For at forstå drift af vekselstrømsmotorer er det vigtigt at se nærmere på udviklingen af roterende magnetfelter. Disse magnetfelter følger de grundlæggende principper for elektromagnetisme for at dreje akslen på en vekselstrømsmotor.
Lad os se nærmere på en elmotorstator. Husk, at konstruktionen af en vekselstrømsmotorstator er en hul cylinder fyldt med spoler af isoleret tråd.
STATORSPOLER ARRANGEMENT
Brug nedenstående diagram til at se samspillet mellem statorspolerne. I dette eksempel er der 6 spoler (2 spoler pr. 3 faser). Disse spoler, der er kendt som “motorviklinger”, fungerer parvis og er viklet om det jernkerne-materiale, som udgør statoren.
Motorviklingerne bliver hver især til en separat elektromagnet. Spoleparrene har modsatte polariteter (en nordpol og en sydpol) på grund af den måde, de er viklet på. I diagrammet antages det, at spole A1 er en nordpol, og at dens spolepar A2 er en sydpol. Når den elektriske strøm ændrer retning, skifter polerne polaritet.
STRØMFORSYNING
I det følgende diagram er motorens stator tilsluttet en 3-faset vekselstrømforsyning. Motorviklingerne A1 og A2 er forbundet til fase A i strømforsyningen. Forestil dig også, at viklinger B og C er tilsluttet henholdsvis til strømforsyningens fase B og C.
Motorviklinger er normalt adskilt med 120º. Antallet af gange, en motorvikling optræder, bestemmer antallet af poler. Dette eksempel viser et andet sæt af 3-fasede viklinger. Hver vikling optræder 2 gange, hvilket gør dette til en 2-polet stator. Men hvis hver vikling optrådte 4 gange, ville det være en 4-polet stator.
Der løber elektrisk strøm gennem viklingerne, når der påføres vekselspænding på statoren. Retningen af den strømstrøm, der løber gennem en motorvikling, bestemmer, hvordan magnetfeltet udvikler sig. Brug nedenstående skema som reference for de næste diagrammer. De vil vise, hvordan et roterende magnetfelt udvikles. I henhold til diagrammet antages det, at en positiv elektrisk strømstrøm i motorviklingerne A1, B1 og C1 skaber en nordpol.
STARTSTRØMNING
For at gøre det lettere at visualisere et magnetfelt viser nedenstående diagram et starttidspunkt, hvor der ikke løber nogen strøm gennem en af viklingerne. Iagttag startlinjen:
- Fase A har ingen strømgennemstrømning
- Fase B har en negativ retning (-) strømgennemstrømning
- Fase C har en positiv retning (+) strømgennemstrømning
I henhold til ovenstående diagram er B2 og C1 nordpoler, mens B1 og C2 er sydpoler. Magnetiske strømlinjer udgår fra B2’s nordpol og ankommer til C2, den nærmeste sydpol. Fluxlinjerne udgår også fra nordpolen C1 og ankommer til B1, som er den nærmeste sydpol. Som følge heraf opstår der et magnetfelt (som vist af pilen).
TID 1
Fra udgangspunktet skal vi overvåge magnetfeltet i 60º-segmenter. Når feltet roterer 60º på Tidspunkt 1:
- Fase C har ingen strømgennemstrømning
- Fase A har en strømgennemstrømning i positiv retning (+)
- Fase B har en strømgennemstrømning i negativ retning (-)
Nu er viklingerne A1 og B2 nordpoler, og viklingerne A2 og B1 sydpoler.
TID 2
På tidspunkt 2 roterer det magnetiske felt yderligere 60º:
- Phase B har nu ingen strømgennemstrømning
- Phase A opretholder en strømgennemstrømning i positiv retning (+) (selv om den er faldende)
- Phase C har nu en strømgennemstrømning i negativ retning (-)
Da strømgennemstrømningen har ændret retning i fase C-vindingerne (startede i positiv retning, men skiftede til negativ retning ved Time 2), har de magnetiske poler byttet polaritet (C1 nordpol og C2 sydpol er blevet til C1 sydpol og C2 nordpol).
360º ROTATION
Efter seks tidssegmenter på 60º vil det magnetiske felt have roteret en hel omdrejning på 360º. Ved brug af en 60 Hz strømforsyning vil denne proces gentage sig 60 gange i sekundet.
SYNKRONISK HASTIGHED
Hastigheden er vigtig for det roterende magnetfelt i en vekselstrømsmotor. Den er kendt som “synkronhastighed”. Denne hastighed beregnes ved at dividere 120 gange frekvensen (F) med antallet af poler (P). Som eksempel er synkronhastigheden for en 2-polet motor, der drives ved 60 Hz, 3.600 omdrejninger pr. minut.
Da antallet af poler stiger, falder synkronhastigheden. Diagrammet nedenfor illustrerer, hvordan et stigende antal poler svarer til en faldende synkronhastighed ved 60 Hz.
LÆR MERE OM AC-MOTORER
Vi håber, at denne vejledning om roterende magnetfelter har hjulpet dig til bedre at forstå, hvordan AC-motorer fungerer. Følg med i næste måned for at lære, hvordan dette magnetfelt faktisk skaber drejningsmoment og roterer belastningen.