AC-elektriske motorer: deler, typer, ledninger og hvordan de fungerer

Hvordan en AC motor Fungerer

En AC-motor konverterer elektrisk vekselstrøm til mekanisk rotasjonsenergi gjennom prinsippet om elektromagnetisk induksjon. Når AC-forsyningsspenning påføres statorviklingene, genererer den et roterende magnetfelt (RMF). Hastigheten som dette feltet roterer med kalles synkron hastighet , bestemt av tilførselsfrekvensen og antall magnetiske polpar i statoren: Ns = 120f / P , hvor f er forsyningsfrekvens i Hz og P er antall poler.

I en induksjonsmotor - den vanligste AC-motortypen - skjærer det roterende magnetiske feltet over rotorlederne og induserer en strøm i dem i henhold til Faradays lov. Den induserte strømmen produserer sitt eget magnetfelt, og samspillet mellom rotorfeltet og statorens roterende felt genererer et dreiemoment som driver rotoren til å spinne. Rotoren går alltid litt saktere enn synkronhastigheten; denne hastighetsforskjellen kalles slip , typisk 2–8 % i standard induksjonsmotorer. Uten slipp eksisterer ingen relativ bevegelse mellom felt- og rotorledere, ingen strøm induseres, og det produseres ikke noe dreiemoment.

I synkrone AC-motorer blir rotoren i stedet begeistret av et DC-felt eller bruker permanente magneter, som låser den til å rotere med nøyaktig synkron hastighet med null slip. Dette gjør synkronmotorer til det foretrukne valget der presis drift med konstant hastighet er kritisk, for eksempel i klokkemekanismer, visse tekstilmaskiner og høyeffektive drev med variabel hastighet.

Deler av en AC-motor

Å forstå den interne arkitekturen til en AC-motor hjelper med å spesifisere riktig enhet, diagnostisere feil og planlegge vedlikeholdsintervaller. Hovedkomponentene er:

• Stator: Den stasjonære ytre enheten som huser den laminerte jernkjernen og kobberviklingene. Statorkjernen er bygget av tynne lamineringer av silisiumstål stablet sammen for å minimere virvelstrømstap. Viklingene vikles inn i spor i kjernen og kobles til AC-forsyningen.
• Rotor: Den roterende indre enheten montert på utgangsakselen. I squirrel-cage induksjonsmotorer består rotoren av aluminium- eller kobberlederstenger som er kortsluttet i hver ende av enderinger. I viklet rotormotorer bærer rotoren trefaseviklinger koblet til eksterne motstander via sleperinger.
• Utgående aksel: Den solide stålakselen som overfører mekanisk dreiemoment til den drevne lasten. Skaftdiameter og kilespordimensjoner er standardisert under IEC- eller NEMA-rammestørrelsesspesifikasjoner.
• Lager: Vanligvis dype sporkulelagre i drivenden (DE) og ikke-drivende (NDE). Lagre støtter de radielle og aksiale belastningene som påføres av rotoren og den drevne belastningen, og er den vanligste vedlikeholdsutskiftningen.
• Endeskjold (endeklokker): Støpejern eller aluminiumshus som dekker hver ende av motorrammen, holder lagrene på plass og omslutter den interne monteringen.
• Vifte og viftedeksel: De fleste AC-motorer er TEFC-design (Totally Enclosed Fan Cooled), med en ekstern kjølevifte montert på den ikke-drevne endeakselforlengelsen, omsluttet av et viftedeksel av presset stål. Viften trekker omgivelsesluft over motorrammens ribber for å spre varmen.
• Koblingsboks (koblingsboks): Et værbestandig hus på motorrammen som inneholder viklingstilkoblingsklemmene (vanligvis merket U1, V1, W1, U2, V2, W2 under IEC-konvensjonen). Det er her forsyningskabler og eventuelle stjerne-/trekantkonfigurasjonskoblinger kobles til.
• Ramme: Den ytre strukturelle kroppen, vanligvis ribbet støpejern eller aluminiumslegering, som gir mekanisk støtte, fungerer som en kjøleribbe og bærer monteringsføttene eller flensen for installasjon.

Ytterligere komponenter som finnes i spesifikke motortyper inkluderer sliperinger og børster (viklet rotor induksjonsmotorer), sentrifugale startbrytere (enfasede kondensator-startmotorer), og kondensatorer (en-faset kjøre-kondensator og kondensator-start/kjør design).

Typer AC elektriske motorer

AC-motorer deler seg inn i to primære familier - induksjon (asynkron) og synkron - hver med flere undertyper optimalisert for ulike driftskrav.

