Asynchrone motor
meest voorkomende motortype
 
Root server » TechTalk » Electriciteit » Motoren » Asynchroon
De asynchrone motoren zijn het meest gebruikte type motoren. Ze zijn eenvoudig, zeer betrouwbaar en hebben een redelijk hoog aanloopkoppel.
-

-

Asynchrone motor


1 — Principe kortsluitanker (squirrel cage rotor)


2 — Stator en rotor van een motor met kortsluitanker


3 — Een draaiveld produceren met stroomringen (spleetpoolmotor)


5 — Asynchrone motor met kortsluitanker en ring van Frager
(subsynchroon of hyposynchroon)


Kortsluitanker met trapezevormige staven

Afremmen van een asynchrone motor
Het afremmen van een asynchrone motor kan met een gelijkspanning gebeuren. De gelijkspanning wordt op de wikkelingen aangelegd, ongeveer 1/10 van de nominale spanning (hangt af van het gewenst remvermogen). Het remmen is zeer krachtig en hangt af van de rotatiesnelheid van de motor en de aangelegde spanning. De electrische rem werkt niet als mechanische rem en het is niet mogelijk de motor volledig te blokkeren. Maar aan de andere kant: de electrische rem verslijt ook niet.

De meeste motoren die op wisselspanning werken zijn asynchrone motoren vanwege hun eenvoud. Deze motoren kunnen ook gebruikt worden als hypersynchrone generator. De andere types asynchrone generatoren worden op deze pagina verder besproken.


Asynchrone motor

Asynchone motoren zijn gebaseerd op de ankerreaktie. De ankerreaktie moet gecompenseerd worden in dynamos en grote gelijkstroommotoren, maar wordt nuttig gebruikt in amplidynes en metadynes. Dezelfde ankerreaktie wordt in asynchrone motoren gebruikt. Deze motoren werken niet met een (electro-)magneet. De rotor is niet gemagnetiseerd, er is zelfs geen stroomtoevoer naar het anker.

Het anker bestaat uit dikke koperen wikkelingen om een hoge stroom te veroorzaken (en dus ook een sterke ankerreaktie). De lussen liggen in kortsluiting (kortsluitanker). In de praktijk vormt het anker een kooi (squirrel cage rotor). Om het magnetisch veld te versterken vormt de rotor een cylinder bestaande uit dunne stalen platen, met daartussen de koperen kooi. Uitwendig lijkt de rotor op een deegrol. De deegrolmotor heeft verschillende namen: kortsluitankermotor, asynchrone motor,...

Afbeelding 1: principeschema van een kortsluitanker en afbeelding 2: praktische realisatie. De kooianker heeft schuine staven om een gelijkmatig koppel te leveren ongeacht de positie van de rotor.

Draaiveld produceren met monofasé

Als men monofasig wisselspanning in de stator stuurt, dan ontstaat er een wisselend magnetisch veld, dat echter geen draaiend effekt produceert. De kortsluitanker werkt als de kortgesloten secundair van een transfo en warmt sterk op. Als een driefasige motor dus met monofasé gevoed wordt, dan zal die niet draaien, maar heel snel verbranden.

Een draaiend magnetisch veld kan gerealiseerd worden

  • door een driefasige spanning (grote motoren)

  • door een bifasige spanning die ontstaat door een condensator in serie met één van de wikkelingen te plaatsen (motoren met gemiddeld vermogen)

  • door een spleetpool met ring van Frager te gebruiken (kleine motoren die geen sterk aanloopkoppel moeten hebben zoals kleine ventilatoren).
Het draaiend veld wordt dus op dezelfde manier gerealiseerd voor een synchrone en asynchrone motor. Afbeelding 3 toont het principe van de spleetpool met ring van Frager die voor een faseverschuiving zorgt. Afbeelding 5 toont een asynchrone motor met gespleten polen zoals die gebruikt wordt in kleine motoren (ventilatoren en afvoerpompen van wasmachines).

De ring van frager veroorzaakt een faseverschuiving (vertraging) van het magnetisch veld. Als het hoofdveld vermindert stijgt het veld in de frager wikkeling en zo ontstaat er een draaiveld.

