Induksjonsmotor arbeidsprinsipp

Induksjonsmotoren er en elektrisk AC-maskin som konverterer elektrisk energi til mekanisk energi. Induksjonsmotor brukes mye i forskjellige applikasjoner fra grunnleggende husholdningsapparater til tung industri. Maskinen har så mange applikasjoner som er vanskelig å telle, og du kan forestille deg skalaen ved å vite at nesten 30% av den elektriske kraften som genereres globalt blir forbrukt av induksjonsmotorer selv. Denne fantastiske maskinen er oppfunnet av den store forskeren Nikola Tesla, og denne oppfinnelsen har endret løpet av den menneskelige sivilisasjonen permanent.

Her er få bruksområder for enfasede og trefasede induksjonsmotorer som vi kan finne i det daglige.

Anvendelser av enfasede induksjonsmotorer:

• Elektriske vifter i hjemmet
• Boremaskiner
• Pumper
• Kverner
• Leker
• Støvsuger
• Eksosvifter
• Kompressorer og elektriske barbermaskiner

Anvendelser av trefasede induksjonsmotorer:

• Småskala, mellomstor og storskala industri.
• Heiser
• Kraner
• Kjører dreiebenk maskiner
• Oljeutvinningsfabrikker
• Robotarme
• Transportbåndsystem
• Tunge knusere

De induksjonsmotorer kommer i mange størrelser og former med relative funksjoner og elektriske karakterer. De varierer fra få centimeter til noen få meter i størrelse og har en effektvurdering fra 0,5 hk til 10000 hk. Brukeren kan velge den mest passende fra havet av modeller for å imøtekomme hans / hennes krav.

Vi har allerede diskutert Fundamentals of Motors og dets arbeid i forrige artikkel. Her vil vi diskutere induksjonsmotorens konstruksjon og arbeid i detalj.

Arbeidsprinsipp for induksjonsmotor

For å forstå arbeidsprinsippet til en induksjonsmotor, la oss først vurdere et enkelt oppsett som vist på figuren.

Her,

• To jern- eller ferrittkjerner av samme størrelse tas og henges opp i luften på avstand.
• En emaljert kobbertråd blir såret på den øvre kjernen etterfulgt av den nederste og to ender blir ført til den ene siden som vist på figuren.
• Kjernen fungerer her som et medium for å bære og konsentrere den magnetiske fluksen som genereres av spolen under drift.

Nå, hvis vi kobler til en vekselstrømskilde i kobberens to ender, vil vi ha noe sånt som nedenfor.

Under den positive syklusen av vekselstrøm:

Her i løpet av den første halvsyklusen vil den positive spenningen ved punktet 'A' gradvis gå fra null til maksimum og deretter komme tilbake til null. I løpet av denne perioden kan strømmen i viklingen vises som.

Her,

• Under den positive syklusen til vekselstrømskilden øker strømmen i begge viklingene gradvis fra null til maksimum og går deretter gradvis tilbake fra maksimum til null. Dette er i henhold til Ohms lov, at strømmen i en leder er direkte proporsjonal med terminalspenningen, og vi diskuterte det mange ganger i tidligere artikler.
• Viklingene er viklet opp på en slik måte at strømmen i begge viklingene strømmer i samme retning, og vi kan se den samme representert i diagrammet.

La oss nå huske en lov som heter Lenzs lov vi studerte tidligere før vi gikk videre. I følge Lenzs lov, ' En leder som bærer en strøm, vil generere en magnet fylt rundt overflaten',

og hvis vi anvender denne loven i eksemplet ovenfor, vil et magnetfelt bli generert av hver sløyfe i begge spolene. Hvis vi legger til magnetisk strømning generert av hele spolen, vil den få en betydelig verdi. Hele fluksen vil vises på jernkjernen når spolen ble viklet på kjernekroppen.

For enkelhets skyld, hvis vi tegner magnetiske flukselinjer konsentrert om jernkjernen i begge ender, vil vi ha noe sånt som nedenfor.

Her kan du se magnetiske linjer blir konsentrert om jernkjernene og dens bevegelse gjennom luftspalten.