For de fleste industrielle bruksområder er trefaset ekorn-bur induksjonsmotor forblir standardvalget. Den krever ingen børster, sleperinger eller ekstern eksitasjon, noe som gjør den til det laveste vedlikeholds- og mest kostnadseffektive alternativet for belastninger med konstant hastighet. Variable frekvensomformere (VFDs) har utvidet sin brukbarhet til applikasjoner med variabel hastighet som tidligere krevde likestrøms- eller viklet rotormotorer.

Grunnleggende om koblingsskjema for AC-motor

Korrekt kabling av en AC-motor er avgjørende for sikker drift og for å oppnå riktige dreiemoment- og hastighetsegenskaper. Koblingsboksens konfigurasjon varierer etter motortype og forsyningsspenning, men det følgende dekker de mest utbredte scenariene.

Trefase motorer med dobbel spenning (Star / Delta)

De fleste trefase induksjonsmotorer er viklet for to spenningsnivåer - vanligvis 230V/400V eller 400V/690V - og koblingsboksen inneholder seks ledninger merket U1, V1, W1 (viklingsstarter) og U2, V2, W2 (viklingsender). Forsyningsspenningen bestemmer tilkoblingen:

• Stjerne (Y) tilkobling — høyere spenning: Koble U2, V2 og W2 sammen for å danne det nøytrale stjernepunktet. Koble trefaseforsyningen til U1, V1, W1. Hver vikling ser fase-til-nøytral spenning. Brukes når forsyningsspenningen samsvarer med motorens høyere nominelle spenning (f.eks. 400V forsyning på en 230/400V motor).
• Delta (Δ) tilkobling — lavere spenning: Koble U1 til W2, V1 til U2, W1 til V2, og danner en lukket sløyfe. Koble til trefasetilførsel over hvert par sammenkoblede terminaler. Hver vikling ser full linje-til-linje spenning. Brukes når forsyningsspenningen samsvarer med motorens lavere nominelle spenning (f.eks. 230V forsyning på en 230/400V motor).

Star-Delta starter er en vanlig mykstartmetode for store motorer: motoren starter i stjerne (redusert spenning over hver vikling = lavere startstrøm, typisk 1/3 av direkte-på-linje-innkobling), og bytter deretter til delta når den nærmer seg full hastighet. Dette reduserer forsyningsforstyrrelser, men reduserer også startmomentet med samme 1/3 faktor, så det er kun egnet for startapplikasjoner med lav belastning.

Enfase motorkabling

Enfase AC-motorer krever en hjelpestartkrets fordi en enfaset forsyning alene ikke kan produsere et roterende magnetfelt. Terminalarrangementet inkluderer vanligvis:

• Hovedviklingsterminaler (M): Tilkoblet direkte over linje og nøytral.
• Start viklingsklemmer (S): Koples parallelt med hovedviklingen men i serie med startkondensatoren. Kondensatoren skaper en faseforskyvning (omtrent 90°) mellom hoved- og hjelpeviklingsstrømmer, og produserer et roterende felt som er sterkt nok til å utvikle startmoment.
• Sentrifugalbryter eller PTC-relé: Kobler fra startviklingen når motoren når omtrent 75–80 % av synkron hastighet. Svikt i denne bryteren - enten forbli åpen (motoren starter ikke) eller forbli lukket (startviklingen overopphetes og brenner ut) - er en av de hyppigste enfasemotorfeilene.

Motorrotasjonsreversering

Reversering av rotasjonsretningen til en trefasemotor krever bytte av to av de tre tilførselsfasene ved motorklemmene - for eksempel bytte av koblingene ved U1 og V1. Dette reverserer retningen til det roterende magnetfeltet og følgelig rotoren. For enfasemotorer oppnås reversering ved å bytte startviklingsforbindelsene i forhold til hovedviklingen; noen motorer har dedikerte terminalmerker for dette formålet, mens andre krever intern tilkobling.

Jording og overbelastningsbeskyttelse

Hver AC-motorinstallasjon må inkludere en beskyttelsesjord (PE) tilkobling festet til motorrammen, koblet til jording ved koblingsboksen. I tillegg en riktig vurdert termisk overbelastningsrelé eller elektronisk motorbeskyttelsesrelé bør installeres i forsyningskretsen, innstilt på motorens fulllaststrøm (FLC) klassifisering. Overbelastningsbeskyttelse er det primære forsvaret mot den vanligste motorfeilmodusen: langvarig overstrøm fra mekanisk overbelastning, enfaset eller begrenset ventilasjon som hever viklingstemperaturen utover grensen for isolasjonsklassen.