Käfigläuferinduktionsmotor: Funktionsprinzip u. Anwendungen

Was ist Käfigläuferinduktionsmotor

Ein 3-Phasen-Käfigläuferinduktionsmotor ist eine Art dreiphasiger Induktionsmotor, der nach dem Prinzip des Elektromagnetismus arbeitet. Es wird ein ‚Käfigläufer‘ Motor genannt, weil der Rotor im Inneren davon – bekannt als ‚Käfigläufer Rotor‘ – sieht aus wie ein Käfigläufer.

Dieser Rotor ist ein Zylinder aus Stahlblechen, in dessen Oberfläche hochleitfähiges Metall (typischerweise Aluminium oder Kupfer) eingebettet ist. Wenn ein Wechselstrom durch die Statorwicklungen geführt wird, wird ein rotierendes Magnetfeld erzeugt.

Dies induziert einen Strom in der Rotorwicklung, der ein eigenes Magnetfeld erzeugt. Das Zusammenwirken der von den Stator- und Rotorwicklungen erzeugten Magnetfelder erzeugt ein Drehmoment am Kurzschlussläufer.

Ein großer Vorteil eines Käfigläufermotors ist, wie einfach Sie seine Drehzahl-Drehmoment-Eigenschaften ändern können. Dies kann durch einfaches Einstellen der Form der Stäbe im Rotor erfolgen. Käfigläuferinduktionsmotoren werden in der Industrie häufig eingesetzt – da sie zuverlässig, selbststartend und einfach einzustellen sind.

Funktionsprinzip des Käfigläuferinduktionsmotors

Wenn die Statorwicklung mit einer 3-Phasenversorgung versorgt wird, wird ein rotierendes Magnetfeld im Raum aufgebaut. Dieses rotierende Magnetfeld hat eine Geschwindigkeit, die als Synchrondrehzahl bezeichnet wird.

Dieses rotierende Magnetfeld induziert die Spannung in den Rotorstäben und damit beginnen Kurzschlussströme in den Rotorstäben zu fließen. Diese Rotorströme erzeugen ihr selbstmagnetisches Feld, das mit dem Feld des Stators wechselwirkt. Jetzt wird das Rotorfeld versuchen, sich seiner Ursache zu widersetzen, und daher beginnt der Rotor dem rotierenden Magnetfeld zu folgen.

In dem Moment, in dem der Rotor das rotierende Magnetfeld erfasst, fällt der Rotorstrom auf Null ab, da keine Relativbewegung mehr zwischen dem rotierenden Magnetfeld und dem Rotor stattfindet. Daher erfährt der Rotor in diesem Moment keine Tangentialkraft, daher verlangsamt sich der Rotor für den Moment.

Nach Abbremsen des Rotors stellt sich die Relativbewegung zwischen dem Rotor und dem rotierenden Magnetfeld wieder ein, wodurch wiederum Rotorstrom induziert wird. So wird wiederum die Tangentialkraft für die Drehung des Rotors wiederhergestellt, und daher beginnt der Rotor wieder dem rotierenden Magnetfeld zu folgen, und auf diese Weise behält der Rotor eine konstante Geschwindigkeit bei, die gerade kleiner ist als die Geschwindigkeit des rotierenden Magnetfelds oder die Synchrondrehzahl.

Der Schlupf ist ein Maß für die Differenz zwischen der Drehzahl des rotierenden Magnetfelds und der Rotordrehzahl. Die frequenz der rotor strom = slip × versorgung frequenz

Kurzschluss Induktionsmotor Bau

Ein Käfigläuferinduktionsmotor besteht aus folgenden Teilen:

• Stator
• Rotor
• Lüfter
• Lager

Stator

Es besteht aus einer 3-Phasenwicklung mit einem Kern und einem Metallgehäuse. Wicklungen sind so platziert, dass sie elektrisch und mechanisch 120o auseinander im Raum sind. Die Wicklung ist auf dem laminierten Eisenkern montiert, um einen niedrigen Reluktanzpfad für den erzeugten Fluss durch Wechselstromströme bereitzustellen.

