Asynchrone Wisselstroom motoren.

Werking
Bij een Asynchrone wisselstroom motor is er geen relatie tussen de snelheid waarmee de rotor ronddraait, en de frequentie van de aangeboden voedings wisselspanning.

Verreweg de meeste asynchrone (wisselstroom) motoren (zeker de grotere typen) zijn drie-fase motoren.
In deze motoren wordt de voedings spanning als drie-fase spanning op de wikkelingen in de stator aangeboden. Deze drie-fase spanning zorgt voor een ronddraaiend magnetisch veld in de stator.
Om deze reden wordt drie-fasen stroom ook Draaistroom genoemd.

Kooi-rotor

De rotor is opgebouwd als een "kooi-rotor". Dit is een rotor die is opgebouwd uit losse geleidende staven, welke aan beide uiteinden via een metalen ring zijn kortgesloten. (het lijkt een beetje op een "hamster tredmolentje")
Het kooi-rotor is niet met sleepkontakten en/of commutatorlamellen met electrische kontakten verbonden. De benodigde electrische stroom in de (kooi)rotor geleiderstaven wordt dus niet van buitenaf aangevoerd. maar wordt in het rotor zelf door, het er omheen draaiend magneetveld, in de staven geïnduceerd. De asynchrone motor wordt daarom ook vaak Inductie motor genoemd.

Door het ontbreken van kwetsbare zaken als koolborstels, commutator en/of sleepringen kan de asynchrone motor heel betrouwbaar, degelijk en robuust geconstrueerd worden.

Sleepringankermotor

De meeste Asynchrone wisselstroommotoren hebben een kooirotor waar in de nodige spanning in de rotor zelf opgewekt wordt. (zie bij Asynchroon princiepe). Er is ook nog een ander type Asynchrone motor welke een bewikkelde Rotor heeft waar, net als op de stator, ook drie aparte wikkelingen onder een onderlinge hoek van 120 graden zijn aangebracht.
De afzonderlijke wikkelingen staan altijd in Ster aangesloten en worden via drie geisoleerde sleepringen met koolborstels naar buiten toe aangesloten. Op deze drie aansluitingen worden nu drie aanloopweerstanden aangesloten die als de motor op toerental is gekomen naar nul ohm teruggeregeld kunnen worden.

 

Klemmenbord van een drie-fase inductiemotor.
De voedingsspanning voor een draaistroommotor is drie-fase wisselspanning. Deze voedingsspanning moet dan ook met drie draden op de motor aangesloten worden.

Iedere drie-fase inductie motor heeft een aansluitkastje waar in een z.g.n Klemmenbord is geplaatst. De interne aansluitingen van de drie (afzonderlijke) stator wikkelingen op dit klemmenbord is min of meer gestandariseerd, zodat elke motor op dezelfde wijze op het drie-fase net aangesloten kan worden.

Bij het klemmenbord worden vaak ook metalen doorverbind stripjes geleverd. Door de wijze waar op met deze stripjes doorverbindingen op het klemmenbord gemaakt worden bepalen we of we de motor in z.g.n. ster of driehoek configuratie aansluiten.
Om de draaizin van de motor om te keren hoeven alleen twee (willekeurige), van de drie, aansluitdraden onderling verwisseld te worden.

Asynchroon principe
Alleen als de snelheid van de rotor anders is dan de snelheid van het ronddraaiend magneetveld, dat in de stator opgewekt wordt, ervaart een individueele geleider van het kooi-rotor dat het door een magneet veld "beweegt". In dit geval wordt er een spanning (EMK) in deze geleider ge-induceerd, en doordat hij aan beide zijde is kortgesloten ook een stroom zal gaan lopen. Deze stroom (In een magneetveld) veroorzaakt een kracht die de rotor laat ronddraaien.
Zou de rotor precies even snel ronddraaien als de snelheid waar mee het drie fase magnetisch statorveld ronddraait (Synchroon bedrijf) staat de rotor relatief "stil" t.o.v. het magnetisch veld. Hierdoor wordt er ook geen spanning en stroom ge-induceerd, en zal er geen aandrijvende kracht meer op de rotor aanwezig zijn, waardoor de rotor dus weer snelheid zal verliezen.
De rotor zal dus per definitie altijd langzamer dan het magnetisch draaiveld rondgaan.
Het verschil tussen de snelheid van het draaiveld en de rotor heet "slip". Als de motor veel koppel moet leveren is de slip groter dan bij een klein te leveren koppel.
Eén fase asynchrone motoren
 Een enkelfase wisselspanning kan geen draaiend magnetisch veld in de stator opwekken. Zonder aparte voorziening zal er in de stator een magneetveld onstaan dat telkens 180 graden van richting verandert.
Dit soort magneetveld kan wel een kooirotor, na dat het op gang is gekomen, op gang houden, maar niet vanuit stilstand op gang brengen.
Om een één fase motor vanuit stilstand te kunnen starten, moeten we gebruik maken van een hulppool in de stator welke 90 graden loodrecht op het hoofdveld in de stator gemonteerd is.
In deze hulppool wikkeling moet een stroom gaan lopen die een faseverschil ten opzichte van de stroom door de hoofd magnetische polen heeft.
Dit wordt in de praktijk op de volgende manieren bereikt :


foto: een éénfase asynchrone motor met kortsluitwikkeling)

De hulppool wikkeling zorgt alleen maar voor het op snelheid brengen van de motor. Doordat er in deze wikkeling een stroom loopt die niet in fase is met de spanning wordt er in deze wikkeling niet alleen nuttig vermogen, maar ook veel warmte gegenereerd.
Bij motoren die niet veel koppel hoeven te leveren, zoals een ventilator, wordt de hulpwikkeling na het op snelheid komen automatisch afgeschakeld door toepassing van een centrifugaal schakelaar.

Variable Frequency Drive
Een asynchrone draaistroom motor heeft als nadeel dat het toerental afhankelijk is van de frequentie van de aangeboden drie-fase wisselstroom en daardoor niet makkelijk te regelen is.
Inmiddels is dit laatstgenoemde nadeel volledig achterhaald, doordat we met moderne halfgeleider techniek volledig electronische snelheidsregelaars voor draaistroommotoren beschikbaar hebben. Hier door heeft de (drie fase)inductiemotor de gelijkstroom motor bijna volledig verdrongen.
Deze electronische schakelingen staan bekent onder de naam: VFD (Variable Frequency Drive). Zij kunnen aangesloten worden op het gewone één-fase lichtnet of, voor mobiel gebruik (Tesla auto) , op gelijkspanning(DC) uit bijvoorbeeld een Accu. De VFD schakeling genereert de pulsen die (afgevlakt) op een drie-fase sinusvormige draaistroom lijken.
De snelheid en koppel van de motor wordt geregeld door resp. de frequentie en amplitude van de blokgolf pulsen te veranderen.
Toepassing
Het grote voordeel van de asynchrone, of inductiemotor boven een gelijkstroommotor is het ontbreken van kwetsbare onderdelen als koolborstels en commutators.