Um den Betrieb eines Wechselstrommotors zu verstehen, ist es wichtig, sich mit der Entwicklung der drehenden Magnetfelder zu beschäftigen. Diese Magnetfelder folgen den Grundlagen des Elektromagnetismus, um die Welle eines Wechselstrommotors in Drehung zu versetzen.
Schauen wir uns den Stator eines Elektromotors genauer an. Erinnern Sie sich daran, dass der Stator eines Wechselstrommotors aus einem Hohlzylinder besteht, der mit Spulen aus isoliertem Draht gefüllt ist.
ANORDNUNG DER STATORSPULEN
Nutzen Sie das folgende Diagramm, um die Wechselwirkung zwischen den Statorspulen zu sehen. In diesem Beispiel gibt es 6 Spulen (2 Spulen pro 3 Phasen). Diese als „Motorwicklungen“ bezeichneten Spulen arbeiten paarweise und sind um den Eisenkern gewickelt, aus dem der Stator besteht.
Die Motorwicklungen sind jeweils ein eigener Elektromagnet. Die Spulenpaare haben aufgrund ihrer Wicklung entgegengesetzte Polaritäten (ein Nordpol, ein Südpol). In der Abbildung ist die Spule A1 ein Nordpol und ihr Spulenpaar A2 ein Südpol. Wenn der elektrische Strom seine Richtung ändert, wechselt die Polarität der Pole.
STROMVERSORGUNG
In der folgenden Abbildung ist der Motorstator an eine dreiphasige Wechselstromversorgung angeschlossen. Die Motorwicklungen A1 und A2 sind an die Phase A des Netzes angeschlossen. Stellen Sie sich außerdem vor, dass die Wicklungen B und C an die Phasen B und C der Stromversorgung angeschlossen sind.
Motorwicklungen sind in der Regel um 120º versetzt. Die Anzahl des Auftretens einer Motorwicklung bestimmt die Anzahl der Pole. Dieses Beispiel zeigt einen zweiten Satz von 3-Phasen-Wicklungen. Jede Wicklung tritt 2 Mal auf, so dass es sich um einen 2-poligen Stator handelt. Wenn jedoch jede Wicklung viermal vorkommt, handelt es sich um einen vierpoligen Stator.
Ein elektrischer Strom fließt durch die Wicklungen, wenn eine Wechselspannung an den Stator angelegt wird. Die Richtung des Stromflusses, der durch eine Motorwicklung fließt, bestimmt, wie sich das Magnetfeld entwickelt. Verwenden Sie die unten stehende Tabelle als Referenz für die nächsten Diagramme. Sie zeigen, wie sich ein magnetisches Drehfeld entwickelt. Nehmen wir an, dass ein positiver Stromfluss in den Motorwicklungen A1, B1 und C1 einen Nordpol erzeugt.
ANFANGSSTROM
Um die Visualisierung eines Magnetfeldes zu erleichtern, zeigt das folgende Diagramm einen Startzeitpunkt, an dem kein Strom durch eine der Wicklungen fließt. Beachte die Startlinie:
- Phase A hat keinen Stromfluss
- Phase B hat einen Stromfluss in negativer Richtung (-)
- Phase C hat einen Stromfluss in positiver Richtung (+)
Nach dem obigen Diagramm sind B2 und C1 Nordpole, während B1 und C2 Südpole sind. Magnetische Flusslinien gehen vom Nordpol B2 aus und treffen auf C2, den nächstgelegenen Südpol. Vom Nordpol C1 gehen ebenfalls Flusslinien aus und treffen auf B1, den nächstgelegenen Südpol. Dadurch entsteht ein Magnetfeld (wie durch den Pfeil dargestellt).
Zeit 1
Ausgehend vom Ausgangspunkt beobachten wir das Magnetfeld in 60º-Abschnitten. Wenn sich das Feld zum Zeitpunkt 1 um 60º dreht:
- Phase C hat keinen Stromfluss
- Phase A hat einen Stromfluss in positiver Richtung (+)
- Phase B hat einen Stromfluss in negativer Richtung (-)
Jetzt sind die Wicklungen A1 und B2 Nordpole und die Wicklungen A2 und B1 sind Südpole.
Zeitpunkt 2
Zum Zeitpunkt 2 dreht sich das Magnetfeld um weitere 60º:
- Phase B hat jetzt keinen Stromfluss
- Phase A behält einen Stromfluss in positiver Richtung (+) bei (obwohl er abnimmt)
- Phase C hat jetzt einen Stromfluss in negativer Richtung (-)
Da der Stromfluss in den Wicklungen von Phase C die Richtung geändert hat (er begann in positiver Richtung, aber zur Zeit 2 in negative Richtung umgeschaltet), haben die Magnetpole ihre Polarität umgekehrt (C1 Nordpol und C2 Südpol wurden zu C1 Südpol und C2 Nordpol).
360º drehen
Nach sechs 60º-Zeitsegmenten wird das Magnetfeld eine volle Umdrehung von 360º vollzogen haben. Bei einer Stromversorgung von 60 Hz wiederholt sich dieser Vorgang 60 Mal pro Sekunde.
SYNCHRONISCHE DREHZAHL
Die Drehzahl ist wichtig für das rotierende Magnetfeld eines Wechselstrommotors. Sie wird als „Synchrondrehzahl“ bezeichnet. Diese Drehzahl wird berechnet, indem das 120-fache der Frequenz (F) durch die Anzahl der Pole (P) geteilt wird. Ein Beispiel: Die Synchrondrehzahl für einen 2-poligen Motor, der mit 60 Hz betrieben wird, beträgt 3.600 U/min.
Mit zunehmender Anzahl der Pole nimmt die Synchrondrehzahl ab. Das folgende Diagramm zeigt, dass eine zunehmende Anzahl von Polen mit einer abnehmenden Synchrondrehzahl bei 60 Hz gleichzusetzen ist.
Mehr über Wechselstrommotoren lernen
Wir hoffen, dass dieser Leitfaden über rotierende Magnetfelder Ihnen geholfen hat, die Funktionsweise von Wechselstrommotoren besser zu verstehen. Schalten Sie nächsten Monat wieder ein, um zu erfahren, wie dieses Magnetfeld ein Drehmoment erzeugt und die Last dreht.