Denne strømningsintensiteten er direkte proporsjonal med strømmen som strømmer i spoler viklet på begge jernlegemene. Så i løpet av den positive halvsyklusen går strømmen fra null til maksimum og deretter tonet ned fra maksimum til null. Når den positive syklusen har fullført, når feltintensiteten i luftspalten også null, og etter dette vil vi ha en negativ syklus.

Under den negative syklusen av vekselstrøm:

I løpet av denne negative syklusen av sinusformet spenning vil den positive spenningen ved punkt 'B' gradvis gå fra null til maksimum og deretter komme tilbake til null. Som vanlig vil det på grunn av denne spenningen være en strømstrøm, og vi kan se retningen til denne strømmen i viklingene i figuren nedenfor.

Siden strømmen er lineært proporsjonal med spenningen, øker størrelsen i begge viklingene gradvis fra null til maksimum og går deretter ned fra maksimum til null.

Hvis vi vurderer Lenzs lov, vil det vises et magnetfelt rundt spolene på grunn av strømmen som ligner på tilfellet studert i den positive syklusen. Dette feltet blir konsentrert i sentrum av ferrittkjerner som vist i figuren. Siden strømningsintensiteten er direkte proporsjonal med strømmen som strømmer i spoler viklet på begge jernlegemene, vil denne strømmen også gå fra null til maksimum og deretter tonet ned fra maksimum til null etter størrelsen på strømmen. Selv om dette ligner på en positiv syklus, er det en forskjell, og det er retningen til magnetfeltlinjene. Du kan se denne forskjellen i strømningsretning på diagrammer.

Etter hans negative syklus kommer en positiv syklus etterfulgt av en annen negativ syklus, og det fortsetter slik til AC sinusformet spenning er fjernet. Og på grunn av denne vekslende spenningssyklusen, fortsetter magnetfeltet i sentrum på jernkjerner å endres både i størrelse og retning.

Avslutningsvis ved å bruke dette oppsettet,

• Vi har utviklet et magnetfeltkonsentrert område i midten av jernkjernene.
• Magnetfeltintensiteten ved luftspalten endrer seg både i størrelse og retning.
• Feltet følger AC sinusformet spenningsbølgeform.

Faradays lov om elektromagnetisk induksjon

Dette oppsettet vi har diskutert til nå, er best egnet til å realisere Faradays lov om elektromagnetisk induksjon. Dette er fordi et stadig skiftende magnetfelt er det mest grunnleggende og viktigste kravet til elektromagnetisk induksjon.

Vi studerer denne loven her fordi induksjonsmotor fungerer på prinsippet om Faradays lov om elektromagnetisk induksjon.

Nå for å studere fenomenet elektromagnetisk induksjon, la oss vurdere oppsettet nedenfor.

• En leder blir tatt og formet den til et firkant med begge ender kortsluttet.
• En metallstang er fiksert i midten av lederkvadratet som fungerer som aksen til oppsettet.
• Nå kan leder kvadrat rotere fritt langs aksen og kalles en rotor.
• Rotoren er plassert i midten av luftspalten slik at lederløkken kan oppleve det maksimale feltet som genereres av rotorspolene.

Vi vet i henhold til Faradays lov om elektromagnetisk induksjon, ' når et varierende magnetfelt kutter en metalleder, så blir en EMF eller spenning indusert i lederen' .

La oss nå bruke denne loven for å forstå hvordan en induksjonsmotor fungerer:

