Oravahäkin induktiomoottori: toimintaperiaate & Sovellukset

mikä on Oravahäkin induktiomoottori

3-vaiheinen oravahäkin induktiomoottori on eräänlainen kolmivaiheinen induktiomoottori, joka toimii sähkömagnetismin periaatteella. Sitä kutsutaan ”oravahäkin” moottoriksi, koska sen sisällä oleva roottori – joka tunnetaan nimellä ”oravahäkin roottori” – näyttää oravahäkiltä.

tämä roottori on teräslaminaatiosylinteri, jonka pintaan on upotettu hyvin johtavaa metallia (tyypillisesti alumiinia tai kuparia). Kun staattorin käämien läpi johdetaan vaihtovirta, syntyy pyörivä magneettikenttä.

tämä indusoi roottorin käämiin virran, joka tuottaa oman magneettikenttänsä. Staattorin ja roottorin käämien tuottamien magneettikenttien vuorovaikutus tuottaa vääntömomentin oravahäkin roottoriin.

oravahäkkimoottorin yksi suuri etu on se, kuinka helposti sen nopeus-vääntömomenttiominaisuuksia voi muuttaa. Tämä voidaan tehdä yksinkertaisesti säätämällä roottorin tankojen muotoa. Oravahäkin induktiomoottoreita käytetään paljon teollisuudessa – koska ne ovat luotettavia, itsestään käynnistyviä ja helposti säädettäviä.

Oravahäkin induktiomoottorin toimintaperiaate

kun staattorin käämille annetaan 3-vaihesyöttö, se asettaa pyörivän magneettikentän avaruuteen. Tällä pyörivällä magneettikentällä on nopeus, jota kutsutaan synkroniseksi nopeudeksi.

Tämä pyörivä magneettikenttä indusoi roottoritangoissa olevan jännitteen, minkä vuoksi roottoritangoissa alkaa virrata oikosulkuvirtoja. Nämä roottorivirrat synnyttävät itsemagneettikenttänsä, joka vuorovaikuttaa staattorin kentän kanssa. Nyt roottorikenttä yrittää vastustaa aiheuttajaansa, ja siksi roottori alkaa seurata pyörivää magneettikenttää.

momenttiroottori nappaa pyörivän magneettikentän roottorin virta laskee nollaan, koska pyörivän magneettikentän ja roottorin välillä ei ole enää suhteellista liikettä. Näin ollen tällä hetkellä roottori kokee nolla tangentiaalinen voima siten roottori hidastuu tällä hetkellä.

roottorin hidastumisen jälkeen roottorin ja pyörivän magneettikentän välinen suhteellinen liike palautuu, joten roottorivirta indusoituu jälleen. Niinpä jälleen roottorin pyörimisen tangentiaalinen voima palautuu, ja siksi taas roottori alkaa seurata pyörivää magneettikenttää, ja tällä tavoin roottori ylläpitää vakionopeutta, joka on hieman pienempi kuin pyörivän magneettikentän tai synkronisen nopeuden nopeus.

liukkaus on pyörivän magneettikentän nopeuden ja roottorin nopeuden eron mitta. Roottorivirran taajuus = liuku × syöttötaajuus

Oravahäkin Induktiomoottorirakenne

oravahäkin induktiomoottori koostuu seuraavista osista:

• staattori
• roottori
• puhallin
• Laakerit

staattori

se koostuu 3-vaihekäämistä, jossa on ydin ja metallikotelo. Käämit on sijoitettu siten, että ne ovat sähköisesti ja mekaanisesti 120o: n päässä toisistaan avaruudessa. Käämitys on asennettu laminoituun rautasydämeen, jotta vaihtovirtojen tuottama vuo saadaan alhaiseksi vastahakoisuudeksi.

