Asynkronmotor

En asynkronmotor, även kallad induktionsmotor, är en elmaskin där det roterande magnetfältet från de stillastående lindningarna inducerar elektriska strömmar i rotorn, och dessa strömmar skapar i sin tur rotorns egen magnetism. Den finns till för att den erbjuder ett anmärkningsvärt enkelt och robust sätt att omvandla elektrisk energi till rotationsrörelse utan några permanentmagneter, kolborstar eller sällsynta jordartsmetaller. Den demonstrerades först av Nikola Tesla och Galileo Ferraris på 1880-talet, blev industrins arbetshäst och återtog en framskjuten plats i personbilar när Tesla valde den till den ursprungliga Model S.

Principen vilar på elektromagnetisk induktion. Trefas växelström som matas till statorlindningarna alstrar ett magnetfält som sveper runt motorn med en hastighet bestämd av matningsfrekvensen. Rotorn, vanligen en så kallad kortsluten bur av aluminium- eller kopparstavar som är kortslutna i båda ändar, sitter inuti detta fält. Eftersom rotorn snurrar något långsammare än fältet skär fältlinjerna tvärs över stavarna och inducerar strömmar i dem; dessa inducerade strömmar bildar ett eget fält som statorfältet drar med sig. Denna skillnad i hastighet mellan fält och rotor kallas eftersläpning, och den är nödvändig: utan eftersläpning skulle ingen ström induceras och inget vridmoment uppstå.

För föraren och fordonet ligger asynkronmotorns lockelse i hållbarhet och kostnad. Utan magneter som kan avmagnetiseras och med en rotor som knappt är mer än ett gjutgods tål den värme och höga varvtal väl och är billig att tillverka av rikligt förekommande material. En ytterligare praktisk fördel är att när växelriktaren slutar mata statorn bär rotorn ingen egen magnetism och ger därför nästan inget släp. Motorn kan rulla fritt, vilket undviker de parasitförluster som en permanentmagnetmaskin drabbas av när den snurrar utan ström.

Denna förmåga att rulla fritt förklarar varför asynkronmotorer ofta sitter på framaxeln i elbilar med två motorer och fyrhjulsdrift. Bilen kryssar på en mer effektiv permanentmagnetmotor bak och tar asynkronmotorn till hjälp endast för extra grepp eller acceleration, och låter den snurra med försumbar förlust resten av tiden. Varianterna skiljer sig främst i rotormaterial och lindningsdesign, där versioner med kopparrotor offrar en aning i kostnad för bättre verkningsgrad.

Den främsta nackdelen är verkningsgraden vid låg och jämn last. Att upprätthålla rotorfältet kräver att strömmar kontinuerligt induceras, vilket ger resistiv uppvärmning i rotorn, så en asynkronmotor är i regel några procentenheter mindre effektiv än en jämförbar permanentmagnetmotor vid vardaglig, lugn körning. Den kan också vara aningen större och tyngre för en given effekt. Beteendet styrs helt av växelriktaren, som formar frekvensen och amplituden hos den tillförda strömmen, så de två komponenterna måste betraktas tillsammans som ett enda drivsystem snarare än var för sig.