Induktionsmotorns arbetsprincip

Induktionsmotorn är en växelströmsmaskin som omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi. Induktionsmotor används i stor utsträckning i olika applikationer från grundläggande hushållsapparater till tunga industrier. Maskinen har så många applikationer som är svåra att räkna och du kan föreställa dig skalan genom att veta att nästan 30% av den el som genereras globalt förbrukas av själva induktionsmotorerna. Denna fantastiska maskin uppfanns av den stora forskaren Nikola Tesla och denna uppfinning har permanent förändrat den mänskliga civilisationens gång.

Här är några tillämpningar av enfas- och trefasinduktionsmotorer som vi kan hitta i det dagliga livet.

Tillämpningar av enfasinduktionsmotorer:

• Elfläktar i hemmet
• Borrmaskiner
• Pumps
• Kvarnar
• Leksaker
• Dammsugare
• Avgasfläktar
• Kompressorer och elektriska rakapparater

Tillämpningar av trefasinduktionsmotorer:

• Småskaliga, medelstora och storskaliga industrier.
• Hissar
• Kranar
• Kör svarv maskiner
• Oljeutvinningsverk
• Robotarmar
• Transportbandssystem
• Tunga krossar

De induktionsmotorer finns i många storlekar och former som har relativa funktioner och elektriska betyg. De varierar från några centimeter till några meter i storlek och har en effekt från 0,5 hk till 10000 hk. Användaren kan välja den lämpligaste från havet av modeller för att möta hans / hennes efterfrågan.

Vi har redan diskuterat Motors grundläggande funktion och dess funktion i den föregående artikeln. Här kommer vi att diskutera induktionsmotorns konstruktion och arbete i detalj.

Arbetsprincip för induktionsmotor

För att förstå arbetsprincipen för en induktionsmotor, låt oss överväga en enkel installation först som visas i figuren.

Här,

• Två järn- eller ferritkärnor av samma storlek tas och hängs upp i luften på avstånd.
• En emaljerad koppartråd lindas på den övre kärnan följt av den nedre och två ändar tas till ena sidan som visas i figuren.
• Kärnan fungerar här som ett medium för att bära och koncentrera det magnetiska flödet som alstras av spolen under drift.

Nu, om vi ansluter en växelspänningskälla i kopparnas båda ändar, kommer vi att ha något som nedan.

Under den positiva cykeln av växelström:

Här under den första halvcykeln går den positiva spänningen vid punkten A gradvis från noll till maximum och återgår sedan till noll. Under denna period kan strömflödet i lindningen representeras som.

Här,

• Under växelströmskällans positiva cykel ökar strömmen i båda lindningarna gradvis från noll till max och går sedan gradvis tillbaka från max till noll. Detta beror på att enligt Ohms lag är strömmen i en ledare direkt proportionell mot anslutningsspänningen, och vi diskuterade det många gånger i tidigare artiklar.
• Lindningarna lindas på ett sätt som strömmen i båda lindningarna flyter i samma riktning, och vi kan se detsamma representerade i diagrammet.

Låt oss nu komma ihåg en lag som heter Lenzs lag som vi studerade tidigare innan vi fortsatte. Enligt Lenzs lag, " En ledare som bär en ström genererar en magnet fylld runt ytan",

och om vi tillämpar denna lag i ovanstående exempel, genereras ett magnetfält av varje slinga i båda spolarna. Om vi ​​lägger till magnetiskt flöde som genereras av hela spolen, kommer det att få ett stort värde. Hela flödet kommer att visas på järnkärnan när spolen lindades på kärnkroppen.

För enkelhets skull, om vi drar de magnetiska flödeslinjerna koncentrerade till järnkärnan i båda ändar, kommer vi att ha något som nedan.

Här kan du se de magnetiska linjerna koncentreras till järnkärnorna och dess rörelse genom luftspalten.

Denna flödesintensitet är direkt proportionell mot strömmen som strömmar i spolar lindade på båda järnkropparna. Så under den positiva halvcykeln går flödet från noll till maximalt och tonas sedan ner från maximalt till noll. När den positiva cykeln slutförts når fältintensiteten vid luftspalten också noll och efter detta kommer vi att ha en negativ cykel.

Under den negativa cykeln av växelström:

Under denna negativa cykel av sinusformad spänning kommer den positiva spänningen vid punkt 'B' gradvis att gå från noll till maximum och sedan återgå till noll. Som vanligt, på grund av denna spänning, kommer det att finnas ett strömflöde och vi kan se riktningen för detta strömflöde i lindningarna i figuren nedan.

Eftersom strömmen är linjärt proportionell mot spänningen ökar dess storlek i båda lindningarna gradvis från noll till max och går sedan ner från max till noll.

Om vi ​​överväger Lenzs lag, kommer ett magnetfält att dyka upp runt spolarna på grund av strömflödet som liknar det fall som studerats i den positiva cykeln. Detta fält kommer att koncentreras i mitten av ferritkärnor som visas i figuren. Eftersom flödesintensiteten är direkt proportionell mot strömmen som strömmar i spolar lindade på båda järnkropparna, kommer detta flöde också att gå från noll till maximalt och sedan tonas ner från maximalt till noll efter strömens storlek. Även om detta liknar en positiv cykel, finns det en skillnad och det är riktningen för magnetfältlinjerna. Du kan se denna skillnad i flödesriktning på diagram.

