.jpg)
Inleiding
Inductiemotoren – ook bekend als asynchrone motoren – zijn de meest voorkomende soort elektromotor die tegenwoordig wordt gebruikt. Vanwege hun eenvoudige ontwerp, lage kosten en hoge betrouwbaarheid worden inductiemotoren ingezet voor een breed scala aan toepassingen in diverse technische sectoren.
Inductiemotor
Typen/Ontwerpen
Er zijn twee hoofdtypen inductiemotoren: eenfase (1~) en driefase (3~).
Ontwerpen van eenfase-inductiemotoren omvatten:
- Gesplitste fase-inductiemotoren - toegepast in machines waar de startfrequentie beperkt is en de aandrijving niet meer dan 1 kW bedraagt.
- Condensatorstart (cap start) inductiemotoren - gebruikt in machines met hogere inertiebelastingen die frequente starts vereisen, zoals transportbanden.
- Condensatorstart-condensatorloop inductiemotoren - vergelijkbare toepassingen als condensatorstart-inductiemotoren; een extra condensator is geïnstalleerd voor wanneer de motor in bedrijf is.
- Schaduwpool-inductiemotoren – de oorspronkelijke AC-inductiemotor. Nog steeds in gebruik voor kleine apparaten die een laag startkoppel vereisen, zoals platenspelers, projectorfans, kopieerapparaatventilatoren, haardrogers, enz.
Ontwerpen van driefase-inductiemotoren omvatten:
- Kooi van eekhoorn-inductiemotoren - gekozen vanwege hun lange levensduur en lage onderhoud. Dit ontwerp is het meest gebruikelijk.
- Slipring-inductiemotoren - bieden een hoog koppel en lage startstroom; gebruikt voor bijvoorbeeld liften, kranen en hijsen.
Hoewel inductiemotoren in talrijke vormen bestaan, richt dit artikel zich op het ontwerp van de driefase kooi van eekhoorn-inductiemotor omdat dit verreweg het meest voorkomende type inductiemotor is.
Tip - de term ‘inductie’ verwijst naar het feit dat elektrische stroom wordt geïnduceerd in de rotorkooi wanneer de motor in bedrijf is; dit verschilt van andere motoren waarbij de rotorstroom van een externe bron wordt geleverd.
Geniet je van dit artikel? Zorg er dan voor dat je onze Inductiemotor Videocursus bekijkt! De cursus bevat een quiz, een handboek en je ontvangt een certificaat wanneer je de cursus afrondt. Veel plezier!
Inductiemotorcomponenten
De twee primaire assemblages binnen een inductiemotor zijn de stator en rotor; de stator en rotor zijn echter opgebouwd uit kleinere individuele componenten.
Stator
De stator is het stationaire deel van de motor en bestaat uit een behuizing met sleuven en een reeks wikkelingen.
Statorwikkelingen
De wikkelingen ontvangen driefasige wisselstroom, waardoor een magnetisch veld rond elk van de wikkelingen uitzet en samentrekt wanneer er stroom vloeit. Elke wikkeling wordt geactiveerd in paren en in volgorde om een roterend magnetisch veld te produceren. Statorwikkelingen worden meestal vervaardigd van koper, hoewel andere materialen beschikbaar zijn, zoals aluminium.
Statorbehuizing
De stator wordt geconstrueerd door zeer dunne, zeer permeabele stalen lamellen in een stalen of gietijzeren frame te stapelen. Het frame is aan de vloer bevestigd en het is de buitenkant van het frame die is geverfd en zichtbaar is voor buitenstaanders. Veelvoorkomende constructiematerialen voor motorframes omvatten verschillende kwaliteiten van staal en gietijzer.
Rotor
In de stator bevindt zich een massieve metalen as, lamellen en een kooi van eekhoorn; deze assemblage staat bekend als de rotor en is het roterende deel van de motor.
De rotoras heeft meestal een lange en dunne cilindrische vorm, maar dit is afhankelijk van het ontwerp. De stalen lamellen, kooi van eekhoorn en lagers zijn allemaal op de rotoras gemonteerd. Rotorassen worden meestal vervaardigd van roestvrij staal, omdat het duurzaam is, mechanisch sterk is en goede corrosie- en erosiebestendigheidseigenschappen heeft.
