Een wisselstroommotor is een apparaat dat wisselstroom (AC) omzet in mechanische energie. De werking ervan is gebaseerd op fundamentele elektromagnetische principes. Om te begrijpen hoe de motor werkt, gaan we dieper in op de belangrijkste onderdelen en de volgorde van de gebeurtenissen die beweging mogelijk maken.

 

Laten we eerst de belangrijkste onderdelen identificeren. De meeste wisselstroommotoren, met name de gangbare inductiemotor, bestaan ​​uit twee hoofdcomponenten: de stator en de rotorDe stator is het stationaire buitenste deel van de motor, met een set elektromagneten (statorwikkelingen genoemd) die in een cirkelvormig patroon rond de centrale as zijn gerangschikt. Deze wikkelingen zijn aangesloten op een wisselstroombron. De rotor daarentegen is het roterende binnenste deel, meestal een cilindrische kern van gelamineerde metalen platen met geleidende staven (vaak koper of aluminium) in het oppervlak, die in veel inductiemotoren een "kooi"-structuur vormen. Deze staven zijn aan beide uiteinden kortgesloten door ringen, waardoor er elektrische stroom doorheen kan stromen.

 

De magie van een wisselstroommotor begint bij de roterend magnetisch veld gegenereerd door de stator. Wanneer er wisselstroom door de statorwikkelingen stroomt, wordt elke wikkeling een elektromagneet waarvan de polariteit omkeert naarmate de stroom wisselt (aangezien wisselstroom periodiek van richting verandert). Cruciaal is dat de statorwikkelingen onder specifieke hoeken (meestal 120 graden uit elkaar bij driefasenmotoren) zijn geplaatst en zijn aangesloten op fasen van de wisselstroomvoeding die niet synchroon met elkaar lopen. Dit faseverschil zorgt ervoor dat het magnetische veld dat door de stator wordt geproduceerd, soepel om de as draait met een snelheid die bekend staat als de synchrone snelheid, die afhankelijk is van de frequentie van de wisselstroom en het aantal polen in de statorwikkelingen. Een 60 Hz-voeding met een 4-polige stator genereert bijvoorbeeld een synchrone snelheid van 1800 omwentelingen per minuut (RPM).

 

Volgende, elektromagnetische inductie komt in het spel en drijft de rotor aan het draaien. Wanneer het roterende magnetische veld van de stator de geleidende staven van de rotor snijdt, induceert het een elektrische stroom in de rotorstaven (dankzij de inductiewet van Faraday). Deze geïnduceerde stroom creëert op zijn beurt een eigen magnetisch veld rond de rotor (de wet van Ampère). De interactie tussen het roterende magnetische veld van de stator en het magnetische veld van de rotor genereert een koppel – een torsiekracht – waardoor de rotor het roterende veld volgt.

 

Bij inductiemotoren bereikt de rotor nooit helemaal de synchrone snelheid van het magnetische veld van de stator. Dit verschil, bekend als uitglijden, is nodig om de inductie van stroom in de rotor te handhaven. Als de rotor de synchrone snelheid zou volgen, zou er geen relatieve beweging zijn tussen de rotor en het magnetische veld, waardoor er geen stroom zou worden geïnduceerd en geen koppel zou worden geproduceerd. In plaats daarvan draait de rotor met een iets lagere snelheid (meestal 2-5% lager dan de synchrone snelheid in standaardmotoren), waardoor een continue inductie van stroom en koppel wordt gegarandeerd.

 

Kortom, een wisselstroommotor werkt door de gecoördineerde werking van een roterend magnetisch veld (gegenereerd door de wisselstroomwikkelingen van de stator) en elektromagnetische inductie (die stroom in de rotor induceert, waardoor een magnetisch veld ontstaat dat samenwerkt met het veld van de stator om koppel te produceren). Dit elegante proces zet elektrische energie efficiënt om in mechanische beweging, waardoor wisselstroommotoren onmisbaar zijn in talloze toepassingen, van huishoudelijke apparaten tot industriële machines.