Rotor

Es ist der Teil des Motors, der sich in einer Drehung befindet, um eine mechanische Leistung für eine bestimmte Menge elektrischer Energie zu liefern. Die Nennleistung des Motors ist auf dem Typenschild in PS angegeben. Es besteht aus einer Welle, kurzgeschlossenen Kupfer- / Aluminiumstäben und einem Kern.

Der Rotorkern ist laminiert, um Verlustleistung durch Wirbelströme und Hysterese zu vermeiden. Die Leiter sind schräg, um ein Verrasten während des Startvorgangs zu verhindern, und bieten ein besseres Übersetzungsverhältnis zwischen Stator und Rotor.

Lüfter

Ein Lüfter ist an der Rückseite des Rotors angebracht, um den Wärmeaustausch zu gewährleisten, und hält daher die Temperatur des Motors unter einem Grenzwert.

Lager

Lager sind zur verfügung gestellt als die basis für rotor motion, und die lager halten die glatte rotation der motor.

Anwendung von Käfigläuferinduktionsmotoren

Käfigläuferinduktionsmotoren werden häufig in vielen industriellen Anwendungen eingesetzt. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen der Motor eine konstante Drehzahl beibehalten, selbststartend sein oder wartungsarm sein muss.

Diese motoren sind allgemein verwendet in:

• Kreiselpumpen
• Industrielle Antriebe (z. laufen förderbänder)
• Große gebläse und fans
• Maschine werkzeuge
• Drehmaschinen und andere drehen ausrüstung

Vorteile von Eichhörnchen Käfig Induktion Motor

Einige vorteile von eichhörnchen käfig induktion motoren sind:

• Sie sind kostengünstig
• Erfordern weniger Wartung (da keine Schleifringe oder Bürsten vorhanden sind)
• Gute Geschwindigkeitsregelung (sie können eine konstante Geschwindigkeit beibehalten)
• Hohe Effizienz bei der Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie (während des Betriebs, nicht während des Startvorgangs)
• Haben eine bessere Wärmeregulierung (d. h. nicht so heiß)
• Kleine und leichte
• Explosion proof (wie es sind keine bürsten, die beseitigen die risiken von funken)

Nachteile des Käfigläuferinduktionsmotors

Obwohl Käfigläufermotoren sehr beliebt sind und viele Vorteile haben, haben sie auch einige Nachteile. Einige Nachteile von Kurzschluss-Induktionsmotoren sind:

• Sehr schlechte Drehzahlregelung
• Obwohl sie bei Volllaststrom energieeffizient sind, verbrauchen sie beim Start viel Energie
• Sie reagieren empfindlicher auf Schwankungen der Versorgungsspannung. Wenn die Versorgungsspannung reduziert wird, zieht der Induktionsmotor mehr Strom. Während Spannungsspitzen sättigt eine Erhöhung der Spannung die magnetischen Komponenten des Käfigläuferinduktionsmotors
• Sie haben einen hohen Anlaufstrom und ein schlechtes Anlaufmoment (der Anlaufstrom kann das 5- bis 9-fache des Volllaststroms betragen; Das Anlaufmoment kann 1 betragen.5-2 mal die volllast drehmoment)

Unterschied zwischen Käfigläufer und Schleifring-Induktionsmotor

Während Schleifring-Induktionsmotoren (auch als Wickelläufermotor bekannt) nicht so beliebt sind wie Käfigläufer-Induktionsmotoren, haben sie einige Vorteile.