Door de ankerreaktie wordt er een magnetisch veld geproduceerd die de wisselingen van het magnetisch veld probeert tegen te werken. Een positieve statorpool doet een negatieve rotorpool ontstaan. Aangezien het statorveld draait, heeft de rotor de neiging deze draaing te volgen, want een positieve pool trekt een negatieve pool aan.

De rotor heeft geen eigen magnetisch veld. Het is enkel de ankerreaktie die zo'n veld doet ontstaan. De motor kan ook niet synchroon werken, want dan zou er geen verandering van het magnetisch veld meer zijn (gezien vanaf de rotor), en dus ook geen ankerreaktie en geen eigen magnetisch veld.

Een asynchrone motor heeft altijd een slip (afhankelijk van de belasting) die een paar procenten bedraagt. Een motor met gespleten polen heeft een veel hogere slip (ongeveer 40%, met een rendement van 20%).

Kooianker met trapezevormige staven

De staven in het anker hoeven niet cylindrisch te zijn. In hoog vermogen motoren hebben die een trapezevorm, zodat de motor kan starten met een lagere aanloopstroom en toch een hoger koppel hebben bij het nominaal toerental.

Dergelijke motoren gebruiken het skin effekt. Als de motor niet draait of slechts traag draait, dan is er een snelle wisseling van het magnetisch veld (ten opzichte van de rotor). Door het skin effekt dringt het veld slechts 1cm in het koper. Als de snelheid hoger wordt dan is er minder skin effekt en de volledige koperoppervlakte wordt gebruikt. De weerstand van het anker vermindert, waardoor het koppel sterker wordt.

Blauw: dunne ijzerplaten (transfoblik) die de rotor vormen
Geel/rood: koperen staven met in het rood het effekt van het magnetisch veld naargelang de rotatiesnelheid. Links op lage snelheid, het magnetisch veld dringt slecht weinig in de staaf en de weerstand is hoog, rechts bij de nominale snelheid, het magnetisch veld dringt volledig in de staaf en de ankerweerstand is minimaal.

In plaats van trapezevormige kopenen staven kan de rotor ook bestaan uit twee kooien: een buitenste kooi bestaande uit messing (minder goed geleidend) en een binnenste kooi bestaande uit koper. Hier ook wordt een variatie op het skin effekt gebruikt: bij een snelle wisseling van het magnetisch veld (grote slip) is enkel de buitenste kooi aktief.

Dergelijke motoren hebben een lagere aanloopstroom nodig, maar door de verliezen hebben ze een lager rendement op nominaal toerental. Er zijn echter veel verschillende motoren (die enkel verschillen in de constructie van de kooi).

Koelkastmotor

Men gebruikt een asynchrone motor in koelkasten en diepvriezers. De motor wordt monofasig gevoed, maar een condensator zorgt voor een draaiveld. Met zijn relatief laag aanloopkoppel kan de motor enkel onbelast starten, dus als er geen drukverschil is aan beide kanten van de compressor.

Als de motor juist gedraaid heeft, dan is er een drukverschil tussen de zuigleiding en de persleiding en kan de motor niet starten. De stroom loopt dan op en een thermische zekering onderbreekt de kring gedurende een paar minuten zodat het drukverschil kan verminderen.

Gebruik van een kortsluitanker in een synchrone motor

Synchrone motoren hebben een zeer zwak aanloopkoppel en meestal kunnen ze niet autonoom starten. Synchrone motoren zijn daarom ook uitgerust met een kortsluitanker om het starten te vergemakkelijken. Als de motor bijna synchroon loopt verdwijnt het asynchroon koppel en neent de synchrone werking over. Er moet immers een slip zijn om de ankerreaktie tot stand te brengen, en die is er niet meer als de motor synchroon werkt. Het is alsof het kortsluitanker verdwenen is.

De sleepringankermotoren worden op een andere pagina besproken (samen met de ster/driehoekschakeling).

De dahlander motor (een kortsluitankermotor die op twee snelheden kan draaien) wordt op een volgende pagina besproken.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's