Was ist ein Squirrel Cage Induction Motor?

Was ist ein Käfigasynchronmotor?

Definition des Käfigasynchronmotors

Ein Käfigasynchronmotor ist ein Motor mit einem Rotor, der wie ein Käfig aussieht und auf Elektromagnetismus basiert. Der Rotor besteht aus einer stahllaminierten zylindrischen Anordnung, die ein hochleitfähiges Metall wie Aluminium oder Kupfer enthält. Wenn Wechselstrom durch die Statorwicklungen fließt, entsteht ein rotierendes Magnetfeld. Dieser Prozess induziert einen elektrischen Strom im Rotor, der sein eigenes Magnetfeld erzeugt, das mit dem Feld des Stators interagiert, um Drehmoment zu erzeugen.

Funktionsprinzip

Wenn eine Dreiphasenspannungsversorgung an die Statorwicklungen angelegt wird, entsteht ein rotierendes Magnetfeld im Raum. Die Geschwindigkeit, mit der das Magnetfeld rotiert, wird als Synchrongeschwindigkeit bezeichnet.

Dieses rotierende Magnetfeld induziert eine Spannung in den Rotorstäben, so dass der Kurzschlussstrom in den Rotorstäben beginnt zu fließen. Diese Rotorströme erzeugen ein eigenes Magnetfeld, das mit dem Magnetfeld des Stators interagiert. Nun versucht das Rotorfeld, das Gegenteil seiner Ursache zu tun, so dass der Rotor beginnt, dem rotierenden Magnetfeld zu folgen.

Wenn der Rotor das rotierende Magnetfeld einfängt, fällt der Rotorstrom auf Null, da es keine relative Bewegung mehr zwischen dem rotierenden Magnetfeld und dem Rotor gibt. Daher beträgt die Tangentialkraft auf dem Rotor in diesem Moment Null, so dass der Rotor vorübergehend verlangsamt wird. Nachdem der Rotor verlangsamt wurde, wird die relative Bewegung zwischen Rotor und rotierendem Magnetfeld wieder hergestellt, so dass der Rotorstrom erneut induziert wird. Als Ergebnis erholt sich die Tangentialkraft der Rotation des Rotors erneut, so dass der Rotor wieder dem rotierenden Magnetfeld folgt, wodurch der Rotor eine konstante Geschwindigkeit beibehält, die nur geringfügig niedriger ist als die Geschwindigkeit des rotierenden Magnetfelds oder die Synchrongeschwindigkeit.

Die Schlupfzahl misst die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem rotierenden Magnetfeld und dem Rotor. Die Frequenz des Rotorstroms entspricht der Schlupfzahl multipliziert mit der Netzfrequenz.

Aufbau des Käfigasynchronmotors

Der Käfigasynchronmotor besteht aus den folgenden Teilen:

• Stator

• Rotor

• Lüfter

• Lager

Stator

Er besteht aus einer Drehstromwicklung mit einem Eisenkern und einer Metallhülle. Die Position der Wicklung macht sie elektrisch und mechanisch 120° im Raum voneinander entfernt. Die Wicklungen sind auf einem gelaminierten Eisenkern montiert und bieten einen niederohmigen Weg für den durch den Wechselstrom erzeugten magnetischen Fluss.

Rotor

Es ist der Teil des Motors, der sich drehen wird, um bei einer bestimmten Menge an elektrischer Energie einen mechanischen Ausgang zu liefern. Die Nennleistung des Motors ist in PS auf dem Typenschild angegeben. Er besteht aus einer Welle, kurzgeschlossenen Kupfer/Aluminiumstäben und einem Eisenkern. Der Rotorkern ist gelaminiert, um Verluste durch Wirbelströme und Hysterese zu vermeiden. Die Leiter sind geneigt, um den Klemmeffekt während des Startvorgangs zu vermeiden und eine bessere Umwandlungsrate zwischen Stator und Rotor zu ermöglichen.

Lüfter

Der Lüfter ist am hinteren Ende des Rotors angebracht, um den Wärmeaustausch zu gewährleisten, so dass die Temperatur des Motors innerhalb der Grenzwerte bleibt.

Lager

Die Lager dienen als Grundlage für die Bewegung des Rotors und sorgen für eine reibungsarme Drehung des Motors.

Anwendung des Käfigasynchronmotors

• Zentrifugalpumpe

• Industrielle Antriebe (z.B. für Förderbänder)

• Große Gebläse und Lüfter

• Werkzeugmaschinen

• Drehmaschinen und andere Drehgeräte

Vorteile von Käfigasynchronmotoren

• Sie sind kostengünstig

• Erfordern weniger Wartung (da es keine Gleitringe oder Bürsten gibt)

• Gute Drehzahlregelung (sie halten eine konstante Drehzahl)

• Hohe Effizienz beim Umwandeln von elektrischer in mechanische Energie (im Betrieb, nicht beim Start)

• Bessere Wärmeregulierung (d.h. es wird nicht so heiß)

• Kompakt und leicht

• Explosionsgeschützt (da es keine Bürste gibt, die Funkenrisiken beseitigt)

Nachteile von Käfigasynchronmotoren

• Sehr schlechte Drehzahlregelung

• Obwohl sie sehr energieeffizient sind, wenn sie unter vollem Lastbetrieb laufen, verbrauchen sie beim Start viel Energie

• Sie sind empfindlicher gegenüber Schwankungen der Versorgungsspannung. Wenn die Versorgungsspannung reduziert wird, verbraucht die Induktionsmaschine mehr Strom. Bei Spannungsspitzen führt die Spannungserhöhung zur Sättigung der magnetischen Bauteile des Käfigasynchronmotors

• Sie haben das Merkmal eines hohen Anfangsstroms und eines unterschiedlichen Anfangsdrehmoments (der Anfangsstrom kann 5-9 mal höher als der Vollaststrom sein; das Anfangsdrehmoment kann 1,5-2 mal höher als das Vollastdrehmoment sein)

Konstruktive Änderungen

Durch Änderung der Form der Rotorstäbe können die Leistungsmerkmale des Motors, wie Drehzahl und Drehmoment, leicht an spezifische Anforderungen angepasst werden.

Zusammenfassung

Bei der Auswahl eines Käfigasynchronmotors müssen Faktoren wie Lasttyp, Strom- und Spannungsanforderungen, Umwelt- und klimatische Bedingungen, Schutzstufe und explosionsgeschützte Anforderungen sowie Wartungs- und Instandhaltungsanforderungen berücksichtigt werden. Zunächst muss gemäß dem tatsächlichen Lasttyp der geeignete Motor ausgewählt werden, z.B. für hohe Drehmomente und niedrige Drehzahlen kann ein leistungsstärkerer Motor gewählt werden; für hohe Drehzahlen und niedrige Drehmomente sollte ein Motor mit geringerer Leistung gewählt werden. Gleichzeitig müssen die Anforderungen an Strom und Spannung berücksichtigt werden, damit die Leistung und Spannungsebenen des Motors den tatsächlichen Anwendungsszenarien entsprechen.