14
How an Induction Motor Works by Equations (and Physics) The magnetic field in the air gap from the voltage applied to the stator: The stator has three sets of windings that are aligned at 120 degrees to each other and are driven by balanced currents that are 120 degrees out of phase.. Call the coils A, B, C and we will work in cylindrical coordinates. (See figure below.) The coils are wound in such a way as to generate a field that is a rough stepwise approximation to a cos( ) distribution. The windings overlap and each winding slot has two windings in it usually from different phases. (See 4 and 6 pole distributions on the handout from class.) Here I assume a two pole distribution because it makes the explanation easier. Such a motor runs at the nominal speed range of 3500 – 3580 RPM. 1 0 02 cos( ) cos( ) cos( ) cos( ) A B B tr B t t r 2 2 4 1 0 0 3 3 2 3 cos( ) cos( ) [cos( ) cos( )] B B B t r B t t r 4 4 2 1 0 0 3 3 2 3 cos( ) cos( ) [cos( ) cos( )] C B B t r B t t r 4 2 1 0 2 3 3 [3cos( ) cos( ) cos( ) cos( )] A B C B B B B B t t t t r 3 0 2 cos( ) B B tr Let and L R S be the angular velocities of the magnetic field (line frequency), rotor, and slip respectively. For convenience we assume that 0 at t = 0, which implies R t and S L R . The flux in the singleturn coil on the rotor surface is 2 2 2 2 3 3 0 0 0 2 2 cos( ) cos( ) 3 cos( ) ROTOR PEAK L S B rl d B rl t d B rl t The voltage in the loop is 0 3 sin( ) ROTOR S S d V B rl t dt The current in the loop is: 0 0 2 2 2 2 3 sin( ) sin( ) cos( ) 3 ( ) ( ) ROTOR S S R S S R S R S LOOP R R R S R R S R V B rl t R t L t i B rl Z R jX R L R L The B field at the leading edge of the rotor coil is: 3 3 0 0 2 2 2 2 ( ( )) cos( ) sin( ) PEAK L S B B t r B tr

A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

How an Induction Motor Works by Equations (and Physics) 

The magnetic field in the air gap from the voltage applied to the stator: The stator has three sets of 

windings that are aligned at 120 degrees to each other and are driven by balanced currents that are 120 

degrees out of phase..  Call the coils A, B, C and we will work in cylindrical coordinates. (See figure be‐

low.) The coils are wound in such a way as to generate a field that is a rough stepwise approximation to 

a  cos( )  distribution. The windings overlap and each winding slot has two windings in it usually from 

different phases. (See 4 and 6 pole distributions on the handout from class.) Here I assume a two pole 

distribution because it makes the explanation easier. Such a motor runs at the nominal speed range of 

3500 – 3580 RPM. 

10 0 2cos( ) cos( ) cos( ) cos( )AB B t r B t t r

  

2 2 410 03 3 2 3cos( ) cos( ) [cos( ) cos( )]BB B t r B t t r

 

4 4 210 03 3 2 3cos( ) cos( ) [cos( ) cos( )]CB B t r B t t r

 

4 2102 3 3[3cos( ) cos( ) cos( ) cos( )]A B CB B B B B t t t t r

  

302 cos( )B B t r

 

Let  and L R S  be the angular velocities of the magnetic field (line frequency), rotor, and slip re‐

spectively. For convenience we assume that  0  at t = 0, which implies  Rt  and S L R .  

The flux in the single‐turn coil on the rotor surface is 

2 2

2 2

3 30 0 02 2cos( ) cos( ) 3 cos( )ROTOR PEAK L SB rl d B rl t d B rl t

  

The voltage in the loop is  03 sin( )ROTOR S S

dV B rl t

dt

   

The current in the loop is:  

00 2 2 2 2

3 sin( ) sin( ) cos( )3

( ) ( )ROTOR S S R S S R S

R SLOOP R R R S R R S R

V B rl t R t L ti B rl

Z R jX R L R L

 

The B field at the leading edge of the rotor coil is: 

3 30 02 2 2 2( ( )) cos( ) sin( )PEAK L SB B t r B t r

 

Page 2: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

Induction Motor Equations    ENGN1931F – Spring 2015 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In this figure, all rotations are counterclockwise. The Cartesian coordinates have the z‐axis or  k  point‐

ing out of the page.  The system is in cylindrical coordinates if one uses the radius and angle theta as 

coordinates in the plane with unit vectors  and r .  

 

 

i

X

 

 

XX

STATOR

X

- rotor angle   

XX 

ROTOR

 

- magnetic field

angle

  

rj

 

 

Single turn rotor coil 

Coil A – stepwise approximation 

to cos( )  field distribution 

Page 3: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

Induction Motor Equations    ENGN1931F – Spring 2015 

 

 

Also at the leading edge of the rotor coil, the positive sign on the voltage implies that the current is out 

of the page along the  k  axis and therefore the force on the wire from the Lorenz force law is in the 

k r  direction. The rotor is being pushed in the direction of the rotation of the stator magnetic 

field. This is the essence of how the motor works! The total torque from both sides of the loop is then: 

 2

2 2 20 2 2 2 2

sin ( ) cos( )sin( )9

( ) ( )R S S R S S

SR S R R S R

R t L t tT B r l k

R L R L

  

The first term in  2 12sin ( ) 1 cos(2 )S St t  gives a net positive average torque but it has 100 % vari‐

ation in magnitude from no torque to twice the average torque at twice the slip frequency.  The second 

term has no net average torque but would also represent vibration at twice the slip frequency. Here is a 

graph showing the two terms and their sum. (The slip frequency is very low so this would be really bad 

vibration.) 

