Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav intresseradmenejnörd 01 feb 2009 16:22

Den trefasiga asynkronmotorn eller "trefasinduktionsmotorn"

Hejsan grabbar och kanske tjejer med! :D

Asynkronmotorn har intresserat mig sedan jag för första gången såg närmare på den. Det var för ganska länge sedan, någon gång på sjuttiotalet tror jag när jag för första gången öppnade en sådan för att se hur den såg ut inuti och med det kunna konstatera hur den fungerade. Det gick inte alls. Jag stod bara där och liksom kliade mig i huvudet: Hur i h-e fungerar det här? Det fanns ju inget annat i den än den där runda järnklumpen som snurrade och en lindning i motorhuset.

I familjens bokhylla stod en upplaga av Nordisk Familjebok som jag greppade förtvivlat för att få klarhet. Under rubriken "Elektriska maskiner" hittade jag ett antal sidor. Jag läste igenom sidorna många gånger men fick aldrig något grepp om det då. Kunde bara inte förstå och det var så mycket runt om kring det hela som var så komplicerat. Jag var väl c:a 20 år då. Åren gick och kanske jag snappade upp lite då och då. För några år sedan tog jag upp ämnet på nytt och det var i samband med en studietid på Komvux där jag mer allmänt lärde mig hämta information ur texter. Med ett stort intresse grep jag nu mig an problemet. Åtskilliga timmar ägnades i diverse böcker åt Tesla's geniala uppfinning som vidareutveckades i Sverige av Jonas Wenström och som bidrog till ASEA:s storhet. Tyvärr gick dessa studier ibland före läxläsningen i övrigt, men utan tiden på KomVux, där jag bl.a. fick lära mig använda en dator, och införskaffade mig så småningom en egen, så hade nog aldrig den här tråden blivit till.

Nu upplever jag en viss behärskning av den enkla asynkronmotorn som ändå är så svår att fullständigt förstå. Genom att i böcker ta del av andras erfarenheter, och själv rent praktiskt, gjorde jag "studier av verkligheten". Sådant kallas empirism fick jag lära mig på KomVux.


Med bakgrund till att asynkronmotorn diskuteras på en annan tråd för tillfället tänkte jag redogöra några viktiga grunder vilka gör asynkronmotorn lättare att begripa.

1. Rotorn i en asynkronmotor har inga utbildade magnetpoler eftersom den magnetiseras med växelström som med frekvensen i hz växlar mellan nord- och sydpol. Rotorns magnetisering sker genom induktion från statorn. Frekvensen på rotorströmmen är inte nätets frekvens, utom när rotorn är stilla. Frekvensen i rotorn är proportionellt lika med varvtalsskillnaden mellan rotorn och det men nätfrekvensen synkront roterande magnetflödet i statorn. När motorn är i drift så är frekvensen på rotorströmmen mycket låg. Kanske 1-5 hz d.v.s. nästan likström. Det som kan tolkas som poler på rotorn är endast materialet (den laminerade järnkärnan) som finns mellan de strömförande rotorstavarna. Motorn som visas på den andra tråden har en s.k. kortsluten bur-rotor. Genom att vidareutveckla tekniken har man kunnat bygga frekvensomformaren som används bl.a. vid högvarviga asynkronmotordrivna träbearbetningsmaskiner exempelsvis en tappfräs.

2. Statorn har heller inga utbildade och synliga poler. Hastigheten på det roterande magnetflödet i statorn bestäms av nätfrekvensen (hz) och statorlindningens konstruktion. Den hastigheten är synkron med nätfrekvensen. Det är alltså hur statorn är lindad som avgör om motorn vid fullt effektuttag och 50 hz t.ex. gör 2880 r/m eller 1440 r/m eller som man mer rätt beskriver att den är 2- eller 4-polig. Rotorn måste gå lite saktare annars uppstår ingen induktion som kan göra en magnetisk. Den lilla varvtalsskillnad som är mellan rotorn och det med nätet synkront roterande magnetflödet i statorn kallas eftersläpning. Eftersläpningen vill man hålla så låg som möjligt eftersom den orsakar värmeutveckling som minskar motorns verkningsgrad. Maskinen har fått namnet asynkronmotor därför att verkningssättet bygger på att rotorn inte är magnetiskt synkront förbunden med statorns roterande magnetflöde.

