Kuormitettavuus ja momenttikäyrä

Tasavirtamoottorin momentti

Tasavirtamoottorin yhtälöthän ovat varsin yksinkertaiset. Jos kyllästymistä ei tapahdu, voimme esimerkiksi kirjoittaa:

• Kirchhoffin jänniteyhtälö: V_a = R_a*I_a + E. V_a on ankkurijännite, R_a on ankkurivastus ja I_a ankkurivirta. E on ankkuriin kehittyvä vastajännite.
• E = K_b*ω, missä K_b on vastajännitteen kerroin ja ω roottorin kulmataajuus, K_b = K_c*Fii. K_c on vakio ja Fii on koneen vuo.
• T = K_t*I_a, missä K_t on momenttikerroin. Uskomatonta kyllä, K_t = K_b (= K_c * Fii).

Yllä oleva tasavirtamoottorin käyrästö voisi näyttää selkeämmältä, jos x-akselilla olisi vaikka ω tai I_a.

Synkronimoottorin momentti

Kiinteällä sähköisellä syöttötaajuudella maksimimomentilla on yksinkertainen piikkimäinen muoto, kuten on esitetty alla olevassa kuvassa, jos maksimimomenttia ei ylitetä. Jos maksimi momentti ylitetään, putoaa moottori tahdista ja pitää tahdistaa uudelleen, kun  kuormamomenttia on riittävästi pienennetty.

Jos haluat synkronisen moottorin kehittävän saman  momentin eri nopeuksilla kun roottorivirta pidetään vakiona, tulee suhde V_S/ω pitää vakiona, sillä moottori noudattaa seuraavia yhtälöitä:

                      Ψ_S = V_S/jω,

                      T = i_R x Ψ_S.

Tässä Ψ_S is on staattorin pyörivä käämivuo (flux linkage), V_S on staattorin syöttöjännite, ω on sähköinen kulmataajuus (ω = N_p*ω_s eli napaparimäärä kertaa synkrooninen kulmataajuus, synkronimoottorille jatkuvassa tilassa pyörimisnopeus on ω_m = ω_s), T on koneen momentti ja i_R on koneen roottorivirta (magnetointi-), mikä katsotaan tässä vakioksi. - Niinpä jos halutaan lisää nopeutta ω_m, pitää myös lisätä jännitettä, jos momentti halutaan pitää vanhassa arvossaan.

Kun muutetaan AC-moottorin taajuutta, pidetään syöttöjännitteen ja taajuuden suhde (V/Hz) yleensä vakiona kunnes saavutetaan maksimi käyttöjännite. Tämän rajan yläpuolella vakio jännitteellä (maksimijännite) toimiminen tarjoaa rajoitetun momentin (reduced V/Hz) ja vakiotehon. Nopeutta, jolla vastajännite on syöttöjännitteen suuruinen, kutsutaan perusnopeudeksi (base frequency or speed), katso kuvaa alla. Toiminta perusnopeutta suuremmilla nopeuksilla on mahdollista ns. kentänheikennysmenetelmällä, jos kenttää (magnetointi-kenttä, ei siis ankkurikenttä) ei ole tehty kestomagneeteilla.

Induktiomoottorin momentti

Kuvassa alla on induktiomoottorin momentti T roottoritaajuuden eli roottorin jättämätaajuuden,  ω_R, funktiona. ω_Rh on niin sanottu kippitaajuus eli kulmataajuus, kun momentti on suurimmillaan (x=1). Tästä kuvasta nähdään, että kun moottori pyörii hitaasti (x=5), on momentti pieni. Tällaista moottoria ei voi siis käynnistää suurella kuormalla. Roottorin käynnistysmomenttia voidaan kuitenkin kasvattaa siirtämällä kippimomentti matalammalle taajuudelle.

Tavallisesti roottorin käämitys tehdään automaattisesti säätyväksi siten, että käynnistyksen aikana momentti on suurempi, katso kuva alla, mutta suurella nopeudella kippimomentti siirtyy suuremmalle pyörimisnopeudelle (katso kuva yläpuolella), jolloin moottorin jättämä pienenee ja näin nopeus kasvaa lähemmäs synkronista nopeutta.

Tällainen käyttäytyminen saadaan aikaan tekemällä häkkikäämityksen johtimien poikkileikkaukset korkeiksi moottorin säteen suunnassa tai suorastaan kahdesta erillisestä rinnakkain kytketystä johtimesta, katso kuva alla vasemmalla. Oikealla puolella nähdään, miten kaksijohtimisuus muuttaa roottorin sijaiskytkentää. Oikealla puolella nähdään, miten kaksijohtimisuus muuttaa roottorin sijaiskytkentää. Käynnistyksessä jättämä- eli roottoritaajuus on suuri, mikä aiheuttaa virran siirtymisen ulompaan johtimeen. Tämä ilmiö voidaan selittää virran pakkautumisen avulla (skin effect).

Kokeellisesti todettu hajareaktanssien jakautuma induktiomoottoreissa, IEEE Standard 112.