Auf welchem Prinzip beruht die Funktionsweise eines Induktionsmotors?

Ein Induktionsmotor ist eine weit verbreitete Art von Wechselstrommotor, dessen Funktionsprinzip auf dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion basiert. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Erklärung, wie ein Induktionsmotor funktioniert:

1. Struktur

Ein Induktionsmotor besteht hauptsächlich aus zwei Teilen: dem Stator und dem Rotor.

Stator: Der Stator ist der stehende Teil, der in der Regel aus gelagerten Eisenkernen und in den Kerben des Eisenkerns eingebetteten Drehstromwicklungen besteht. Die Drehstromwicklungen sind an eine Drehstromquelle angeschlossen.

Rotor: Der Rotor ist der rotierende Teil, der in der Regel aus leitenden Stäben (meist Aluminium oder Kupfer) und Endringen besteht, die eine Eichhörnchenkäfigstruktur bilden. Diese Struktur wird als "Eichhörnchenkäfigrotor" bezeichnet.

2. Funktionsprinzip

2.1 Erzeugung eines rotierenden Magnetfeldes

Drehstromquelle: Wenn eine Drehstromquelle an die Statorwicklungen angelegt wird, werden Wechselströme in den Statorwicklungen erzeugt.

Rotierendes Magnetfeld: Gemäß dem Faradayschen Induktionsgesetz erzeugen die Wechselströme in den Statorwicklungen ein zeitlich veränderliches Magnetfeld. Da die Drehstromquelle eine Phasendifferenz von 120 Grad hat, interagieren diese Magnetfelder, um ein rotierendes Magnetfeld zu bilden. Die Richtung und Geschwindigkeit dieses rotierenden Magnetfeldes hängen von der Frequenz der Stromquelle und der Anordnung der Wicklungen ab.

2.2 Induzierter Strom

Durchschneiden von magnetischen Flusslinien: Das rotierende Magnetfeld durchschneidet die magnetischen Flusslinien in den Rotorleitern. Gemäß dem Faradayschen Induktionsgesetz induziert dies eine elektrische Spannung (EMF) in den Rotorleitern.

Induzierter Strom: Die induzierte EMF erzeugt einen Strom in den Rotorleitern. Da die Rotorleiter einen geschlossenen Kreis bilden, fließt der induzierte Strom durch die Leiter.

2.3 Erzeugung von Drehmoment

Lorentzkraft: Gemäß dem Lorentz-Kraftgesetz führt die Wechselwirkung zwischen dem rotierenden Magnetfeld und dem induzierten Strom in den Rotorleitern zu einer Kraft, die den Rotor zum Rotieren bringt.

Drehmoment: Diese Kraft erzeugt ein Drehmoment, das den Rotor in die Richtung des rotierenden Magnetfeldes rotieren lässt. Die Geschwindigkeit des Rotors liegt leicht unter der Synchronfrequenz des rotierenden Magnetfeldes, da ein gewisser Schlupf erforderlich ist, um ausreichend induzierten Strom und Drehmoment zu erzeugen.

3. Schlupf

Schlupf: Der Schlupf ist die Differenz zwischen der Synchronfrequenz des rotierenden Magnetfeldes und der tatsächlichen Geschwindigkeit des Rotors. Er wird durch die Formel ausgedrückt:

Wobei:

s der Schlupf ns die Synchronfrequenz (in Umdrehungen pro Minute)

nr die tatsächliche Geschwindigkeit des Rotors (in Umdrehungen pro Minute)

Synchronfrequenz: Die Synchronfrequenz 

ns wird durch die Frequenz 

f der Stromquelle und die Anzahl der Polpaare 

p im Motor bestimmt, berechnet mit der Formel:

4. Eigenschaften

Starteigenschaften: Beim Start liegt der Schlupf nahe bei 1, und der induzierte Strom in den Rotorleitern ist hoch, was ein großes Startdrehmoment erzeugt. Mit zunehmender Beschleunigung des Rotors nimmt der Schlupf ab, und der induzierte Strom und das Drehmoment nehmen ebenfalls ab.

Betriebseigenschaften: Im stationären Betrieb liegt der Schlupf in der Regel gering (0,01 bis 0,05), und die Geschwindigkeit des Rotors liegt nahe an der Synchronfrequenz.

5. Anwendungen

Induktionsmotoren werden aufgrund ihrer einfachen Struktur, zuverlässigen Funktion und einfachen Wartung in verschiedenen industriellen und häuslichen Anwendungen eingesetzt. Häufige Anwendungen umfassen Lüfter, Pumpen, Kompressoren und Förderbänder.

Zusammenfassung

Das Funktionsprinzip eines Induktionsmotors basiert auf dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Ein rotierendes Magnetfeld wird durch den Drehstrom in den Statorwicklungen erzeugt. Dieses rotierende Magnetfeld induziert einen Strom in den Rotorleitern, der ein Drehmoment erzeugt, wodurch der Rotor rotiert.