AC-elektromotoren: onderdelen, typen, bedrading en hoe ze werken

Hoe een AC-motor Werkt

Een AC-motor zet elektrische wisselstroomenergie om in mechanische rotatie-energie via het principe van elektromagnetische inductie. Wanneer AC-voedingsspanning wordt toegepast op de statorwikkelingen, genereert deze een roterend magnetisch veld (RMF). De snelheid waarmee dit veld roteert, wordt de synchrone snelheid , bepaald door de voedingsfrequentie en het aantal magnetische poolparen in de stator: Ns = 120f / P , waar f is de voedingsfrequentie in Hz en P is het aantal polen.

In een inductiemotor – het meest voorkomende type wisselstroommotor – snijdt het roterende magnetische veld door de rotorgeleiders en induceert daarin een stroom volgens de wet van Faraday. Die geïnduceerde stroom produceert zijn eigen magnetisch veld, en de interactie tussen het rotorveld en het roterende veld van de stator genereert een koppel dat de rotor aanzet tot draaien. De rotor draait altijd iets langzamer dan de synchrone snelheid; dit snelheidsverschil wordt genoemd uitglijden , doorgaans 2–8% bij standaard inductiemotoren. Zonder slip bestaat er geen relatieve beweging tussen de veld- en rotorgeleiders, wordt er geen stroom geïnduceerd en wordt er geen koppel geproduceerd.

Bij synchrone wisselstroommotoren wordt de rotor in plaats daarvan bekrachtigd door een gelijkstroomveld of wordt gebruik gemaakt van permanente magneten, waardoor deze wordt vergrendeld om met exact synchrone snelheid en zonder slip te roteren. Dit maakt synchrone motoren de voorkeurskeuze waar een nauwkeurige werking met constante snelheid van cruciaal belang is, zoals in klokmechanismen, bepaalde textielmachines en hoogefficiënte aandrijvingen met variabele snelheid.

Onderdelen van een wisselstroommotor

Het begrijpen van de interne architectuur van een AC-motor helpt bij het specificeren van de juiste eenheid, het diagnosticeren van fouten en het plannen van onderhoudsintervallen. De belangrijkste componenten zijn:

• Stator: Het stationaire buitensamenstel waarin de gelamineerde ijzeren kern en koperen wikkelingen zijn ondergebracht. De statorkern is opgebouwd uit dunne lamellen van siliciumstaal die op elkaar zijn gestapeld om wervelstroomverliezen te minimaliseren. De wikkelingen worden in sleuven in de kern gewikkeld en aangesloten op de wisselstroomvoeding.
• Rotor: Het roterende binnensamenstel gemonteerd op de uitgaande as. Bij inductiemotoren met eekhoornkooi bestaat de rotor uit aluminium of koperen geleiderstaven die aan elk uiteinde zijn kortgesloten door eindringen. Bij motoren met gewikkelde rotor draagt ​​de rotor driefasige wikkelingen die via sleepringen zijn verbonden met externe weerstanden.
• Uitgaande as: De massieve stalen as die mechanisch koppel overbrengt op de aangedreven last. Asdiameter en spiebaanafmetingen zijn gestandaardiseerd volgens IEC- of NEMA-framemaatspecificaties.
• Lagers: Meestal diepgroefkogellagers aan de aandrijfzijde (DE) en niet-aangedreven zijde (NDE). Lagers ondersteunen de radiale en axiale belastingen die worden uitgeoefend door de rotor en de aangedreven belasting, en zijn het meest voorkomende onderhoudsvervangingsitem.
• Eindschilden (eindbellen): Gietijzeren of aluminium behuizingen die elk uiteinde van het motorframe afdekken, de lagers op hun plaats houden en de interne constructie omsluiten.
• Ventilator en ventilatorkap: De meeste AC-motoren zijn van het TEFC-ontwerp (Totally Enclosed Fan Cooled), met een externe koelventilator gemonteerd op de asverlenging aan het niet-aangedreven uiteinde, omsloten door een ventilatordeksel van geperst staal. De ventilator zuigt omgevingslucht over de vinnen van het motorframe om de warmte af te voeren.
• Klemmenkast (aansluitdoos): Een weerbestendige behuizing op het motorframe die de wikkelingsaansluitklemmen bevat (doorgaans aangeduid met U1, V1, W1, U2, V2, W2 volgens IEC-conventie). Hier worden voedingskabels en eventuele ster-/driehoekconfiguratieverbindingen aangesloten.
• Kader: Het buitenste structurele lichaam, meestal geribbeld gietijzer of een aluminiumlegering, dat mechanische ondersteuning biedt, fungeert als koellichaam en draagt de montagevoeten of flens voor installatie.

Extra componenten die aanwezig zijn in specifieke motortypen zijn onder meer: uitglijden rings and brushes (inductiemotoren met gewikkelde rotor), centrifugale startschakelaars (eenfasige condensatorstartmotoren), en condensatoren (eenfasige run-condensator en condensator-start/run-ontwerpen).

Soorten AC-elektromotoren

Wisselstroommotoren kunnen worden onderverdeeld in twee primaire families: inductie (asynchroon) en synchroon, elk met verschillende subtypes die zijn geoptimaliseerd voor verschillende bedrijfsvereisten.

