Wisselstroommotoren kunnen elektriciteit opwekken, maar hun vermogen om elektriciteit op te wekken hangt af van de bedrijfsmodus – wisselstroommotoren zijn in wezen een combinatie van "motor" en "generator", en hun kernprincipes zijn gebaseerd op de wet van elektromagnetische inductie. De omschakeling tussen "elektrische" of "energieopwekking" functies kan alleen worden bereikt door de energie-invoermethode te wijzigen (elektrische energie → mechanische energie of mechanische energie → elektrische energie).
1. Kernprincipe: “Bidirectionaliteit” van elektromagnetische inductie
Zowel de ‘elektrische modus’ als de ‘energieopwekkingsmodus’ van wisselstroommotoren draaien om elektromagnetische inductie, waarbij het enige verschil de ‘energiestroomrichting’ is:
Elektrische modus (stroomverbruik): externe wisselstroomingang → statorwikkeling genereert roterend magnetisch veld → magnetisch veld drijft rotor (geleider of wikkeling) aan om magnetische inductielijnen te snijden → rotor genereert geïnduceerde stroom → stroom wordt onderworpen aan ampèrekracht in het magnetische veld → drijft rotorrotatie aan (elektrische energie → mechanische energie).
Energieopwekking (elektriciteitsopwekking): Een externe mechanische kracht (zoals een motor, windmolen, waterturbine) zorgt ervoor dat de rotor gaat roteren. Het magnetische veld dat door de rotor wordt gegenereerd (permanente magneet of excitatiewikkeling) roteert met de rotor mee. De magnetische inductielijn wordt doorgesneden en gedraaid door de statorwikkeling. De statorwikkeling induceert een wisselende elektromotorische kracht. Na aansluiting op de belasting wordt er wisselstroom afgegeven (mechanische energie). Elektrische energie is de energiebron.
2. Drie belangrijke voorwaarden voor de opwekking van stroom door wisselstroommotoren
Niet alle wisselstroommotoren kunnen elektriciteit opwekken door ze simpelweg aan te zetten. Om effectief elektrische energie te leveren, moeten de volgende drie kernvoorwaarden worden vervuld:
1. Er moet een “roterend magnetisch veld” zijn (magnetische bron)
Om een elektromotorische kracht in de statorwikkeling te induceren, is eerst een "variabel magnetisch veld" nodig (een roterend magnetisch veld is de meest typische vorm), en de bronnen van magnetische bronnen worden onderverdeeld in twee categorieën:
Permanente magneet: De rotor zelf is een permanente magneet (zoals een synchrone permanente magneetmotor), die geen extra voeding nodig heeft en tijdens de rotatie direct een roterend magnetisch veld genereert. Het heeft een eenvoudige structuur en wordt vaak gebruikt in kleine generatoren (zoals huishoudelijke windturbines en draagbare stroomopwekkingsapparatuur).
Excitatietype: De rotor is een gebruikelijke wikkeling (zoals bij asynchrone motoren en synchrone generatoren), die een externe “excitatiestroom” (DC of AC) nodig heeft om een magnetisch veld in de rotor te genereren (vergelijkbaar met een elektromagneet).
2. Er moet een ‘mechanische drijvende kracht’ zijn (om het omgekeerde koppel te overwinnen)
De essentie van energieopwekking is het omzetten van mechanische energie in elektrische energie. Er moet dus een externe mechanische kracht zijn om de rotor te laten draaien, en de snelheid moet aan twee vereisten voldoen:
Hoger dan "synchrone snelheid" (voor synchrone motoren): De frequentie van de stroomopwekking van synchrone motoren (zoals 50 Hz) is strikt gerelateerd aan de snelheid (formule: snelheid n = 60 f/p, f is de frequentie, p is het poolnummer), en de snelheid moet nauwkeurig worden geregeld door mechanische kracht om een stabiele uitgangsfrequentie te garanderen (zoals stoomturbinegeneratoren in energiecentrales).
Boven de kritische snelheid die overeenkomt met de slipfactor (voor asynchrone motoren): Wanneer een asynchrone motor elektriciteit opwekt, moet de rotorsnelheid iets hoger zijn dan de snelheid van het roterende magnetische veld van de stator ("supersynchrone snelheid"), zodat de statorwikkeling het magnetische veld kan onderbreken en elektrische energie kan opwekken (anders is er alleen sprake van "elektrische werking").
3. Er moet sprake zijn van een ‘gesloten lus’ (belasting of energieopslag)
De statorwikkeling induceert een "wisselende elektromotorische kracht", die moet worden aangesloten op een gesloten circuit (zoals een ohmse belasting, batterij of elektriciteitsnet) om een "wisselstroom" te vormen. Als er een open circuit is (geen belasting), bestaat er alleen een elektromotorische kracht, maar geen elektrische energie, en kan de isolatie van de wikkeling beschadigd raken door de hoge spanning.