Unten ist eine vergleichstabelle von kurzschlusskäfig vs wunde rotor typ motoren:

	Käfigläufermotor	Schleifringmotor
Kosten	Niedrig	Hoch
Wartung	Niedrig	Hoch
Drehzahlregelung	Schlecht	Gut
Effizienz beim Start	Schlecht	Gut
Wirkungsgrad im Betrieb	Gut	Schlecht
Wärmeregulierung	Gut	Schlecht
Im rush current & drehmoment	Hoch	Niedrig

Klassifizierung von Käfigläuferinduktionsmotoren

NEMA (National Electrical Manufacturer’s Association) in den USA und IEC in Europa hat das Design der Käfigläuferinduktionsmotoren basierend auf ihren Drehzahl-Drehmoment-Eigenschaften in einige Klassen eingeteilt. Diese Klassen sind Klasse A, Klasse B, Klasse C, Klasse D, Klasse E und Klasse F.

Klasse A >

1. Ein normales Anlaufmoment.
2. Ein normaler Anlaufstrom.
3. Geringer Schlupf.
4. In dieser Klasse liegt das Auszugsmoment immer bei 200 bis 300 Prozent des Volllastmoments und es tritt bei einem geringen Schlupf auf (er beträgt weniger als 20 Prozent).
5. Für diese Klasse entspricht das Anlaufdrehmoment dem Nenndrehmoment für größere Motoren und beträgt etwa 200 Prozent oder mehr des Nenndrehmoments für die kleineren Motoren.

Klasse B Design

1. Normalen anlaufmoment,
2. Niedrigeren anlaufstrom,
3. Niedrigen slip.
4. Der Induktionsmotor dieser Klasse erzeugt ungefähr das gleiche Anlaufmoment wie der Induktionsmotor der Klasse A.
5. Das Auszugsmoment ist immer größer oder gleich 200 Prozent des Nennlastmoments. Aber es ist weniger als das der Klasse A Design, weil es eine erhöhte Rotorreaktanz hat.
6. Auch hier ist der Rotorschlupf bei Volllast noch relativ gering (weniger als 5 Prozent).
7. Anwendungen des Klasse-B-Designs ähneln denen für Design A. Design B wird jedoch aufgrund seiner geringeren Anlaufstromanforderungen mehr bevorzugt.

Klasse C Design

1. Hohe anlaufmoment.
2. Niedrige Anlaufströme.
3. Geringer Schlupf bei Volllast (weniger als 5 %).
4. Bis zu 250 Prozent des Vollastmoments beträgt das Anlaufmoment in dieser Bauartklasse.
5. Das Auszugsmoment ist geringer als bei Induktionsmotoren der Klasse A.
6. Bei dieser Bauart werden die Motoren aus Doppelkäfigrotoren gebaut. Sie sind teurer als Motoren der Klassen A und B.
7. Konstruktionen der Klasse C werden für Lasten mit hohem Anlaufmoment (belastete Pumpen, Kompressoren und Förderer) verwendet.

Klasse D Design

1. In diesem Design von Klasse motoren hat sehr hohe anlaufmoment (275 prozent oder mehr der bewertet drehmoment).
2. Ein niedriger Anlaufstrom.
3. Ein hoher Schlupf bei Volllast.
4. Auch in dieser Bauartklasse verschiebt der hohe Rotorwiderstand das Spitzendrehmoment auf eine sehr niedrige Drehzahl.
5. Sogar bei Drehzahl Null (100 Prozent Schlupf) kann in dieser Bauartklasse das höchste Drehmoment auftreten.
6. Volllastschlupf (er beträgt typischerweise 7 bis 11 Prozent, kann aber bis zu 17 Prozent oder mehr betragen) ist in dieser Konstruktionsklasse aufgrund des hohen Rotorwiderstands immer recht hoch.

Class E Design

1. Sehr niedriges Anlaufmoment.
2. Normalen Anlaufstrom.
3. Geringer Schlupf.
4. Kompensator oder Widerstandsstarter werden zur Steuerung des Anlaufstroms verwendet.

Klasse F Design

1. Niedrigen Anlaufmoment, 1,25 mal von volllast drehmoment, wenn volle spannung angelegt wird.
2. Niedriger Anlaufstrom.
3. Normaler Schlupf.