Voor de meeste industriële toepassingen is de driefasige inductiemotor met kooianker blijft de standaardkeuze. Er zijn geen borstels, sleepringen of externe bekrachtiging nodig, waardoor het de onderhoudsarme en meest kosteneffectieve optie is voor belastingen met een constant toerental. Aandrijvingen met variabele frequentie (VFD's) hebben de bruikbaarheid ervan uitgebreid naar toepassingen met variabele snelheid waarvoor voorheen gelijkstroom- of gewikkelde rotormotoren nodig waren.

Basisprincipes van het bedradingsschema van de wisselstroommotor

Het correct bedraden van een AC-motor is essentieel voor een veilige werking en het bereiken van de juiste koppel- en snelheidskarakteristieken. De configuratie van de klemmenkast varieert afhankelijk van het motortype en de voedingsspanning, maar het volgende behandelt de meest voorkomende scenario's.

Driefasige dubbelspanningsmotoren (ster/driehoek)

De meeste driefasige inductiemotoren zijn gewikkeld voor twee spanningsniveaus - gewoonlijk 230V/400V of 400V/690V - en de aansluitkast bevat zes kabels met de aanduiding U1, V1, W1 (wikkelbegin) en U2, V2, W2 (wikkeluiteinden). De voedingsspanning bepaalt de aansluiting:

• Ster (Y) aansluiting — hogere spanning: Verbind U2, V2 en W2 met elkaar om het neutrale sterpunt te vormen. Sluit de driefasige voeding aan op U1, V1, W1. Elke wikkeling ziet fase-naar-neutrale spanning. Wordt gebruikt wanneer de voedingsspanning overeenkomt met de hogere nominale spanning van de motor (bijvoorbeeld 400 V-voeding op een 230/400 V-motor).
• Delta (Δ) aansluiting — lagere spanning: Verbind U1 met W2, V1 met U2, W1 met V2 en vorm een gesloten lus. Sluit de driefasige voeding aan op elk paar aangesloten klemmen. Elke wikkeling ziet de volledige lijn-tot-lijnspanning. Wordt gebruikt wanneer de voedingsspanning overeenkomt met de lagere nominale spanning van de motor (bijvoorbeeld 230V-voeding op een 230/400V-motor).

Star-Delta-start is een gebruikelijke softstartmethode voor grote motoren: de motor start in ster (verminderde spanning over elke wikkeling = lagere startstroom, doorgaans 1/3 van de direct-on-line inschakelstroom), en schakelt vervolgens over naar delta zodra hij de volledige snelheid nadert. Dit vermindert de verstoring van de toevoer, maar vermindert ook het startkoppel met dezelfde factor 1/3, waardoor het alleen geschikt is voor starttoepassingen met lage belasting.

Eenfasige motorbedrading

Eenfasige AC-motoren hebben een hulpstartcircuit nodig omdat een enkelfasige voeding alleen geen roterend magnetisch veld kan produceren. De terminalopstelling omvat doorgaans:

• Hoofdwikkelklemmen (M): Rechtstreeks verbonden via lijn en neutraal.
• Begin met het opwikkelen van klemmen (S): Parallel geschakeld met de hoofdwikkeling maar in serie met de startcondensator. De condensator creëert een faseverschuiving (ongeveer 90°) tussen de hoofd- en hulpwikkelingsstromen, waardoor een roterend veld ontstaat dat sterk genoeg is om een ​​startkoppel te ontwikkelen.
• Centrifugaalschakelaar of PTC-relais: Ontkoppelt de startwikkeling zodra de motor ongeveer 75-80% van de synchrone snelheid bereikt. Het falen van deze schakelaar (open blijven (motor start niet) of gesloten blijven (beginwikkeling raakt oververhit en brandt uit)) is een van de meest voorkomende enkelfasige motorfouten.

Omkering van motorrotatie

Om de draairichting van een driefasige motor om te keren, moeten twee van de drie voedingsfasen op de motorklemmen worden omgewisseld, bijvoorbeeld door de aansluitingen op U1 en V1 te verwisselen. Dit keert de richting van het roterende magnetische veld om en daarmee de rotor. Bij eenfasige motoren wordt de omkering bereikt door de aansluitingen van de startwikkeling te verwisselen ten opzichte van de hoofdwikkeling; sommige motoren zijn hiervoor voorzien van speciale klemmarkeringen, terwijl andere een interne heraansluiting vereisen.

Aarding en overbelastingsbeveiliging

Elke AC-motorinstallatie moet een aardaansluiting (PE). verbonden met het motorframe, aangesloten op de voedingsaarde in de klemmenkast. Bovendien een correct beoordeelde thermisch overbelastingsrelais Er moet een elektronisch motorbeveiligingsrelais in het voedingscircuit worden geïnstalleerd, ingesteld op de vollaststroom (FLC) van de motor. Overbelastingsbeveiliging is de primaire verdediging tegen de meest voorkomende motorstoringsmodi: langdurige overstroom als gevolg van mechanische overbelasting, eenfasering of beperkte ventilatie waardoor de temperatuur van de wikkelingen boven de limiet van de isolatieklasse komt.