roottori

se on se moottorin osa, joka on pyörimisliikkeessä antamassa mekaanista tehoa tietylle määrälle sähköenergiaa. Moottorin nimellisteho mainitaan nimikilvessä hevosvoimina. Se koostuu akseli, oikosulku kupari / alumiini baareja, ja ydin.

roottorin ydin laminoidaan pyörrevirtojen ja hystereesin aiheuttaman tehohäviön välttämiseksi. Johtimet ovat vinossa, jotta ne eivät kytkeydy käytön aikana ja antavat paremman muunnossuhteen staattorin ja roottorin välille.

puhallin

roottorin takasivulle on kiinnitetty puhallin lämmönvaihtamiseksi, ja näin ollen se pitää moottorin lämpötilan rajoitetusti.

Laakerit

laakerit toimivat roottorin liikkeen pohjana,ja laakerit pitävät moottorin tasaisen pyörimisen.

Oravahäkin induktiomoottorin käyttö

Oravahäkin induktiomoottoreita käytetään yleisesti monissa teollisissa sovelluksissa. Ne soveltuvat erityisen hyvin sovelluksiin, joissa moottorin on ylläpidettävä vakionopeutta, oltava itsestään käynnistyvä tai haluttava vähän huoltoa.

näitä moottoreita käytetään yleisesti:

• keskipakopumput
• Teollisuuspumput (esim. liukuhihnojen pyörittämiseen)
• Suuret puhaltimet ja puhaltimet
• työstökoneet
• sorvit ja muut sorvauslaitteet

Oravahäkin induktiomoottorin edut

joitakin oravahäkin induktiomoottoreiden etuja ovat:

• ne ovat edullisia
• vaativat vähemmän huoltoa (koska liukurenkaita tai harjoja ei ole)
• hyvä nopeudensäätö (ne pystyvät pitämään tasaisen nopeuden)
• korkea hyötysuhde sähköenergian muuntamisessa mekaaniseksi energiaksi (ajon aikana, ei käynnistyksen aikana)
• niillä on parempi lämmönsäätely (ts. don ’ t get as hot)
• pieni ja kevyt
• räjähdyssuojattu (koska ei ole harjoja, jotka poistaisivat kipinöinnin riskit)

Oravahäkin induktiomoottorin haitat

vaikka oravahäkin moottorit ovat hyvin suosittuja ja niillä on monia etuja – niillä on myös joitakin varjopuolia. Joitakin haittoja oravan häkki induktiomoottorit ovat:

• erittäin huono nopeudensäätö
• vaikka ne ovat energiatehokkaita käydessään täydellä kuormitusvirralla, ne kuluttavat paljon energiaa käynnistettäessä
• ne ovat herkempiä syöttöjännitteen vaihteluille. Kun syöttöjännitettä vähennetään, induktiomoottori vetää enemmän virtaa. Jännitepiikeissä jännitteen nousu kyllästää oravahäkin induktiomoottorin magneettiset komponentit
• niillä on suuri käynnistysvirta ja huono Käynnistysmomentti (käynnistysvirta voi olla 5-9 kertaa täysi Kuormitusvirta; Käynnistysmomentti voi olla 1.5-2 kertaa täyden kuormituksen vääntömomentti)

ero Oravahäkin ja Liukurengasinduktiomoottorin välillä

vaikka liukurengasinduktiomoottorit (tunnetaan myös nimellä haavaroottorimoottori) eivät ole yhtä suosittuja kuin oravahäkin induktiomoottorit, niillä on muutamia etuja.

alla on vertailutaulukko oravahäkistä ja haavan roottorityyppisistä moottoreista:

	Oravahäkkimoottori	Liukurengasmoottori
kustannukset	Alhainen	Korkea
kunnossapito	Alhainen	Korkea
nopeusvalvonta	huono	hyvä
tehokkuus käynnistyksessä	huono	hyvä
tehokkuus käytön aikana	hyvä	huono
lämmönsäätely	hyvä	huono
kiirevirrassa & vääntömomentti	Suuri	Alhainen