Efter hans negativa cykel kommer en positiv cykel följt av en annan negativ cykel och det fortsätter så tills AC sinusformad spänning avlägsnas. Och på grund av denna utbytbara spänningscykel förändras magnetfältet i mitten på järnkärnor i både storlek och riktning.

Sammanfattningsvis genom att använda denna inställning,

• Vi har utvecklat ett magnetfältkoncentrerat område i mitten av järnkärnorna.
• Magnetfältintensiteten vid luftspalten förändras både i storlek och riktning.
• Fältet följer sinusformad spänningsvågform.

Faradays lag om elektromagnetisk induktion

Denna inställning som vi har diskuterat hittills är bäst lämpad för att förverkliga Faradays lag om elektromagnetisk induktion. Detta beror på att ett ständigt föränderligt magnetfält är det mest grundläggande och viktigaste kravet för elektromagnetisk induktion.

Vi studerar denna lag här för att induktionsmotorer fungerar på principen i Faradays lag om elektromagnetisk induktion.

För att studera fenomenet elektromagnetisk induktion, låt oss överväga installationen nedan.

• En ledare tas och formas till en fyrkant med båda ändar kortslutna.
• En metallstav är fixerad i mitten av ledarplatsen som fungerar som inställningsaxeln.
• Nu kan ledar kvadrat rotera fritt längs axeln och kallas en rotor.
• Rotorn är placerad i mitten av luftspalten så att ledarslingan kan uppleva det maximala fält som genereras av rotorspolarna.

Vi vet enligt Faradays lag om elektromagnetisk induktion, ' när ett varierande magnetfält skär en metalledare, då induceras en EMF eller spänning i ledaren' .

Låt oss nu tillämpa denna lag för att förstå hur en induktionsmotor fungerar:

• Enligt denna lag om elektromagnetisk induktion bör en EMF induceras i rotorledaren placerad i mitten på grund av det förändrade magnetfältet som upplevs av den.
• På grund av att denna inducerade EMF och ledare är kortslutningsström flyter en ström i hela slingan som visas i figuren.
• Här kommer nyckeln till bearbetning av induktionsmotor. Vi vet enligt Lenzs lag att en strömförande ledare genererar ett magnetfält runt den vars intensitet är proportionell mot strömens storlek.
• Eftersom lagen är universell måste rotorns ledarslinga också generera ett magnetfält eftersom strömmen strömmar genom den på grund av elektromagnetisk induktion.
• Om vi ​​kallar magnetfältet som genereras av statorlindningar och järnkärninställningar som huvudflöde eller statorflöde. Då kan vi kalla magnetfältet som genereras av rotorns ledarslinga som rotorflöde.
• På grund av samspelet mellan huvudflödet och rotorflödet upplever en kraft av rotorn. Denna kraft försöker motverka EMF-induktionen i rotorn genom att justera rotorns läge. Därför kommer vi att uppleva en rörelse i axelpositionen just nu.
• Nu fortsätter magnetfältet att förändras på grund av växelspänningen, och kraften fortsätter också att justera rotorpositionen kontinuerligt utan stopp.
• Så rotorn fortsätter att rotera på grund av växelspänning och därmed har vi mekanisk effekt vid axeln eller rotorns axel.

Med det har vi sett hur vi på grund av elektromagnetisk induktion i rotorn har mekanisk effekt vid axeln. Så namnet som ges för denna inställning kallas Induktionsmotor.

Hittills har vi diskuterat arbetsprincipen för induktionsmotor men kom ihåg att både teori och praktiska är olika. Och för att arbeta med induktionsmotor behövs en ytterligare installation som vi kommer att diskutera nedan.

Enfasinduktionsmotor

Induktionsmotorn som fungerar på enfas växelström kallas enfasinduktionsmotor.

Kraftledningen som är tillgänglig för oss hemma är 240V / 50Hz AC enfas kraftledning och induktionsmotorerna som vi använder i vårt dagliga liv i våra hem kallas enfasinduktionsmotorer.

För att bättre förstå arbetsprincipen för enfasinduktionsmotor, låt oss titta på konstruktionen av enfasinduktionsmotor.

Här,

• Vi tar flera ledare och monterar dem på den fritt roterande axeln som visas i figuren.
• Vi kommer också att kortsluta ändarna på alla ledare med en metallring och därigenom skapa flera ledarslingor som vi har studerat tidigare.
• Denna rotorinställning ser ut som en ekorrbur när man tittar närmare och kallas därför en ekorrburinduktionsmotor. Låt oss titta på 3D-strukturen för ekorrburrotor.

• Statorn som ansågs vara ett komplett järnstycke är faktiskt en grupp tunna järnskivor staplade ihop. De är så tätt sammanpressade att det bokstavligen inte kommer någon luft mellan dem. Vi använder en stapel järnskivor istället för ett enda järnstycke av samma anledning som vi använder rullade järnplattor när det gäller en transformator som ska minska järnförlusterna. Genom att använda staplingsmetoden kommer vi att minska strömförlusten avsevärt samtidigt som vi håller samma prestanda.