• I henhold til denne loven om elektromagnetisk induksjon, bør en EMF bli indusert i rotorlederen plassert i sentrum på grunn av det skiftende magnetfeltet som oppleves av den.
• På grunn av at denne induserte EMF og leder er kortsluttet, strømmer strømmen i hele sløyfen som vist på figuren.
• Her kommer nøkkelen til bearbeiding av induksjonsmotor. Vi vet at i henhold til Lenzs lov genererer en strømbærende leder et magnetfelt rundt den hvis intensitet er proporsjonal med størrelsen på strømmen.
• Siden loven er universell, må rotorens lederløkke også generere et magnetfelt fordi strømmen strømmer gjennom den på grunn av elektromagnetisk induksjon.
• Hvis vi kaller magnetfeltet generert av statorviklinger og jernkjerneoppsett som hovedstrøm eller statorstrøm. Så kan vi kalle magnetfeltet som genereres av rotorens ledersløyfe som rotorfluks.
• På grunn av samspillet mellom hovedstrømmen og rotorfluksen opplever en kraft av rotoren. Denne kraften prøver å motsette seg EMF-induksjonen i rotoren ved å justere rotorens posisjon. Derfor vil vi oppleve en bevegelse i akselposisjonen på dette tidspunktet.
• Nå fortsetter magnetfeltet å endres på grunn av vekselspenning, og styrken fortsetter også å justere rotorposisjonen kontinuerlig uten stopp.
• Så rotoren fortsetter å rotere på grunn av vekselstrøm, og dermed har vi mekanisk effekt på akselen eller rotorens akse.

Med det har vi sett hvordan vi på grunn av elektromagnetisk induksjon i rotoren har mekanisk effekt på akselen. Så navnet som gis for dette oppsettet kalles Induksjonsmotor.

Inntil nå har vi diskutert arbeidsprinsippet til induksjonsmotor, men husk at både teori og praktisk er forskjellige. Og for å jobbe med induksjonsmotor er det nødvendig med et ekstra oppsett som vi vil diskutere nedenfor.

Enfaset induksjonsmotor

Induksjonsmotoren som fungerer på enfaset vekselstrøm kalles enfaset induksjonsmotor.

Kraftledningen som er tilgjengelig for oss hjemme er 240V / 50Hz AC enfaset kraftlinje, og induksjonsmotorene som vi bruker i vårt daglige liv i hjemmene våre, kalles enfaset induksjonsmotorer.

For bedre forståelse av arbeidsprinsippet til enfaset induksjonsmotor, la oss se på konstruksjonen av enfaset induksjonsmotor.

Her,

• Vi tar flere ledere og monterer dem på den fritt roterende akselen som vist på figuren.
• Vi vil også kortslutte endene på alle ledere med en metallring og derved skape flere ledersløkker som vi har studert tidligere.
• Dette rotoroppsettet ser ut som et ekornbur ved en nærmere titt, og derfor kalles det et ekorn bur induksjonsmotor. La oss ta en titt på 3D-strukturen til ekornburrotoren.

• Statoren som ble ansett for å være et komplett jernstykke er faktisk en gruppe tynne jernplater stablet sammen. De er så tett presset sammen at det bokstavelig talt ikke kommer luft mellom dem. Vi bruker en bunke med jernplater i stedet for et enkelt jernstykke av samme grunn som vi bruker valsede jernplater i tilfelle av en transformator som skal redusere jerntap. Ved å bruke stablingsmetoden vil vi redusere strømtapet betraktelig, mens vi holder ytelsen den samme.

Arbeidet med dette oppsettet ligner oppsettet som ble brukt til å forklare arbeidsprinsippet til induksjonsmotoren.

• Først vil vi gi vekselspenningen, og på grunn av denne spenningen strømmer strøm gjennom statorviklingen viklet på både topp- og bunnsegment.
• På grunn av strømmen genereres et magnetfelt på både topp- og bunnviklinger.
• Hovedtyngden av jernark fungerer som et kjernemedium for å bære magnetfeltet som genereres av spolene.
• Dette vekslende magnetfeltet som bæres av jernkjernen blir konsentrert i det sentrale luftspalten på grunn av den tilsiktede strukturelle utformingen.
• Siden rotoren er plassert i denne luftspalten, opplever også de kortsluttede lederne festet på rotoren dette vekslende felt.
• På grunn av feltet blir en strøm indusert i rotorens ledere.
• Siden strømmen går gjennom rotorlederne, vil et magnetfelt også bli generert rundt rotoren.
• Ved interaksjonen mellom det genererte rotormagnetfeltet og statormagnetfeltet, opplever en kraft av rotoren.
• Denne kraften beveger rotoren langs aksen, og dermed vil vi ha rotasjonsbevegelse.
• Siden spenningen kontinuerlig endrer sinusformet spenning, roterer rotoren også kontinuerlig langs sin akse. Dermed vil vi ha en kontinuerlig mekanisk utgang for gitt enfaset inngangsspenning.

