Die Erfindung des Asynchronmotors hat die menschliche Zivilisation revolutioniert. Heute wollen wir uns die Funktionsweise des Asynchronmotors ansehen. Asynchronmotoren bestehen hauptsächlich aus zwei Komponenten: dem Stator und dem Rotor. Der Stator ist eine Spule mit drei Wicklungen, die mit dreiphasigem Wechselstrom betrieben wird.
Die Wicklung verläuft durch die Statorschlitze, die aus gestapelten dünnen Stahlblechen mit hoher Permeabilität bestehen. Wenn Dreiphasenstrom durch diese Wicklung fließt, entsteht ein rotierendes Magnetfeld, das die Rotation des Rotors bewirkt. Um zu verstehen, wie das rotierende Magnetfeld erzeugt wird und welche Eigenschaften es hat, kann man den Stator vereinfachen.
Drei Spulen sind in Abständen von 120 Grad verbunden und erzeugen ein Magnetfeld um sie herum, wenn ein Strom hindurchfließt. Wenn diese spezielle Anordnung mit einer dreiphasigen Stromversorgung versorgt wird, ändert das erzeugte Magnetfeld in bestimmten Momenten die Richtung mit dem Wechselstrom. Durch den Vergleich dieser drei Beispiele können wir ein rotierendes Magnetfeld mit gleichmäßiger Intensität beobachten. Die Geschwindigkeit, mit der sich das Magnetfeld dreht, wird als Synchrongeschwindigkeit bezeichnet. Betrachten wir einen geschlossenen Leiter, der in dieses rotierende Magnetfeld gelegt wird.
Nach dem Faradayschen Gesetz induziert ein sich änderndes Magnetfeld eine elektromotorische Kraft in einem Stromkreis, die wiederum einen elektrischen Strom erzeugt. Dieses Phänomen ähnelt einer stromdurchflossenen Schleife in einem Magnetfeld, die eine elektromagnetische Kraft auf die Schleife ausübt und diese dazu bringt, sich zu drehen. Dasselbe Phänomen tritt bei einem Asynchronmotor auf, bei dem anstelle einer einfachen Schleife etwas verwendet wird, das einem Käfigläufer ähnelt. Ein rotierendes Magnetfeld wird durch den dreiphasigen Wechselstrom erzeugt, der durch den Stator fließt.
Im vorherigen Beispiel wird der Strom in den Käfigstäben des kurzgeschlossenen Endrings induziert. Infolgedessen beginnt sich der Rotor zu drehen. Aus diesem Grund wird dieser Motortyp als Induktionsmotor bezeichnet.
Anstatt den Rotor direkt anzuschließen, um Elektrizität zu erzeugen, wird elektromagnetische Induktion verwendet. Um dies zu erreichen, werden isolierende Eisenkernbleche in den Rotor gefüllt. Durch die Verwendung dieser kleinen Eisenbleche minimiert der Induktionsmotor Wirbelstromverluste und bietet erhebliche Vorteile. Er startet im Wesentlichen selbst, da sowohl das Magnetfeld als auch der Rotor rotieren. Wie hoch ist jedoch die Drehzahl des Rotors?
Um die Antwort auf diese Frage zu erhalten, müssen wir verschiedene Szenarien betrachten. Betrachten wir den Fall, in dem die Geschwindigkeit des Rotors mit der Geschwindigkeit des Magnetfelds übereinstimmt. Da sich beide mit der gleichen Geschwindigkeit drehen, wird das Magnetfeld den Stromkreis niemals unterbrechen. Daher wird keine induzierte elektromotorische Kraft oder Strom erzeugt. Dies führt dazu, dass an den Rotorstäben Leistung umgewandelt wird. Der Rotor wird allmählich langsamer und wenn die Geschwindigkeit abnimmt, unterbricht das Magnetfeld den Rotorstromkreis. Infolgedessen steigen der induzierte Strom und die induzierte Kraft wieder an. Der Rotor wird dann beschleunigen. Kurz gesagt, der Rotor wird niemals in der Lage sein, die Geschwindigkeit des Magnetfelds einzuholen.