Arbetet med denna inställning liknar den inställning som används för att förklara induktionsmotorns arbetsprincip.

• Först kommer vi att tillhandahålla växelspänningen och på grund av denna spänning strömmar ström genom statorlindning lindad på både övre och nedre segment.
• På grund av strömmen genereras ett magnetfält på både topp- och bottenlindningar.
• Huvuddelen av järnark fungerar som ett kärnmedium för att bära magnetfältet som genereras av spolarna.
• Detta alternerande magnetfält som bärs av järnkärnan koncentreras i det centrala luftspalten på grund av den avsiktliga strukturella designen.
• Eftersom rotorn är placerad i detta luftspalt upplever de kortslutna ledarna som är fixerade på rotorn också detta växlande fält.
• På grund av fältet induceras en ström i rotorns ledare.
• Eftersom strömmen passerar genom rotorledarna genereras också ett magnetfält runt rotorn.
• Vid interaktionen mellan det genererade rotormagnetfältet och statormagnetfältet upplever en kraft av rotorn.
• Denna kraft förflyttar rotorn längs axeln och därmed kommer vi att ha rotationsrörelse.
• Eftersom spänningen kontinuerligt förändras sinusformad spänning roterar rotorn också kontinuerligt längs sin axel. Därigenom kommer vi att ha en kontinuerlig mekanisk utgång för given enfas ingångsspänning.

Även om vi antar att rotorn kommer att rotera automatiskt efter att strömmen ges till enfasmotorn är det inte fallet. Eftersom fältet som genereras av en enfasinduktionsmotor är ett alternerande magnetfält och inte ett roterande magnetfält. Så i början av motorn låses rotorn på sitt läge eftersom den kraft som den upplever på grund av den nedre spolen och den övre spolen kommer att ha samma storlek och motsatt riktning. Så i början är den nettokraft som rotorn upplever noll. För att undvika detta kommer vi att använda hjälplindning för induktionsmotorn för att göra den till en självstartande motor. Denna hjälplindning ger det nödvändiga fältet för att rotorn ska kunna röra sig i början. Exemplet för detta fall är den elektriska fläkten vi ser i vårt dagliga liv,som är en kondensatorstart och driver en induktionsmotor med hjälplindning kopplad i serie med kondensatorn.

Trefas induktionsmotor

Induktionsmotorn som arbetar med trefas växelström kallas trefasinduktionsmotor. Vanligtvis används trefasinduktionsmotorer i industrier och är inte lämpliga för hemapplikationer.

Kraftledningen som är tillgänglig för industrier är 400V / 50Hz trefas växelströmsström och induktionsmotorerna som arbetar med denna försörjning i industrier kallas trefasinduktionsmotorer.

För att bättre förstå arbetsprincipen för trefasinduktionsmotor, låt oss titta på konstruktionen av trefasinduktionsmotor.

Här,

• Fas A-lindning börjar från det övre segmentet följt av det nedre segmentet som visas i figuren.
• När det gäller de två ändarna av fas är A-lindning ansluten till fas A-kraftledning med trefasströmförsörjning medan den andra änden är ansluten till neutralen i samma trefas fyrlinjiga strömförsörjning. Detta är möjligt eftersom vi i en trefas fyrlinjig strömförsörjning har de första tre linjerna som bär tre linjespänningar medan den fjärde linjen är neutral.
• De andra tvåfaslindningarna följer samma mönster som fas A. I de båda ändarna av fas B-lindning är en ansluten till fas B-kraftledningen för trefasströmförsörjning medan den andra änden är ansluten till neutralen i samma tre faser fyrlinjig strömförsörjning.
• Rotorns struktur liknar en ekorrbur och är av samma typ av rotor som används i en enfasinduktionsmotor.

Om vi ​​nu tillhandahåller elkraften till trefaslindningarna på statorn börjar strömmen strömma i alla tre lindningarna. På grund av detta strömflöde genereras ett magnetfält av spolarna och detta fält kommer att strömma genom mindre magnetisk resistivitetsväg som tillhandahålls av den laminerade kärnan. Här är motorns konstruktion så utformad att magnetfältet som bärs av kärnan koncentreras till luftspalten i mitten där rotorn är placerad. Så magnetfältet koncentrerat av kärnan vid mittgapet påverkar ledarna i rotorn och inducerar därmed en ström i dem.

I närvaro av ledarström genererar rotorn också ett magnetfält som interagerar med statorfältet vid varje given tidpunkt. Och på grund av denna interaktion upplever rotorn en kraft som leder till motorns rotation.

Här är magnetfältet som genereras av statorn av roterande typ på grund av trefaseffekt, till skillnad från den alternerande typen som vi diskuterade i en enfasmotor. Och på grund av detta roterande magnetfält börjar rotorn rotera av sig själv även i frånvaro av ett första tryck. Detta gör trefasmotorn till en självstartande typ och vi behöver ingen extra lindning för den här typen av motor.