Inductiemotorrotor
De kooi van eekhoorn is een cilindervormige kooi die rond de as past met staven die zich tussen de twee uiteinden uitstrekken. Aan beide uiteinden van de kooi van eekhoorn zijn eindringen bevestigd om een kortsluiting te creëren waardoor geïnduceerde stroom zal vloeien. Kooien van eekhoorns worden meestal gemaakt van koper of aluminium.
Inductiemotor Kooi van Eekhoorn
Dunne stalen lamellen worden op de staven van de kooi van eekhoorn geschoven en tussen de eindringen samengeperst; de rotorlaminatiematerialen zijn vergelijkbaar met die gebruikt voor de statorlaminaten. De lamellen volgen geen perfect rechte oriëntatie, maar zijn enigszins scheef om het geproduceerde koppel te vergroten. Er is een maximale mate van 'scheefheid' die deze lamellen kunnen aannemen, en dit is afhankelijk van het ontwerp van de motor. Het scheefstellen van de lamellen vermindert ook het risico dat de motorrotor 'vastloopt' in een positie tussen magnetische velden; dit scenario zorgt ervoor dat de rotor stationair blijft en niet draait, zelfs wanneer er stroom naar de statorwikkelingen wordt geleverd.
Eindschermen en Lagers
Eindschermen (eindklokken) zijn aan tegenovergestelde uiteinden van het motorframe gemonteerd; de rotoras loopt door beide eindschermen. Het ene uiteinde van de as is het aandrijvende uiteinde (verbonden met de belasting), terwijl het andere het niet-aandrijvende uiteinde is (meestal verbonden met een koelventilator); beide asuiteinden hebben assleutels voor het overbrengen van mechanische beweging van de as naar zijn verbindingen.
Antiwrijvingslager
Stofschermen kunnen tussen de as en de eindschermen worden geïnstalleerd om te voorkomen dat vreemde deeltjes het interieur van de motor binnendringen. Vreemde deeltjes kunnen leiden tot verslechtering van de wikkelingen van een motor of andere onderdelen; vochtindringing is een van de meest voorkomende vormen van motorstoring.
Aan beide uiteinden van de rotoras zijn antifrictielagers geïnstalleerd. Elk lager is op de rotoras geïnstalleerd en gehuisvest in een uitsparing binnen elke eindklok. Eén lager wordt meestal vastgehouden met een c-clip (borgclip), terwijl een veerring wordt gebruikt voor het tegenoverliggende lager (afhankelijk van het motorontwerp). Het gebruik van lagers zorgt ervoor dat de as soepel roteert en minimale wrijving genereert, wat vooral belangrijk is omdat de as met hoge snelheden kan draaien.
Info – grotere motoren gebruiken geen antifrictielagers, ze gebruiken glijlagers. Het veranderen van het type lager dat wordt gebruikt, verandert ook het ontwerp aanzienlijk. Glijlagers vereisen bijvoorbeeld meer ruimte, een vorm van smering (meestal olie) en gebruiken geen veerringen of c-clip borgveren. Glijlagers zijn ook geschikt voor hogere belastingen.
Ventilator en Ventilatorbescherming
Bevestigd aan het niet-aandrijvende uiteinde van de rotoras is een axiale ventilator; wanneer de rotor draait, draait de ventilator mee. De ventilator dwingt lucht over de buitenkant van het motorframe om het tijdens bedrijf te koelen. De vinnen van het motorframe dienen als warmtewisselaars en hebben een groot contactoppervlak, dit verhoogt de warmteoverdrachtsnelheid van de motor naar de lucht en vergroot zo de zelfkoelingscapaciteit van de motor.
Een ventilatorbescherming beschermt de ventilator tegen grote vreemde voorwerpen en beschermt personen of objecten in de buurt tegen de bewegende ventilatorbladen.
Motorventilatorbescherming
Info - een oververhitte motor kan de isolatie rond de wikkelingen smelten en ervoor zorgen dat de motor kortsluiting maakt; deze faalmodus is helaas niet ongewoon, maar kan gemakkelijk worden vermeden als er altijd voldoende koeling wordt geboden.
Voordelen en Nadelen
Voordelen van Inductiemotoren
- Breed gebruik - inductiemotoren worden gebruikt voor een breed scala aan toepassingen in zowel huishoudelijke als industriële omgevingen. Naar schatting wordt ongeveer 70% van de machines die tegenwoordig in de industrie worden gebruikt aangedreven door driefase-inductiemotoren.
