Inductiemotor

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Een inductiemotor is een driefasige of eenfasige elektromotor op wisselspanning. Hij draait steeds trager dan de synchrone snelheid. Zijn snelheid is nooit precies te definiëren, want ze is afhankelijk van de belasting. Een andere naam is de driefasige asynchrone motor.

Inhoud

1 Geschiedenis
2 Werking
- 2.1 De rotor draait trager dan het statordraaiveld = niet synchrone snelheid of asynchrone snelheid
- 2.2 De rotor draait even snel als het statordraaiveld = synchrone snelheid
3 Externe links

[bewerken] Geschiedenis

De ontwikkeling van de inductiemotor gaat terug naar het werk van Nikola Tesla, 1887. Nikola Tesla (Smiljan, 9 juli 1856 – New York, 7 januari 1943) was een Servisch-Amerikaanse uitvinder. Nikola Tesla staat vooral bekend als de uitvinder van de wisselstroom generator, de wisselstroomelektromotoren: de inductiemotor en de synchrone motor, de transformator, en van alle andere belangrijke componenten van het huidige elektriciteitsnet. Zijn grootste verdienste was dat Tesla het wisselstroomprincipe veel verder ontwikkelde en bijna alle benodigde infrastructuur om een betrouwbaar elektriciteitsnet op te zetten zelf uitvond. De eerste effectieve elektrische centrale op wisselspanning zoals de wereld ze nu kent was op de Niagarawatervallen in de Verenigde Staten ingehuldigd op 16 november 1896. Men sprak toen van witte steenkool. Met deze wisselspanning van 25Hz werd Buffalo bevoorraad. Later schakelde men over op 60Hz als standaard voor de VS. Daarvoor werkte men met Edisons gelijkspanning welke moeilijk te transporteren was. (gelijkspanning kan niet opgetransformeerd worden om het jouleverlies te verminderen) Bij de distributie van elektriciteit is de keuze tussen gelijk- en wisselstroom van groot belang. Edison was in de 19e eeuw een groot voorstander van gelijkstroomdistributie. Het nadeel hiervan is dat geen grote afstanden kunnen worden overbrugd zonder grote verliezen. De stroombron en gebruiker moeten dus vrij dichtbij zijn. Wisselstroom, aan de andere kant, kan door het toepassen van transformatoren zonder grote verliezen over zeer grote afstanden worden vervoerd. Westinghouse en Tesla waren de drijvende krachten achter het wisselstroomsysteem. De strijd die zich heeft afgespeeld noemt men wel de Oorlog van de stromen (The Battle of the Currents), en uiteindelijk is wisselstroom de basis geworden van de elektriciteitsdistributie voor huishoudens en industrie.

[bewerken] Werking

Asynchrone motor of niet- synchrone motor

Een inductiemotor heeft steeds twee magneetvelden nodig. Het eerste magneetveld is het draaiend magneetveld van het statordraaiveld. In Europa draait dit aan netfrequentie van 50 Hz. Voor een motor met 1 poolpaar komt dit overeen met een synchroon toerental van 3000 tr/min. Het tweede magneetveld bevindt zich op de rotor en wordt meegesleept door het eerste veld: het wordt geïnduceerd door het statordraaiveld door de relatieve beweging van de rotor tegenover het statordraaiveld. Vandaar de naam inductiemotor.

Op de spoelen van de stator is een wisselspanning aanwezig, meestal simpelweg de aanwezige driefasenspanning welke het benodigde wisselend magnetisch veld opwekt. De frequentie van dit veld is de frequentie van de aangelegde wisselspanning: 50 Hz.

Om de werking goed te begrijpen stellen wij de twee werkingsmogelijkheden voor :

[bewerken] De rotor draait trager dan het statordraaiveld = niet synchrone snelheid of asynchrone snelheid

- Deze magneet induceert op de rotor een spanning volgens de wet van Lenz of wet van Faraday.

$\vec E= -\vec B \times \vec L \times \vec v$

Waarin

E de spanning is, uitgedrukt in volt

B het magnetisch veld is, in tesla

L de lengte van het staafje is, in meter

∆v de relatieve snelheid tussen statordraaiveld en rotor of het snelheidsverschil, in m/s

- Deze geïnduceerde spanning doet een wervelstroom vloeien in de rotor.

- Deze stroom ontwikkelt een kracht de Lorentzkracht Fl op de rotor.

$\vec Fl= \vec B \times \vec I \times \vec L$

Waarin

Fl de kracht is, oftewel de Lorentzkracht in dit geval, uitgedrukt in newton

B het magnetisch veld is, in tesla

I de stroomsterkte van het deeltje is, in ampère

L de lengte van het staafje is, in meter

Dit zijn de Lorentzkrachten. Deze kracht ontwikkelt een koppel dat de motor doet draaien.

Als de rotor stilstaat is ∆v of de verschilsnelheid maximaal. De geïnduceerde spanning op de rotor is dan ook maximaal. De stroom door de rotor is ook maximaal. De ontwikkelde krachten zijn ook maximaal. Deze motor heeft een zeer groot aanloopkoppel. Als hij aanloopt verbruikt hij wel zeer veel stroom. Men spreekt van een kortsluitstroom gedurende enkele ogenblikken.

[bewerken] De rotor draait even snel als het statordraaiveld = synchrone snelheid

Wanneer nu het toerental van de motor even snel is als het toerental van de stator dan is de relatieve snelheid 0.

Deze magneet induceert op de rotor een spanning E = B.l.∆v. Volgens de wet van Faraday of Lenz. ∆v is de relatieve snelheid tussen stator en rotor.

$\vec E= -\vec B \times \vec L \times O$

Waarin

E de spanning is, uitgedrukt in volt

B het magnetisch veld is, in tesla

L de lengte van het staafje is, in meter

∆v de relatieve snelheid tussen statordraaiveld en rotor of het snelheidsverschil, in m/s. Deze is 0.

Dus E= 0 volt

Er vloeit geen stroom I meer in de rotor.

Er wordt geen kracht Fl meer ontwikkeld op de rotor.

$\vec Fl= \vec B \times \ O \times \vec L$

Waarin

Fl de kracht is, oftewel de Lorentzkracht, uitgeoefend op de rotor, uitgedrukt in newton

B het magnetisch veld is, in tesla

I de stroomsterkte van het deeltje is O ampère.

L de lengte van het staafje is, in meter

Er is geen kracht meer aanwezig. Fl = B.I.L = B .0. L = 0 newton De motor wordt lui. De motor vertraagt en zijn snelheid zal zich normaliseren op een snelheid trager dan de synchroonsnelheid. Er treedt een evenwicht op tussen het aandrijfkoppel en de belasting. Men noemt het verschil tussen de synchroonsnelheid en de effectieve snelheid de slip.

Men noemt deze motor een asynchrone motor of niet synchrone motor (a staat voor niet) omdat hij niet even snel draait als het statordraaiveld. Hij draait trager.