naar de stator van een driefasenmotor voert, gebeurt er iets verbazingwekkends. De wikkelingen zijn zo verdeeld dat ze op natuurlijke wijze een echt roterend magnetisch veld creëren. Er is geen condensator of startwikkeling nodig. Dit maakt de driefasen inductiemotor zelfstartend, zeer efficiënt en in staat om een soepel en constant koppel te produceren. Het veld van de stator is sterk en draait rond vanaf het moment dat je stroom levert.

Wat zijn de twee soorten driefasenmotoren?

Zelfs binnen de wereld van draaistroommotoren zijn er twee hoofdontwerpen voor de rotor. Dit zijn de kooirotor en de sleepringmotor (ook wel gewikkelde rotormotor genoemd). De overgrote meerderheid van de inductiemotoren wordt veel gebruikt met het kooi-eekhoornontwerp omdat het zo eenvoudig en robuust is.

Een eekhoorn-kooi rotor is gemaakt van een cilinder van staal waar zware staven van koper of aluminium, rotorstaven genoemd, doorheen lopen. De staven zijn aan de uiteinden met elkaar verbonden. Het ziet eruit als een kooi voor een hamster of eekhoorn, vandaar de naam. Een slipringmotor is anders. De rotor heeft echte draadwikkelingen, net als de stator. Deze wikkelingen zijn verbonden met externe weerstanden via een sleepring en borstels. Deze opzet maakt controle over de snelheid en het koppel van de motor mogelijk, waardoor hij een zeer hoog startkoppel heeft voor speciale klussen. Een polyfasig inductiemotorontwerp zoals dit komt minder vaak voor, maar is erg nuttig voor bepaalde zware belastingen. Dit meerfasige ac-ontwerp is complex.

Hoe maak je een keuze tussen verschillende motoren en hun toepassingen?

De keuze van de juiste inductiemotor hangt af van de taak die hij moet uitvoeren. Voor de meeste huishoudelijke en licht commerciële toepassingen is een eenfasemotor de juiste keuze. Eenfasige inductiemotoren worden gebruikt in apparaten omdat ze kunnen draaien op standaard huishoudspanning. Als je een boormachine, een kleine luchtcompressor of een waterpomp in huis moet aandrijven, worden deze motoren gebruikt.

Voor zware taken in fabrieken zie je bijna altijd een driefasen inductiemotor. Driefasige inductiemotoren worden gebruikt omdat ze efficiënter zijn, een hogere vermogensfactor hebben en veel meer vermogen kunnen leveren. De keuze tussen een eekhoornkooi en sleepring model hangt af van het benodigde koppel. Voor de meeste toepassingen met een normaal startkoppel is de eekhoorn-kooi inductiemachine perfect. Voor zoiets als een grote kraan die met een zeer zware belasting moet starten, is de slipring asynchrone motor een betere keuze. De elektrische aansluiting voor een driefasenmotor is ook complexer. Deze AC-inductiemotor is een echt industrieel stuk gereedschap.

Welke rol spelen polen in een inductiemotor?

De polen in een inductiemotor verwijzen naar de magnetische polen die worden gecreëerd door de wikkelingen in de stator. Ze zijn er altijd in paren (2-polig, 4-polig, 6-polig, enz.). Het aantal polen is direct gerelateerd aan de snelheid van de motor. De snelheid van het magnetische veld van de stator wordt de synchrone snelheid genoemd.

Hier is een eenvoudige regel: hoe meer polen een inductiemotor heeft, hoe lager de synchrone snelheid. Een 2-polige motor die draait op 60 Hz vermogen zal een synchrone snelheid van 3600 omwentelingen per minuut (RPM) hebben. Een 4-polige motor op hetzelfde vermogen zal 1800 RPM draaien. De werkelijke snelheid van de rotor is altijd iets lager dan de synchrone snelheid. Dit verschil wordt "slip" genoemd en zorgt ervoor dat de motor stroom kan opwekken in de rotor en koppel kan produceren. Het veld dat door de stator wordt geproduceerd, bepaalt de topsnelheid.

Heeft een inductiemotor een goede vermogensfactor?

Laten we het tot slot hebben over de arbeidsfactor. Eenvoudig gezegd is de arbeidsfactor een maatstaf voor hoe efficiënt een elektromotor de opgenomen elektriciteit gebruikt. Een perfecte arbeidsfactor is 1,0. Inductiemotoren kunnen, vooral wanneer ze niet met volle belasting draaien, een slechte arbeidsfactor hebben. Dit betekent dat ze meer stroom trekken dan ze daadwerkelijk gebruiken om te werken.

Voor een huiseigenaar is dit geen groot probleem. Maar in commerciële en industriële toepassingen met honderden motoren kan een lage arbeidsfactor veel energie verspillen en de elektriciteitsrekening doen stijgen. Driefasige inductiemotoren hebben over het algemeen een betere arbeidsfactor dan eenfasige motoren. Moderne technologie, zoals variabele frequentieregelaars die gebruikmaken van vermogenselektronica, kunnen helpen om de motorsnelheid te regelen en de arbeidsfactor sterk te verbeteren, waardoor deze krachtige inductiemotor nog efficiënter wordt. Het belastingkoppel op de motor heeft een groot effect op de arbeidsfactor.