Επαγωγικός κινητήρας

Ο επαγωγικός κινητήρας, γνωστός και ως ασύγχρονος κινητήρας, είναι μια ηλεκτρική μηχανή στην οποία το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο των σταθερών τυλιγμάτων επάγει ηλεκτρικά ρεύματα στον δρομέα, και αυτά τα ρεύματα με τη σειρά τους δημιουργούν τον δικό του μαγνητισμό. Υπάρχει επειδή προσφέρει έναν εξαιρετικά απλό και ανθεκτικό τρόπο μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε περιστροφική κίνηση, χωρίς μόνιμους μαγνήτες, ψήκτρες ή σπάνιες γαίες. Επιδείχθηκε για πρώτη φορά από τον Νίκολα Τέσλα και τον Γαλιλέο Φεράρις τη δεκαετία του 1880, έγινε το βασικό εργαλείο της βιομηχανίας και επανήλθε στο προσκήνιο για τα επιβατικά αυτοκίνητα όταν η Tesla τον επέλεξε για το αρχικό Model S.

Η αρχή λειτουργίας στηρίζεται στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Το τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα που τροφοδοτεί τα τυλίγματα του στάτη παράγει ένα μαγνητικό πεδίο που σαρώνει γύρω από τον κινητήρα με ταχύτητα που ορίζεται από τη συχνότητα τροφοδοσίας. Ο δρομέας, τυπικά ένας «κλωβός» από ράβδους αλουμινίου ή χαλκού βραχυκυκλωμένες στα δύο άκρα, βρίσκεται μέσα σε αυτό το πεδίο. Επειδή ο δρομέας περιστρέφεται ελαφρώς πιο αργά από το πεδίο, οι γραμμές του πεδίου τέμνουν τις ράβδους και επάγουν ρεύματα σε αυτές· τα επαγόμενα ρεύματα δημιουργούν το δικό τους πεδίο, το οποίο το πεδίο του στάτη παρασύρει. Αυτή η διαφορά ταχύτητας μεταξύ πεδίου και δρομέα ονομάζεται ολίσθηση και είναι ουσιώδης: χωρίς ολίσθηση δεν θα υπήρχε επαγόμενο ρεύμα ούτε ροπή.

Για τον οδηγό και το όχημα, η ελκυστικότητα του επαγωγικού κινητήρα έγκειται στην ανθεκτικότητα και στο κόστος. Χωρίς μαγνήτες που να απομαγνητίζονται και με έναν δρομέα που είναι λίγο περισσότερο από ένα χυτό κομμάτι, αντέχει καλά τη θερμότητα και τις υψηλές στροφές και κατασκευάζεται φθηνά από άφθονα υλικά. Ένα επιπλέον πρακτικό πλεονέκτημα είναι ότι, όταν ο inverter σταματά να τροφοδοτεί τον στάτη, ο δρομέας δεν φέρει δικό του μαγνητισμό και έτσι παράγει σχεδόν καμία αντίσταση. Ο κινητήρας μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα, αποφεύγοντας τις παρασιτικές απώλειες που υφίσταται μια μηχανή μόνιμων μαγνητών όταν περιστρέφεται χωρίς τροφοδοσία.

Αυτό το χαρακτηριστικό της ελεύθερης περιστροφής εξηγεί γιατί οι επαγωγικοί κινητήρες εμφανίζονται συχνά στον εμπρός άξονα ηλεκτρικών αυτοκινήτων με διπλό κινητήρα και τετρακίνηση. Το αυτοκίνητο ταξιδεύει με τον πιο αποδοτικό κινητήρα μόνιμων μαγνητών στο πίσω μέρος και επιστρατεύει τον επαγωγικό κινητήρα μόνο για επιπλέον πρόσφυση ή επιτάχυνση, αφήνοντάς τον να περιστρέφεται με αμελητέες απώλειες τον υπόλοιπο χρόνο. Οι παραλλαγές διαφέρουν κυρίως στο υλικό του δρομέα και στον σχεδιασμό των τυλιγμάτων, με τις εκδοχές με δρομέα από χαλκό να θυσιάζουν λίγο κόστος για καλύτερη απόδοση.

Το κύριο μειονέκτημα είναι η απόδοση σε ελαφρά, σταθερά φορτία. Η διατήρηση του πεδίου του δρομέα απαιτεί τη συνεχή επαγωγή ρευμάτων, η οποία προκαλεί ωμική θέρμανση στον δρομέα, οπότε ένας επαγωγικός κινητήρας είναι γενικά λίγες ποσοστιαίες μονάδες λιγότερο αποδοτικός από έναν αντίστοιχο κινητήρα μόνιμων μαγνητών στην καθημερινή ήπια οδήγηση. Μπορεί επίσης να είναι οριακά μεγαλύτερος και βαρύτερος για δεδομένη ισχύ. Η συμπεριφορά του διέπεται εξ ολοκλήρου από τον inverter, ο οποίος διαμορφώνει τη συχνότητα και το πλάτος του παρεχόμενου ρεύματος, οπότε τα δύο εξαρτήματα πρέπει να εξετάζονται μαζί ως ένα ενιαίο σύστημα μετάδοσης και όχι μεμονωμένα.