- Goedkoop en eenvoudig te installeren - kooien van eekhoorn-inductiemotoren bevatten geen borstels, sleepringen, commutatoren, permanente magneten, positiessensoren of andere componenten die hun algehele kosten verhogen. Hun eenvoudige constructie zorgt ervoor dat ze over het algemeen gemakkelijk te installeren en te onderhouden zijn. Het ontbreken van borstels binnen kooien van eekhoorn-inductiemotoren betekent dat er geen elektrische ontladingen (vonken) binnen de motor worden gecreëerd (theoretisch). Inductiemotoren kunnen daarom in gevaarlijkere omgevingsomstandigheden worden gebruikt, mits ze daarvoor zijn aangepast (Ex-gecertificeerde motoren, enz.).
- Lage onderhoudskosten - inductiemotoren vereisen relatief lage onderhoudsniveaus, vooral in vergelijking met gelijkstroommotoren die koolborstels bevatten die gemakkelijk aan slijtage onderhevig zijn.
- Lange levensduur - inductiemotoren worden beschouwd als een relatief lange levensduur omdat hun onderdelen mechanisch sterk zijn, bestand tegen corrosie en erosie, en een lage slijtagegraad hebben.
- Hoge efficiëntie - inductiemotoren hebben een hoge efficiëntie.
- Zelfstartend - driefase-inductiemotoren zijn van nature zelfstartend, d.w.z. dat de motor zal draaien zodra er elektrische stroom naar de statorwikkelingen wordt geleverd, er is geen andere externe kracht nodig.
Nadelen van Inductiemotoren
- Slecht startkoppel - op basis van hun ontwerp hebben inductiemotoren doorgaans een laag startkoppel, een bijkomend nadeel van hun hoge efficiëntie. Om deze reden zijn inductiemotoren ongeschikt voor toepassingen die een hoog startkoppel vereisen. Het probleem kan echter worden omzeild door de motor indirect aan de belasting te koppelen, d.w.z. via tandwielen, riemen, enz.
- Lage arbeidsfactor bij lichte belasting – tijdens het opstarten en bij lage belasting vereist de motor een grote magnetiserende stroom om de weerstand te overwinnen die wordt veroorzaakt door de luchtspeling tussen de stator en de rotor. De vectorsom van de belasting en magnetiserende stromen zorgt ervoor dat de spanning achterblijft, wat resulteert in een lage arbeidsfactor. Vanwege de hoge magnetiserende stroom zal de motor ook een toename van koperverliezen ervaren, wat de algehele efficiëntie vermindert.
- Moeilijkheden bij snelheidsregeling - aangezien een driefase-inductiemotor een constante snelheid heeft, ondergaat deze van nature weinig snelheidsvariatie, waardoor het moeilijk is om de snelheid te manipuleren. Dit probleem is echter de afgelopen jaren aanzienlijk verminderd door de vooruitgang en toepassing van frequentieregelaartechnologie.
Modelannotaties
Ventilatordeksel
Een deksel voorkomt dat de ventilator en personeel per ongeluk beschadigd raken.
Axiale Ventilator
Een ventilator wordt gebruikt om de motor geforceerd te koelen. Lucht wordt door de ventilatordekselroosters aangezogen vanwege de negatieve druk die door de ventilator wordt gecreëerd, de lucht wordt vervolgens over de motorbehuizing geleid. Stromende lucht koelt de motor en vermindert het risico op oververhitting.
Moer
Moeren en bouten worden gebruikt om onderdelen van de motor aan elkaar te bevestigen. Gekozen moeren moeten geschikte treksterkte en corrosiebestendigheidseigenschappen hebben.
Moeren zijn het 'vrouwelijke' deel van een moer- en boutassemblage.
Borgring
Borgringen worden gebruikt om een continue trekkracht (rek) op de bout- en moerassemblage uit te oefenen. De trekkracht vermindert de mogelijkheid dat de moer losraakt door trillingen.
Platte Ring
De platte ring verdeelt de compressiekracht die door de moer- en boutassemblage wordt uitgeoefend bij het aandraaien. De ring voorkomt ook dat de moer en bout in de metalen oppervlakken 'graven' bij het aandraaien.
Motor Einddeksel
Het einddeksel herbergt het lager, de c-clip en soms een stofafdichting. De twee einddeksels ondersteunen het gewicht van de as.
Lagerhuis
Het lager is in deze ruimte gehuisvest.
C-clip Huis
De c-clip wordt geïnstalleerd met c-clip tangen. Na het openen van de tangen zet de c-clip uit door resterende trekkrachten. De resterende kracht houdt de c-clip stevig in de groef en voorkomt axiale beweging van het lager.