Är ni med nu? När motorn belastas sjunker varvtalet. Det medför att frekvensen på rotorströmmen ökar och med högre frekvens ökar även induktionen till rotorn. Den ökade induktionen ökar rotorns magnetisering som i sin tur ökar rotorns bindning till statorns med nätfrekvensen roterande magnetflöde. Därmed ökar också motorns vridande moment. Momentökningen pågår ända tills motorn börja "tjippa" och detta moment blir det högsta vridande moment som motorn kan avge. Följakligen kallas detta moment för kippmoment.

Jag nämnde tidigare att man eftersträvar en låg eftersläpning för att undvika alltför stor värmeutveckling. Om motorn tillförs en lägre matningsspänning än vad den är avsedd för ökar eftersläpningen och därmed värmeutvecklingen. Därför kan en asynkronmotor paradoxalt nog bli överhettad om den matas med för låg spänning när den är belastad. Det är något som man kanske vanligtvis inte tänker på. Därför använder man skyddsanordningar som kan bryta strömmen s.k. underspänningsutlösning vid drift av större asynkronmotorer. T.ex. en större luftkompressor som står i ett kompressorrum utan annan övervakning.

Ni förstår kanske nu varför asynkronmotorn har så hög startström. Det beror alltså på att induktionen är högst i startögonblicket eftersom nätfrekvensen uppstår i den kortslutna rotorn därför den inte roterar just då. Följaktligen blir det då även "kortslutning" i statorn vilken begränsas av statorns induktiva motstånd. Tilläggas i sammanhanget kan göras att startströmmen minskar med ökat poltal. En 8-polig asynkronmotor har betydligt lägre startström än en 2-polig. Detta på grund av att antalet lindningshärvor ökar med poltalet, därmed ökar också det induktiva motståndet. Statorn i sig är också en drossel. Vid ökat poltal ökar motorns behov av reaktiv effekt därmed blir motorns märkström större. Kanske måste då ledningsarean ökas och kanske måste också något större säkringar användas.

Reaktiv effekt och reaktiv ström är en annan viktig del i sammanhanget. Den går inte att mäta, vad jag vet, den räknas istället ut matematiskt. Det går att göra med ett ganska enkelt diagram där man mäter vinklar och längder på diagrammets axlar och kan på så sätt skilja den aktiva strömmen från den reaktiva. En bild på ett sådant diagram som jag gjorde då finns nedan.

vektordiagram.JPG
Studera hur effektfaktorn påverkar strömmens storlek och hur den kan skiljas i aktiv- och reaktiv ström
vektordiagram.JPG (146.25 KB) Visad 10312 gånger


En viss motors behov av reaktiv effekt anges med motorns effektfaktor och den brukar vara angiven på motorns typskylt. Ex. kan det stå: Cos fi = 0,86 och det är ett förhållande mellan den aktiva och den reaktiva strömmens vinklar, vilket går att mäta på vektordiagrammet. Skulle faktorn vara "1" är strömmen helt aktiv, och "0" strömmen helt reaktiv. Motorns effektfaktor är beroende av tillförda spänningen. Ändras spänningen så ändras också effektfaktorn och strömstyrkan. Rent generellt kan man säga att spänningen inte bör avvika mer än 5 % än den som anges på motorns typskylt. Äldre 380 V motorer går därmed alldeles utmärkt att använda på det nya 400 V nätet. Det som händer är att magnetiseringen ökar något medans eftersläpningen minskar något. Vilket även kan uttryckas som att järnförlusterna ökar men rotorförlusterna minskar. Skillnaderna i de båda förlusterna tar i stort sett ut varandra vid mindre spänningsavvikelser som den här.