Oravahäkin induktiomoottorin luokitus

Nema (National Electrical Manufacturer ’ s Association) Yhdysvalloissa ja IEC Euroopassa on luokitellut oravahäkin induktiomoottoreiden rakenteen niiden nopeus-vääntömomenttiominaisuuksien perusteella joihinkin luokkiin. Nämä luokat ovat luokka A, luokka B, luokka C, luokka D, luokka E ja luokka F.

luokan A rakenne

1. normaali Käynnistysmomentti.
2. normaali käynnistysvirta.
3. Low slip.
4. tässä luokassa vetomomentti on aina 200-300 prosenttia täyden kuormituksen vääntömomentista ja se tapahtuu matalassa luisussa (se on alle 20 prosenttia).
5. tässä luokassa alkumomentti on yhtä suuri kuin nimellisvääntömomentti suuremmissa moottoreissa ja on noin 200 prosenttia tai enemmän pienempien moottoreiden nimellisvääntömomentista.

luokan B Rakenne

1. normaali Käynnistysmomentti,
2. pienempi käynnistysvirtayksikkö,
3. Matala liuku.
4. tämän luokan induktiomoottori tuottaa suunnilleen saman käynnistysmomentin kuin luokan A induktiomoottori.
5. Vetomomentti on aina suurempi tai yhtä suuri kuin 200 prosenttia nimelliskuormamomentista. Se on kuitenkin pienempi kuin A-luokan malli, koska se on lisännyt roottorin reaktanssia.
6. jälleen Roottorin liukuma on edelleen suhteellisen alhainen (alle 5 prosenttia) täydellä kuormalla.
7. B-luokan suunnittelun sovellukset ovat samanlaisia kuin A-mallin, mutta B-mallia suositaan enemmän sen matalampien aloitusvaatimusten vuoksi.

C-luokan rakenne

1. suuri käynnistysmomentti.
2. matalat aloitusvirrat.
3. Alhainen liukuma täydellä kuormalla (alle 5 %).
4. enintään 250 prosenttia täyden kuormituksen vääntömomentista, alkumomentti on tässä suunnitteluluokassa.
5. vetomomentti on pienempi kuin luokan A induktiomoottoreissa.
6. tässä mallissa moottorit on rakennettu kaksihäkkisistä roottoreista. Ne ovat kalliimpia kuin A-ja B-luokan moottorit.
7. C-luokan malleja käytetään suuren käynnistysmomentin kuormille (kuormitetut pumput, kompressorit ja kuljettimet).

luokan D rakenne

1. tässä luokan moottoreiden rakenteessa on erittäin suuri käynnistysmomentti (275 prosenttia tai enemmän nimellisvääntömomentista).
2. matala Lähtövirta.
3. korkea liuku täydellä kuormalla.
4. tässäkin suunnitteluluokassa suuri roottorin vastus siirtää huippuvääntömomentin hyvin alhaiselle kierrosnopeudelle.
5. jopa nollanopeudella (100 prosentin luisu) on mahdollista saada aikaan suurin vääntömomentti tässä suunnitteluluokassa.
6. Täyskuormituksen liukuma (se on tyypillisesti 7-11 prosenttia, mutta voi mennä jopa 17 prosenttia tai enemmän) tässä suunnitteluluokassa on melko korkea, koska roottorin vastus on aina suuri.

Luokan E Rakenne

1. Hyvin Alhainen Käynnistysmomentti.
2. Normaali Käynnistysvirta.
3. Low Slip.
4. Kompensaattoria tai vastussytytintä käytetään käynnistysvirran ohjaamiseen.

luokan F suunnittelu

1. alhainen käynnistysmomentti, 1,25 kertaa täyden kuormituksen vääntömomentti, kun käytetään täyttä jännitettä.
2. Matala Käynnistysvirta.
3. Normaali Lipsahdus.