Gesloten Kogellager
Een gesloten kogellager maakt het mogelijk dat de rotor draait zonder de roterende beweging over te brengen op andere stationaire onderdelen, d.w.z. de motorbehuizing.
C-Clip / Borgveer
Een borgveer wordt gebruikt om het lager binnen de motor einddeksel behuizing te behouden. De ring voorkomt axiale beweging van het lager.
Bout
Moeren en bouten worden gebruikt om onderdelen van de motor aan elkaar te bevestigen. Gekozen bouten moeten geschikte treksterkte en corrosiebestendigheidseigenschappen hebben.
Bouten zijn het 'mannelijke' deel van een moer- en boutassemblage.
Motorbehuizing
De motorbehuizing herbergt de stator- en rotorassemblage. De behuizing moet sterk genoeg zijn om de elektrische en mechanische spanningen die door de motor worden gegenereerd te weerstaan, evenals de fysieke eisen van zijn werkomgeving, zoals extreme weersomstandigheden.
Stator
De stator bevat de geïsoleerde wikkelingen voor de drie fasen van de motor.
De elektrische stroom die door deze wikkelingen stroomt, is wat ervoor zorgt dat de rotor draait.
De statorkern is meestal gemaakt van ijzer om belastingverliezen te verminderen.
Warmtewisselaar
Radiatorvinnen vergroten het oppervlak van de motorbehuizing. Een groter oppervlak maakt het mogelijk dat warmte sneller wordt verwijderd door de geforceerde luchtstroom van de ventilator.
Aansluitklem
De driefasige voeding en aardkabel zijn aangesloten op de klemmenstrook. Elk van de drie fasen van de motor moet correct worden aangesloten op de inkomende voeding. Motoren worden aangesloten in een ster- of deltawikkelingconfiguratie.
Klemmenbehuizing
De klemmenbehuizing beschermt de aansluitplaat en elektrische verbindingen tegen schade door vreemde voorwerpen zoals water.
Hijsoog
Het hijsoog maakt het mogelijk om de motor te verplaatsen met behulp van een strop, touw, kraan, kettingblok of kabel, enz. Het is een vereiste als de motor te groot is om alleen met handarbeid te worden verplaatst. Meerdere hijsogen kunnen worden gebruikt voor grote motoren.
Pakking
Meestal gemaakt van rubber of karton. De pakking wordt 'samengeperst' tussen de twee metalen oppervlakken om een afgesloten ruimte te creëren. De pakking voorkomt dat water of verontreinigingen tussen de metalen oppervlakken en in de klemmenbehuizing doordringen.
Voeten / Basis
Het volledige gewicht van de motor wordt via de voeten overgebracht naar de structuur of de grond. De basis heeft gaten of kanalen erin geboord om de uitlijning en bevestiging van de motor mogelijk te maken.
Rotoras
De rotoras verbindt de rotor met de lagers, ventilator en belasting. Bij installatie wordt de rotor soms gekoeld en de lagers verwarmd om eenvoudige montage mogelijk te maken (alleen voor kleine motoren).
Rotor
De rotorkern is gemaakt van stalen lamellen. Het magnetische veld dat door de statorwikkelingen wordt gecreëerd, werkt in op de rotor en zorgt ervoor dat deze draait. Het type rotor dat in dit voorbeeld wordt gebruikt, is een kooirotor (kooi van eekhoornmotor).
Assleutel
De assleutel is de enige verbinding tussen de rotoras en de aangedreven belasting, het is dus van essentieel belang dat de sleutel de volledige belastingseigenschappen van de motor kan weerstaan zonder te falen.
Eindring
De eindring wordt gebruikt om de stalen lamellen samen te drukken.
Assleuf
De assleutel zit in deze groef.
Stofafdichting
Afhankelijk van het ontwerp kan een rubberen stofafdichting in deze ruimte zitten. De afdichting vermindert het risico dat verontreinigingen de motorbehuizing binnendringen. De afdichting wordt tussen de rotoras en het motor einddeksel geperst.
Gerelateerde Online Technische Cursussen
Basisprincipes van Inductiemotoren
Inleiding tot Elektrische Transformatoren
Aanvullende Bronnen
https://en.wikipedia.org/wiki/Induction_motor
https://www.electrical4u.com/induction-motor-types-of-induction-motor
https://www.elprocus.com/induction-motor-types-advantages