Nu mer konkret till daniel.h och han projekt som jag kan likna vid en större tre-fasig cykelgenerator.

Den kommer säkert att med bättre eller sämre resultat fungera så småningom men den blir omöjlig att spänningsreglera eftersom den magnetiseras med permanentmagneter.

Ställer mig dock tvivlande till om det går med lyckat resultat att ta vilket statorhus som helst från en asynkronmotor och sätta t.ex. en 4-polig magnetrotor i. I så fall måste man nog förvissa sig om att statorlindningens uppbyggnad stämmer överens med magnetrotorns antal poler eftersom statorn är olika uppbyggd beroende på vilket poltal asynkronmotorn har. Ett råd jag kan ge är att ringa till en lindarverkstad, t.ex. BEVI i Blomstermåla och be att få tala med någon tekniskt kunnig på lindarverkstaden. De borde veta något om det här.

Jag gissar på att motorns poltal måste stämma med magnetrotorns poltal, men säker är jag inte. Det fordras en mer kunnig inom området än jag för att svara på det.

Kritik, kommentarer, synpunkter och frågor är mycket välkomna. Det här är ett ämne värt att diskutera tycker jag i synnerhet med tanke på att asynkronmotorn även fungerar omvänt som generator. Som generator används den ofta till vindkraftverk, mindre reservelverk och i mindre vattenkraftstationer. Den kallas då asynkrongenerator och anpassas konstruktionsmässigt efter sitt ändamål men några större skillnader gentemot asynkronmotorn är det inte så vitt jag vet.

Jag ska sluta med en intressant fråga:
Är det någon som kan tala om varför rotorstavarna och rotorspåren inte är parallella med rotorn utan istället är något vridna i spiralform?

Ledtrådar:
1. Den som svarar rätt har kanske tittat lite närmare på historien när asynkronmotorn konstruerades.
2. Spiralformen fyller ingen funktion när asynkronmotorn används som generator.


En gammal mindre ASEA släpringad asynkronmotor finns på golvet som prydnad i mitt ganska röriga sovrum. Tycker det är tråktigt att den ska behöva stå på golvet så jag är på jakt efter en kraftig pidestal att ställa den på för jag tycker den förtjänar en mer upphöjd status. Kanske är jag lite "nörd" i alla fall. :oops:

asea_bok_1.JPG
Bok för "entusiasten"
asea_bok_1.JPG (142.44 KB) Visad 10354 gånger


asea_bok_2.JPG
Boken uppslagen
asea_bok_2.JPG (148.89 KB) Visad 10293 gånger
Senast redigerad av intresseradmenejnörd 01 jul 2009 01:44, redigerad totalt 1 gång.
intresseradmenejnörd
 
Inlägg: 57
Blev medlem: 20 nov 2008 04:52

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav KennethE 01 feb 2009 16:51

Tack för ett mycket lärorikt inlägg, det kan även vara värt att läsa om asynkronmotorn på wikipedia. Där finns även fler informativa bilder.

Borde det inte vara optimalt vid ombyggnad till generator att ha lika många magneter som stavar i rotorn? Då borde det väl alltid stämma med antalet poler hos statorn? Eller tänker jag fel?
Lättjan är uppfinningarnas moder.
KennethE
 
Inlägg: 1361
Blev medlem: 15 dec 2008 16:15
Ort: Lindome

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav intresseradmenejnörd 01 feb 2009 20:28

Hej Kenneth E! :D

Tack för din kommentar. Du blev först (som vanligt?). Jag gillar dig men jag tror du tänker fel. :wink: Jag tror du tänker "synkronmaskin" i stället för "asynkronmaskin". Själva grejen är att det inte finns några utbildade poler i asynkronmaskinens rotor som jag nämnde först i inlägget. Det är med tanke på detta som jag fick idén att skriva inlägget.

