asynkronmaskine

I statoren er viklingerne placeret i notgangene, så de tilsammen danner tre faseviklinger. Ved en motor med ét polpar er faseviklingerne indbyrdes forskudt 120 elektriske grader.

Når faseviklingerne tilsluttes en trefaset vekselspænding, dannes der et magnetfelt omkring hver vikling. Da strømmen i de tre faser er tidsforskudt 120°, vil magnetfelterne hele tiden ændre styrke. Det betyder, at det samlede magnetfelt forskydes rundt i statoren. Den position, hvor magnetfeltet er stærkest, flytter sig derfor kontinuerligt, så det samlede magnetfelt ser ”teknisk” ud til at rotere med en konstant vinkelhastighed. Dette kaldes det roterende magnetfelt.

Det roterende magnetfelts omdrejningshastighed er konstant og kaldes den synkrone hastighed. Den afhænger af netfrekvensen og antallet af polpar i motoren.

For en motor med ét polpar (én nordpol og én sydpol) roterer magnetfeltet én omgang for hver periode af vekselspændingen. Ved en netfrekvens på 50 Hz bliver den synkrone hastighed derfor 3000 o/min.

En motor med to polpar har derfor en synkron hastighed på 1.500 o/min ved 50 Hz, mens en motor med tre polpar har en synkron hastighed på 1.000 o/min.

Når en asynkronmotor tilsluttes spænding med stillestående eller fastbremset rotor, vil statorens roterende magnetfelt skære rotorens kortsluttede stave og inducere en spænding i dem. Da rotorstavene er kortsluttet af kortslutningsringene, vil den inducerede spænding drive en strøm i rotorstavene.

Når rotoren står stille, er den relative hastighed mellem det roterende magnetfelt og rotoren størst og svarende til netfrekvensen og antal polpar. Den inducerede spænding og rotorstrømmen får derfor deres maksimale værdi.

Når rotoren begynder at rotere, falder rotorens frekvens. Dermed mindskes både faseforskydningen og den inducerede strøm. Samtidig reduceres forskellen mellem rotorens hastighed og magnetfeltets hastighed.

Motorens moment er derfor næsten konstant fra start og op til nær mærkehastigheden, hvorefter det falder. Forskellen mellem det roterende magnetfelts hastighed og rotorens hastighed kaldes slippet. Ved faldende slip reduceres induktionen yderligere, og ved helt ens hastighed (nul slip) kan der ikke induceres strøm i rotoren.

Der skal derfor altid være et slip, for at motoren kan udvikle det moment, der skal modvirke belastningen. Dette slip udtrykkes i procent af det synkrone omdrejningstal. Slippet ligger for små maskiner på ca. 5-6 % og for meget store maskiner på ca. 0,5 %.

Mindre asynkronmotorer til enfaset drift har en rotor, der ligner den trefasede asynkronmotors rotor, men statoren er kun forsynet med en hovedvikling og en hjælpevikling, der er placeret vinkelret på hinanden.

Hjælpeviklingen kobles i serie med en kondensator, så strømmen faseforskydes. Herved dannes et simpelt drejefelt, der udvikler et tilstrækkeligt startmoment til anvendelser som f.eks. kompressorer, køle- og fryseskabe samt lignende mindre maskiner.

Kondensatoren kan enten være dimensioneret til kontinuerlig drift eller – hvis et stort startmoment ønskes – fungere som en startkondensator. I sidstnævnte tilfælde frakobles den ved hjælp af en centrifugalafbryder, når motoren er kommet op i omdrejninger.

Slæberingsmotorens rotorviklinger er via tre slæberinge ført ud til en igangsætter. Ved at forøge modstanden i rotorkredsen under start reduceres startstrømmen, samtidig med at startdrejningsmomentet øges. Dette sker, fordi faseforskydningen i rotoren mindskes, således at rotorstrømmen kommer tættere på at være i fase med statorens magnetfelt. Resultatet er et større startmoment.

Efterhånden som rotorhastigheden stiger, vil den indsatte modstand begrænse rotorstrømmen. Modstanden skal derfor gradvist reduceres i takt med, at omdrejningstallet øges. Denne metode giver fordelene ved et højt startmoment kombineret med en lav startstrøm. Slæberingsmotoren anvendes derfor primært, hvor der skal igangsættes store belastninger, eller hvor der stilles krav om et særligt højt startmoment.

En asynkrongenerator har i princippet samme opbygning og virkemåde som en asynkronmotor. Forskellen er, at rotoren drives mekanisk med en hastighed, der er højere end det synkrone omdrejningstal. Herved vender energistrømmen, så maskinen i stedet leverer elektrisk energi til elnettet.

Det magnetiske felt i statoren etableres normalt ved tilslutning til et eksisterende elnet, som leverer den nødvendige magnetiseringsstrøm. Asynkrongeneratoren er derfor ikke selvforsynende med magnetfelt og kan ikke fungere uden en ekstern spændingskilde eller et kondensatorbatteri, der kan levere den nødvendige reaktive effekt.

Denne type generator har været anvendt i vindmøller og mindre kraftanlæg på grund af sin enkle opbygning, robuste konstruktion og begrænsede vedligeholdelse.

En speciel asynkrongenerator bliver anvendt i Vestas' vindmøller i 2 MW-klassen, hvor asynkrongeneratoren er udført som en dobbeltfødet asynkrongenerator (DFIG) med slæberinge. I denne konstruktion er slæberingene forbundet til en frekvensomformer, som styrer rotorstrømmen. Den elektriske energi, der udveksles via rotoren, føres gennem frekvensomformeren til elnettet. Herved kan generatoren arbejde med et slip på typisk ±15–20 %, hvilket gør det muligt at variere omdrejningstallet. Vindmøllens rotor kan dermed bedre tilpasse sig den aktuelle vindhastighed, hvilket forbedrer energiudnyttelsen og øger den samlede virkningsgrad.

Nyere vindmøller anvender som hovedregel synkrongeneratorer, ofte permanentmagnetiserede generatorer, der styres via en fuld effektomformer. Generatoren er derfor ikke afhængig af et bestemt omdrejningstal, men kan arbejde over et bredt hastighedsområde. Det giver en bedre udnyttelse af både lave og høje vindhastigheder og dermed en højere samlet energiproduktion.