Selv om vi antar at rotoren vil rotere automatisk etter at kraften er gitt til enfasemotoren, noe som ikke er tilfelle. Siden feltet generert av en enfaset induksjonsmotor er et vekslende magnetfelt og ikke et roterende magnetfelt. Så i begynnelsen av motoren blir rotoren låst på sin posisjon fordi kraften den opplever på grunn av bunnspolen og toppspolen vil være av samme størrelse og motsatt i retning. Så i starten er nettokraften som rotoren opplever null. For å unngå dette vil vi bruke hjelpevikling for induksjonsmotoren for å gjøre den til en selvstartende motor. Denne hjelpeviklingen vil gi det nødvendige feltet for å få rotoren til å bevege seg i starten. Eksemplet for denne saken er den elektriske viften vi ser i vårt daglige liv,som er en kondensatorstart og kjører en induksjonsmotor med hjelpevikling koblet i serie med kondensatoren.

Trefaset induksjonsmotor

Induksjonsmotoren som fungerer på trefaset vekselstrøm, kalles trefaset induksjonsmotor. Vanligvis brukes trefasede induksjonsmotorer i bransjer og er ikke egnet for hjemmeapplikasjoner.

Kraftledningen som er tilgjengelig for industrier er 400V / 50Hz trefaset firelinjers vekselstrøm, og induksjonsmotorene som jobber med denne forsyningen i bransjer kalles trefaset induksjonsmotorer.

For bedre forståelse av arbeidsprinsippet til trefaset induksjonsmotor, la oss se på konstruksjonen av trefaset induksjonsmotor.

Her,

• Fase A-vikling starter fra toppsegmentet etterfulgt av bunnsegmentet som vist i figuren.
• Når det gjelder de to endene av fase, er en vikling en koblet til fase A kraftledning med trefaset strømforsyning mens den andre enden er koblet til nøytral av de samme tre fasene firelinjede strømforsyningen. Dette er mulig fordi vi i en trefaset fire-linjers strømforsyning har de første tre linjene som bærer tre linjespenninger mens den fjerde linjen er nøytral.
• De andre tofaseviklingene følger samme mønster som fase A. I de to endene av fase B er vikling en koblet til fase B-kraftledningen til trefasestrømforsyning mens den andre enden er koblet til nøytral av de samme tre fasene firelinjers strømforsyning.
• Strukturen til rotoren ligner et ekornbur og er av samme type rotor som brukes i en enfaset induksjonsmotor.

Nå hvis vi leverer elektrisk kraft til trefaseviklingene på statoren, begynner strømmen å strømme i alle tre viklingene. På grunn av denne strømmen vil et magnetfelt bli generert av spolene, og dette feltet vil strømme gjennom mindre magnetisk resistivitetsbane gitt av den laminerte kjernen. Her er motorens konstruksjon utformet slik at magnetfeltet som bæres av kjernen blir konsentrert på luftspalten i midten der rotoren er plassert. Så magnetfeltet konsentrert av kjerne i sentergapet påvirker lederne i rotoren og induserer dermed en strøm i dem.

I nærvær av lederstrøm genererer rotoren også et magnetfelt som samhandler med statorfeltet til enhver tid. Og på grunn av denne interaksjonen opplever rotoren en kraft som fører til rotasjon av motoren.

Her er magnetfeltet som genereres av statoren av roterende type på grunn av trefasekraft, i motsetning til den alternerende typen vi diskuterte i en enfasemotor. Og på grunn av dette roterende magnetfeltet begynner rotoren å rotere av seg selv selv i fravær av et første trykk. Dette gjør trefasemotoren til en selvstartende type, og vi trenger ingen hjelpevikling for denne typen motor.