Tack för länken. Jag besökte den genast. Tyvärr var det engelsk text och engelska är inte mitt största intresse. Läste Engelska A på KomVux och efter två terminer lyckades jag få ett Godkänt (G). :| Fattar inte hur men lärarinnan var nog snäll.

Hittade en mycket väl schematiskt beskrivande .gif-bild på Wiki-länken. Jag klistrar in den här nedan i .jpg format för jag kunde inte se något copyright förbehåll. Betrakta bilden noga och tänk vidare. Tvivlar dock på om motorn på bilden fungerar i verkligheten eftersom statorlindningen inte följer hela cirkeln. I verkligheten ligger lindninghärvorna så att faserna hela tiden överlappar varandra runt stator-omkretsen.

P.S
Har alldeles själv kommit på att det går utmärkt att ändra på bilders filstorlek i Windows ritprogram "Paint". Det är bara att spara om bilden i ett annat format och det går att göra lite "hit och dit" och "fram och tillbaka" och få olika resultat. Dessutom försvinner bildens tilläggsinformation i det ljusgula fältet som visas när man för muspekaren över filnamnet.
Windows tilläggsprogram "Paint" och "Moviemaker" är "ulvar i fårakläder" enligt min mening, med dem går att göra mycket saker.
D.S.

Induction-motor.JPG
Tyvärr snurrar inte rotorn i .jpg format
Induction-motor.JPG (8.5 KB) Visad 10233 gånger
intresseradmenejnörd
 
Inlägg: 57
Blev medlem: 20 nov 2008 04:52

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav HJFF1969 01 feb 2009 21:35

Tack för en bra läsning!

Varför skulle inte rotorn kunna ha magnetpoler?
Även om det är växelspänning så finns där ju också en likspänning när rotorn roterar och "rider" på sinusvågarnas positiva flank, dessa flankar bildar en flodvåg av roterande sinusvågspositiva vågar, en likspänning sett ur rotorns synvinkel.

Som jag fantiserar så induceras och magnetiseras rotorn N/S från i det här fallet ett roterande fält (3-fas), Nord/Syd i rotorn kan ändras men remanensen gör att rotorn nästan fungerar som en permanentmagnet i min fantasi :D denna remanens tillsammans med ständig "magnetisering" gör att uppförsbacken i varje fas sinuskurva knuffar rotorn framför sig med en viss eftersläpning, eftersläpningen gör också att rotorns magnetpoler inte är konstanta utan också halkar efter, Den enda som håller koll är egentligen rotorn med dess remanens för den kan i a f hålla reda på vart den varit sist :)

Nu är det här bara en känsla och jag har troligtvis helt fel som vanligt, har ej heller någon teori eller länk att bevisa nåt med.
Användarvisningsbild
HJFF1969
 
Inlägg: 767
Blev medlem: 04 jan 2008 16:43

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav KennethE 01 feb 2009 22:00

En förklaringsmodell jag sett till hur asynkronmotorn fungerar är att stavarna fungerar som kortslutna lindningar som alltså drivs framåt genom samma princip som virvelströmmar.

För övrigt, bilderna på Wikipedia publiceras under en mycket generös licens, dem behöver man inte vara orolig för att använda. :-)
Lättjan är uppfinningarnas moder.
KennethE
 
Inlägg: 1361
Blev medlem: 15 dec 2008 16:15
Ort: Lindome

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav Göran 01 feb 2009 23:56

Tack, det här var underhållande läsning och du är nog minst lika mycket nörd som många andra här. :wink:

