Det finns två typer av motorer: likströmsmotorer och växelströmsmotorer. Sedan finns det en mängd olika varianter av likströms- och växelströmsmotorer. Likströmsmotorer fungerar ungefär likadant med principen som förklaringen ovan. Men i växelströmsmotorn finns en skillnad: rotorns poler vänds inte utan "springer efter" ett roterande magnetfält.
Det finns två huvudgrupper av växelströmsmotorer: synkrona och asynkrona. Gemensamt för både synkrona och asynkrona motorer är att statorerna verkar på principiellt samma sätt. Den stora skillnaden ligger i rotorerna. Det sätt de är uppbyggda och rör sig i förhållande till magnetfältet.
Statorn i växelströmsmotorer består av en statorkärna i vilken ett antal faslindningar ligger. Faslindningarna består av flera spolar (elektromagneter). Dessa spolar skapar sedan ett magnetfält som roterar i luftgapet mellan statorn och rotorn.Om en av faslindningarna anslutes till den ena av nätets faser induceras ett magnetfält.
Som figur 6 visar är magnetfältet fast i statorkärnan men dess riktning växlar hela tiden som grafen visar. Ena stunden är det en nordpol och i andra stunden en sydpol. Hastigheten varmed riktningen växlar bestäms av nätets frekvens: 50Hz gör att fältets riktning skiftas 50 gånger per sekund.
Om man ansluter två faslindningar samtidigt till varsin fas på nätet skapas två magnetfält som växlar lika snabbt. I en 2-polig motor är varje faslindning placerad på varsin tredjedel av statorkärnan det vill säga 360° /3 = 120° från varandra. På samma sätt är fältens maximalvärden tidsförskjutna i förhållande till varandra alltså 120° , se figur 7.
Nu har det uppstått ett magnetfält som roterar i statorn. Men, som grafen i figur 7 visar är fältet väldigt osymmetriskt. Det fattas en fas för att få ett fullt symmetrisk roterande magnetfält. Tidsmässigt är de tre faserna förskjutna 120° i förhållande till varandra, se figur 8.
När en motor är ansluten till nominell frekvens, kallas fältets varvtal för motorns synkrona varvtal n0. Den roterar med hastigheten
Formel 1. Synkront varvtal.
Där p är antalet polpartal. Således är alltså hastigheten beroende av nätspänningens frekvens och polpartalet.
Synkronmotorn har en magnetisk rotor med utpräglade poler. Rotorn har två eller fler poler och kan därför användas till motorer med låga varvtal. Skillnaden mellan synkron- och asynkronmotorer är att rotorn i synkronmotorn är magnetisk men iasynkronmotorn är den omagnetisk men magnetiseras av den ström som flyter genom statorn, se figur 9.
Magneterna kan antingen vara permanentmagneter eller (för mindre motorer) elektromagneter. Synkronmotorn kan inte starta själv beroende på rotorns tröghet och växelströmsfältets stora hastighet. Därför måste rotorn accelereras upp i den hastighet som motsvarar växelströmfältets ändring. När rotorn väl bringas att rotera i magnetfältet tvingas den sedan runt av statorn utan att någon ström induceras. Rotorn kommer därför att ha samma hastighet som statorns roterande magnetfält.
Synkronmotorn har ett konstant vridmoment, som är oberoende av belastningen. Motorn kan inte belastas mera än den elektromagnetiska kraften mellan rotorn och statorn kan klara. Högre belastning bryter synkronismen och motorn stannar. Men dess varvtal kan bestämmas exakt och de är därför speciellt lämpliga för att driva t ex urverk, skivspelare och bandspelare och även där flera maskiner skall drivas parallellt med exakt samma hastighet.
Asynkronmotorn är den mest använda motorn överhuvudtaget. Den kräver nästan inget underhåll och den mekaniska uppbyggnaden är standardiserad så det är alltid lätt att finna en lämplig leverantör. Det finns flera olika typer av asynkronmotorer, men de arbetar alla efter samma grundprincip.
Rotorn i asynkronmotorn är antingen släpringad eller kortsluten och har utstansade spår runt om. Den släpringade rotorn består av lindade spolar som läggs ned i spåren. Det finns spolar för varje fas och dessa är anslutna till släpringarna. Den kortslutna rotorn har aluminiumstavar ingjutna i spåren. I varje ända av rotorn är stavarna kortslutna med en aluminiumring. De båda rotortyperna fungerar på principiellt samma sätt så endast den kortslutna rotorn kommer att behandlas.
Placeras en rotorstav i det roterande fältet kommer den
att passeras av en statorns poler. Det induceras då en ström
i rotorstaven och påverkas då av en kraft F, se figur
10.
Nästa pol som passerar rotorstaven är av motsatt polaritet. Denna inducerar en ström i staven åt motsatt riktning men eftersom polariteten är motsatt kommer kraften att verka åt samma håll.
Placeras hela rotorn i fältet påverkas alltså rotorstavarna av krafter som får rotorn att röra sig runt axeln.
Rotorns varvtal, nn, (2 i figur 10) kommer aldrig att nå fältets, n0, (1 i figur 10) hastighet. Detta beror på att rotorn bara följer efter fältet och om det hade varit lika varvtal skulle det inte induceras några strömmar i rotorstavarna. Detta kallas för eftersläpning, s, och anges i procent av det synkrona varvtalet:
Formel 2. Eftersläpning.
Eftersläpningen har normalt en storlek på mellan 4 och 8 procent.
Således är rotorns varvtal:
Formel 3. Rotorns varvtal.
Sambandet mellan motorns moment och varvtal har ett karakteristiskt förlopp. Motorns moment, vridmoment, är ett uttryck för den vridande kraft som uppstår på motoraxeln, se figur 11.
Motordriftområdet kan delas upp i två områden: accelerationsområdet 0 < n < nk och driftområdet nk < n < nN. Man ska inte belasta motorn i dess accelerationsområde eftersom motorn alltid strävar efter en uppacceleration inom detta område och kan stanna.
Om kraften F belastar en axel med radien r, så är momentet på axeln: M = F× r. Det arbete W som en motor presterar fås ur: W = F× d där d är den sträcka som motorn drar en last: d = n× 2× p × r där n är antalet varv axeln snurrar. Arbetet kan även uttryckas som den tid en effekt verkar: W = P× t.
Ur dessa formler kan man sedan skriva momentet som:
Formel 4. Motorns vridmoment.
Formeln visar förhållandet mellan varvtalet n [rpm], momentet M [Nm] och motorns avgivna effekt P [W].