För att förstå drift av växelströmsmotorer är det viktigt att titta på utvecklingen av roterande magnetfält. Dessa magnetfält följer elektromagnetismens grunder för att rotera axeln på en växelströmsmotor.
Låt oss ta en närmare titt på en elmotorstator. Kom ihåg att konstruktionen av en växelströmsmotors stator är en ihålig cylinder fylld med spolar av isolerad tråd.
STATORSPULARNA ARRANGERAS
Använd diagrammet nedan för att se samspelet mellan statorspolarna. I det här exemplet finns det 6 spolar (2 spolar per 3 faser). Dessa spolar, som kallas ”motorlindningar”, arbetar parvis och är lindade runt det järnkärnmaterial som utgör statorn.
Motorlindningarna blir var och en av dem en separat elektromagnet. Spolparen har motsatta polariteter (en nordpol, en sydpol) på grund av hur de är lindade. I diagrammet antar vi att spole A1 är en nordpol och dess spolpar A2 är en sydpol. När den elektriska strömmen ändrar riktning kommer polernas polaritet att växla.
NÄTTSFÖRSÖRJNING
I följande diagram är motorns stator ansluten till en 3-fas växelströmsförsörjning. Motorlindningarna A1 och A2 är anslutna till fas A i strömförsörjningen. Tänk dig också att lindningarna B och C är anslutna till strömförsörjningens fas B respektive C.
Motorlindningar är vanligtvis separerade med 120º. Antalet gånger en motorlindning förekommer bestämmer antalet poler. Det här exemplet visar en andra uppsättning trefaslindningar. Varje lindning förekommer 2 gånger, vilket gör detta till en 2-polig stator. Men om varje lindning förekommer 4 gånger skulle det vara en 4-polig stator.
Elektrisk ström flyter genom lindningarna när växelspänning läggs på statorn. Riktningen på det strömflöde som löper genom en motorlindning bestämmer hur magnetfältet utvecklas. Använd diagrammet nedan som referens för de kommande diagrammen. De kommer att visa hur ett roterande magnetfält utvecklas. Enligt diagrammet antar vi att ett positivt elektriskt strömflöde i motorlindningarna A1, B1 och C1 skapar en nordpol.
STARTSTRÖMNINGSFLÖDE
För att göra det lättare att visualisera ett magnetfält visar diagrammet nedan en starttidpunkt när ingen ström flödar genom en av lindningarna. Observera startlinjen:
- Fas A har inget strömflöde
- Fas B har ett strömflöde i negativ riktning (-)
- Fas C har ett strömflöde i positiv riktning (+)
Enligt diagrammet ovan är B2 och C1 nordpoler medan B1 och C2 är sydpoler. Magnetiska flödeslinjer utgår från B2:s nordpol och kommer till C2, den närmaste sydpolen. Flödeslinjerna utgår också från nordpolen C1 och kommer till B1, dess närmaste sydpol. Som ett resultat skapas ett magnetfält (vilket visas av pilen).
TID 1
Från utgångspunkten ska vi övervaka magnetfältet i 60º-segment. När fältet roterar 60º vid tid 1:
- Fas C har inget strömflöde
- Fas A har ett strömflöde i positiv riktning (+)
- Fas B har ett strömflöde i negativ riktning (-)
Nu är lindningarna A1 och B2 norrpoliga och lindningarna A2 och B1 är sydpoliga.
TID 2
Vid tidpunkt 2 roterar det magnetiska fältet ytterligare 60º:
- Fas B har nu inget strömflöde
- Fas A bibehåller ett strömflöde i positiv riktning (+) (även om det minskar)
- Fas C har nu ett strömflöde i negativ riktning (-)
På grund av att strömflödet har bytt riktning i fas C-lindningarna (det började i positiv riktning, men bytte till negativ riktning vid tid 2), har de magnetiska polerna bytt polaritet (C1 nordpol och C2 sydpol blev C1 sydpol och C2 nordpol).
360º ROTATION
Efter sex tidssegment på 60º kommer det magnetiska fältet att ha roterat ett helt varv på 360º. Med en strömförsörjning på 60 Hz kommer denna process att upprepas 60 gånger per sekund.
SYNKRONISK HASTIGHET
Hastigheten är viktig för det roterande magnetfältet i en växelströmsmotor. Den är känd som ”synkronhastighet”. Detta varvtal beräknas genom att dividera 120 gånger frekvensen (F) med antalet poler (P). Som exempel kan nämnas att synkronhastigheten för en 2-polig motor som drivs med 60 Hz är 3 600 RPM.
Då antalet poler ökar, minskar synkronhastigheten. Diagrammet nedan illustrerar hur ett ökande antal poler motsvarar ett minskande synkronvarvtal vid 60 Hz.
LÄR DIG MER OM AC-MOTORER
Vi hoppas att den här guiden om roterande magnetfält har hjälpt dig att bättre förstå hur AC-motorer fungerar. Titta in nästa månad för att lära dig hur detta magnetfält faktiskt skapar vridmoment och roterar lasten.