Asynkronmotorer är inte riktigt min grej, men svarvar man bort burlindningen och ersätter den med permanentmagneter, då blir jag intresserad. Så här ser min egen enfas asynkronmotor ut sedan den blivit en 12-polig trefas synkrongenerator. Jag misstänker att du som asynkronmotorfantast ser tilltag av det här slaget som rena helgerånet, så för att vara lite elak visar jag upp rotorn. :P

rotor300a.jpg
rotor300a.jpg (17.79 KB) Visad 10139 gånger
Användarvisningsbild
Göran
 
Inlägg: 4426
Blev medlem: 24 mar 2007 16:45
Ort: Vilhelmina

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav Göran 02 feb 2009 00:14

...glömde svara på frågan om varför burlindningen är vriden i en asynkronmotor.

Så här tror jag att det är.
Eftersom asynkronmotorn är en induktionsmotor drivs rotorn av den induktionsström som bildas i rotorns burlindning när ström går genom statorlindningarna. När en ström går genom en ledare (burlindningen) bildas en kraft i en viss riktning (lång,- pekfinger och tumme-modellen) och det får rotorn att rotera. Om aluminiumstavarna i rotorn, som fungerar som strömförande ledare, vore rakt ställda skulle motorn riskera att kugga fast eftersom de då skulle stå parallella med statorlindningarna, men genom att luta dem kommer man ifrån det problemet med kuggning vid start.
Man kan tycka att järnet runt aluminiumstavarna som utgör burlindningen också skulle fungera som ledare, men rotorn är gjord av transformatorplåt med många skivor isolerade från varandra och därför kan ström inte gå i längsgående riktning genom dem, parallellt med aluminiumstavarna. Om rotorn i en asynkronmotor vore gjord av massivt stål har jag svårt att tänka mig att den skulle fungera.

Vilket är priset? Vad har jag vunnit? :P
Användarvisningsbild
Göran
 
Inlägg: 4426
Blev medlem: 24 mar 2007 16:45
Ort: Vilhelmina

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav Göran 02 feb 2009 00:22

Jag kanske plockar bort det där med att kuggning vid start skulle hindra motorna att gå igång, men en lutande burlindning bör i alla fall ge en vibrationsfri gång eftersom man eliminerat problem med kuggning som annars bör uppstå vid rakt ställd burlindning.
Användarvisningsbild
Göran
 
Inlägg: 4426
Blev medlem: 24 mar 2007 16:45
Ort: Vilhelmina

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav KennethE 02 feb 2009 00:49

De är väl vridna för att den skall gå jämnare?
Lättjan är uppfinningarnas moder.
KennethE
 
Inlägg: 1361
Blev medlem: 15 dec 2008 16:15
Ort: Lindome

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav deepforest 02 feb 2009 01:57

Wikipedia


Akta er lite för wikipedia. Det är inga sanningar man hittar där......
Vem som helst får nämligen komma in med förslag på vad som ska stå där. Så, om nog många "tror sig" veta en sak (T.ex en myt) så kan den lätt bli en "sanning" :shock:
"Jag har aldrig haft så mycket besvär med någon annan människa som jag haft med mig själv"
Användarvisningsbild
deepforest
 
Inlägg: 1223
Blev medlem: 19 mar 2008 13:13
Ort: Ösa, Ås, Jämtland

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav deepforest 02 feb 2009 02:05

Om jag inte minns alldeles fel var det väl nån ryss som vidareutvecklade Teslas motor och gav den den där "buren" Sen kom ASEA in och förbättrade den ytterligare med snedställning av buren, mm förbättringar och blev världsledande på motorer...
"Jag har aldrig haft så mycket besvär med någon annan människa som jag haft med mig själv"
Användarvisningsbild
deepforest
 
Inlägg: 1223
Blev medlem: 19 mar 2008 13:13
Ort: Ösa, Ås, Jämtland

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav intresseradmenejnörd 02 feb 2009 03:42

Angående frågan om de snedställda rotorledarna:

Det är några år sedan jag läste om asynkronmotorn, men jag vill bestämt minnas att uppkomsten av de snedställda rotorledarna förklarades så här:

"När asynkronmotorn utvecklades så upptäckte man att rotorn plötsligt kunde "fastna" när motorn startades och skulle gå upp i varv. Rotorn blev "orubblig" och motorn brummade under det att värme utvecklades. Någon räknade ut att om rotorledarna inte var parallella med statorledarna så skulle denna olägenhet inte kunna ske."

