Om de werking van een AC motor te begrijpen, is het belangrijk om te kijken naar de ontwikkeling van roterende magnetische velden. Deze magnetische velden volgen de grondbeginselen van het elektromagnetisme om de as van een wisselstroommotor te doen draaien.
Laten we de stator van een elektromotor eens nader bekijken. Onthoud dat de constructie van een stator van een wisselstroommotor een holle cilinder is, gevuld met spoelen van geïsoleerde draad.
STATOR COIL ARRANGEMENT
Gebruik het onderstaande diagram om de interactie tussen de statorspoelen te bekijken. In dit voorbeeld zijn er 6 spoelen (2 spoelen per 3 fasen). Deze spoelen, die “motorwikkelingen” worden genoemd, werken paarsgewijs en zijn gewikkeld rond het ijzeren kernmateriaal waaruit de stator is opgebouwd.
De motorwikkelingen worden elk een afzonderlijke elektromagneet. De spoelparen hebben tegengestelde polariteiten (een noordpool, een zuidpool) door de wijze waarop ze zijn gewikkeld. Stel in het diagram dat spoel A1 een noordpool is en zijn spoelpaar A2 een zuidpool. Wanneer de elektrische stroom van richting verandert, zal de polariteit van de polen omwisselen.
Voeding
In het volgende diagram is de stator van de motor aangesloten op een driefasige wisselstroomvoeding. Motorwikkelingen A1 en A2 zijn aangesloten op fase A van de voeding. Stel u ook voor dat de wikkelingen B en C respectievelijk zijn aangesloten op fase B en C van de voeding.
Motorwikkelingen zijn gewoonlijk 120º van elkaar gescheiden. Het aantal keren dat een motorwikkeling voorkomt bepaalt het aantal polen. Dit voorbeeld toont een tweede set 3-fasen wikkelingen. Elke wikkeling komt 2 keer voor, wat dit een 2-polige stator maakt. Als elke wikkeling echter 4 keer zou voorkomen, zou het een 4-polige stator zijn.
Elektrische stroom loopt door de wikkelingen wanneer wisselspanning op de stator wordt gezet. De richting van de stroom die door een motorwikkeling loopt, bepaalt hoe het magnetisch veld zich ontwikkelt. Gebruik de onderstaande tabel als referentie voor de volgende diagrammen. Zij zullen laten zien hoe een roterend magnetisch veld zich ontwikkelt. Stel dat volgens de grafiek een positieve elektrische stroom in de motorwikkelingen A1, B1 en C1 een noordpool creëert.
STARTCURRENT FLOW
Om het visualiseren van een magnetisch veld gemakkelijker te maken, toont het diagram hieronder een starttijd wanneer er geen stroom door een van de wikkelingen loopt. Let op de startlijn:
- Fase A heeft geen stroom
- Fase B heeft een negatieve richting (-) stroom
- Fase C heeft een positieve richting (+) stroom
Volgens bovenstaand schema zijn B2 en C1 noordpolen terwijl B1 en C2 zuidpolen zijn. Magnetische fluxlijnen vertrekken van de noordpool B2 en komen aan bij C2, de dichtstbijzijnde zuidpool. Fluxlijnen vertrekken ook van de noordpool C1 en komen aan bij B1, de dichtstbijzijnde zuidpool. Hierdoor ontstaat een magnetisch veld (zoals aangegeven door de pijl).
TIJD 1
Vanuit het beginpunt volgen we het magnetisch veld in 60º-segmenten. Wanneer het veld op tijdstip 1 60º ronddraait:
- Fase C heeft geen stroom
- Fase A heeft een positieve richting (+) stroom
- Fase B heeft een negatieve richting (-) stroom
Nu zijn de windingen A1 en B2 noordpolen en de windingen A2 en B1 zuidpolen.
TIJD 2
Op tijdstip 2 draait het magnetisch veld nog eens 60º:
- Fase B heeft nu geen stroom
- Fase A behoudt een positieve richting (+) stroom (hoewel deze afneemt)
- Fase C heeft nu een negatieve richting (-) stroom
Omdat de stroom van richting is veranderd in de wikkelingen van fase C (begonnen in een positieve richting, maar in negatieve richting overgegaan door tijd 2), zijn de magnetische polen omgedraaid (C1 noordpool en C2 zuidpool werden C1 zuidpool en C2 noordpool).
360º ROTATIE
Na zes tijdsegmenten van 60º zal het magnetische veld één volledige omwenteling van 360º hebben gedraaid. Bij een 60 Hz-voeding wordt dit proces 60 keer per seconde herhaald.
SYNCHRONOUS SPEED
De snelheid is belangrijk voor het roterende magnetische veld van een wisselstroommotor. Het staat bekend als “synchrone snelheid”. Dit toerental wordt berekend door 120 maal de frequentie (F) te delen door het aantal polen (P). Als voorbeeld: de synchrone snelheid voor een tweepolige motor die op 60 Hz werkt, bedraagt 3600 omw/min.
Naarmate het aantal polen toeneemt, daalt de synchrone snelheid. De onderstaande grafiek laat zien hoe een toenemend aantal polen gelijkstaat aan een afnemend synchroon toerental bij 60 Hz.
Lees meer over AC-motoren
We hopen dat deze gids over roterende magnetische velden u heeft geholpen om de werking van AC-motoren beter te begrijpen. Kijk volgende maand hoe dit magnetisch veld eigenlijk koppel creëert en de belasting roteert.