Själv uppfattar jag rotor- och statorledarna även som "magnetlinjer" och om dessa hamnar i ett visst läge i förhållande till varandra i startskedet så kan motorn "låsa sig".

Om motorn dessutom går jämnare så är det nog en positiv följdeffekt.

Göran förklarade svaret på frågan som en "kuggning vid start" och det är väl ändå att träffa rätt direkt. Naturligtvis skulle det svaret gett "Första priset" men tyvärr ångrade han sig i ett efterföljande inlägg så priset måste anses förverkat. Mycket tråkigt för duktig verkar han vara. :D

Vid närmare eftertanke så vet jag att det förekommit permanentmagnetiserade växelströmsgeneratorer. Jag minns att när Triumph Trident 750 cc motorcykeln introducerades någon gång runt 1970 så hade den just en sådan generator och det var något nytt då. Spänningsregleringen löstes med en fartvindskyld Zenerdiod som satt under framlyktan. Den skulle motverka att batteriet inte kunde överladdas. Tidningen MC-Nytt hade ett reportage om det minns jag.
intresseradmenejnörd
 
Inlägg: 57
Blev medlem: 20 nov 2008 04:52

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav KennethE 02 feb 2009 11:42

Ang. Wikipedia så visade det sig ju när de kollade att den var mer korrekt än Encyclopedia Brittannica. Även professorer kan som bekant ha fel.

Med rak bur i asynkronmotorn kommer det att finnas korta lägen under varvet då den inte drivs i någon klar riktning, därav att den kunde fastna och även att den "kuggar" vid hög belastning. Med vriden bur kommer de korta lägen inte samtidigt efter hela burens längd vilket torde innebära att man med precis lagom vridning får ett konstant vridmoment under varvet vilket eliminerar problemet.

Rätt eller fel? :-)
Lättjan är uppfinningarnas moder.
KennethE
 
Inlägg: 1361
Blev medlem: 15 dec 2008 16:15
Ort: Lindome

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav KennethE 02 feb 2009 11:45

Förresten, ang. Wikipedia: Ett bra sätt att bättre bedöma trovärdigheten på en artikel i Wikipedia är att kolla artikelns diskussionssida och dess redigeringshistoria. Då ser man ifall ämnet är kontroversiellt vilket innebär att man får vara mer försiktig med att lita helt på innehållet i artikeln.
Lättjan är uppfinningarnas moder.
KennethE
 
Inlägg: 1361
Blev medlem: 15 dec 2008 16:15
Ort: Lindome

Re: Asynkronmotorn - Löjligt enkel men ändå så svår att förstå

Inläggav intresseradmenejnörd 02 feb 2009 12:01

"Med rak bur i asynkronmotorn kommer det att finnas korta lägen under varvet då den inte drivs i någon klar riktning, därav att den kunde fastna och även att den "kuggar" vid hög belastning. Med vriden bur kommer de korta lägen inte samtidigt efter hela burens längd vilket torde innebära att man med precis lagom vridning får ett konstant vridmoment under varvet vilket eliminerar problemet."


Jag tycker om beskrivningen ovan. Kan det vara så att "flera kockar ger en bättre soppa"? :P
intresseradmenejnörd
 
Inlägg: 57
Blev medlem: 20 nov 2008 04:52

Nästa

Återgå till El, elektronik, generatorer/motorer, regulatorer, vattenvärmning, m.m.

Vilka är online

Användare som besöker denna kategori: Inga registrerade användare och 1 gäst