 

Figure 1: Relative torque as a function of slip angle ( St ) for a single rotor loop and for two loops at 

right angle to each other.  Net torque from current in phase with the induced voltage and torque 

component with not net torque, just vibration, from current at 90 deg. phase angle.  

Page 4: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

Induction Motor Equations    ENGN1931F – Spring 2015 

 

Suppose, however, we add a second coil at right angle to the first.  The current in that loop will result in 

a simultaneous torque that has the same functional form but with all angular arguments moved back by  

2  radians.  Use the trigonometric identities that  2sin( ) cos( )S St t  and 

2cos( ) sin( )S St t  to get the total torque of the two turns as:  

2 22 2 2 00 2 2 2

9 29

( ) / 1 (2 )SR

SR S R R S R

B r l fRT B r l k k

R L R l f

 

where  /R R RL R  is the rotor time constant. This is a constant torque as shown on the median line in 

Fig. 1. There are two equivalent forms of the torque expression here. The first is the result of simple 

substitution.  The second expression has been rewritten to emphasize how the torque and hence power 

depends on several properties of the system. It is directly proportional to the square of the stator field 

0B  (more field induces more current and the torque is a product of field and current), to the volume of 

the rotor (larger motors, more torque), and to the slip frequency. No slip, no torque because there will 

be no current in the rotor cage.   

Figure 2 shows an evaluation of this torque expression for a 4‐pole motor with  0.09R  seconds.  The 

curve has been normalized to unit peak value to show the relation between torque and shaft speed.  

Mechanical power is the product of torque with angular velocity and a similarly normalized power curve 

is superposed.  Small motors are sometimes built as single phase induction‐run motors and these have 

no starting torque and have rather less torque for a given stator B‐field. (You do an experiment on one 

of these.)   

Obviously, one can increase the torque by adding more loops in pairs until reaching a limit set by the 

ability to get rid of heat. (The rotor cage has non‐zero resistance and that means joule heating anytime 

there is rotor current, that is, anytime there is non‐zero torque.) The torque and output power increase 

directly proportional to the number of pairs of loops.  Connecting all the ends of the axial rotor wires by 

a heavy ring of conductor does not influence the resulting operation very much, so motors generally 

have a cage‐like structure for the loops in which the induced current flows. (Very large motors some‐

times have a portion of their rotor windings connected through brushes so there can be external control 

of the amount of the effective resistance. This helps control startup current.)   

 There is an odd subtle feature of the heat problem in that the rotor resistance changes very rapidly with 

temperature, increasing by 25 % for a 50 deg. C rise which is typical of rated operation.  This is a similar 

percent change in the rotor time constant and a readily observable variation in the torque‐speed curve 

during warmup. 

So far we have assumed that the stator field is uninfluenced by the currents in the rotor cage but that 

clearly cannot be true.  The energy for the rotor has to come from the power mains and that can only 

happen by changing the fields in the stator. The rotor currents create magnetic fields that add to the 

stator field both in the air gap and throughout the rotor and stator structure.  Returning to our two‐loop 

Page 5: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

Induction Motor Equations    ENGN1931F – Spring 2015 

 

 

Figure 2: Relative torque versus speed of rotation for a 4‐pole 3‐phase induction motor having a rotor 

time constant of 0.09 sec. Power is the product of torque and speed of rotation so vanishes at locked 

rotor. Single phase, induction‐run motors make less efficient use of the stator B‐field so have less 

torque for the same excitation MMF. 

 

 

model, notice that the first term in the current in each of the two loop equations is what does all the 

work, that is, the term responsible for the net torque, is   1 sin( )R si t  for the first loop. Similarly, the 

current in the second loop is   2 cos( )R si t .  These currents produce magnetic fields in the gap that 

are fixed relative to the rotor itself because that is what the coils are attached to. Their fields are radial 

in the air gap and 90 degrees rotated relative to each other.  The sine and cosine dependence on time 

means that the sum expresses a radial vector field that rotates relative to the rotor at the slip frequency 

in the same direction as the rotor is moving.  

The shape of this field is not altogether obvious.  Consider a snapshot of the field around the rotor from 

the current in one of our two loops.  The field at that instant is uniform, that is, constant with angle, on 

Page 6: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

Induction Motor Equations    ENGN1931F – Spring 2015 

 

each side of the loop, whether or not the loop is inset into a slot in the rotor. If the current in the rotor 

were constant, the voltage it would induce in a stator coil would be a square wave. With two rotor loops 

there are two overlapping rectangular field shapes that are weighted by the time functions  sin( )st  

and cos( )st , Figure 3 below shows a series of snapshots of the field going counterclockwise around the 

rotor from one side of one coil at several successive times corresponding to changes in the slip angle 

St .  The fields are still constant for appreciable segments of the rotor and do not resemble sinusoids. 

However, what should be clear is that the entire pattern changes continuously in a way that shows CCW 

rotation (increasing angle about the rotor) at the slip frequency. Because these fields are rotating rela‐

tive to the rotor which is turning at the rotor angular frequency, they are rotating at 

R S L  in the stator or room reference coordinates. 

 

Figure 3: Circumferential B‐field about the rotor from the slip frequency currents induced in a pair of 

current loops around the rotor.  The results do not depend on whether the loops are inset into rotor 

slots or not. The direction of rotation of the fields is increasing angle about the rotor or CCW. 

If another pair of coils is added at right angles to each other and at 45 degrees to the first pair, then 

snapshots of the field pattern look like Figures 4 and 5.  Adding the second pair of rotor loops makes a 

Page 7: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

Induction Motor Equations    ENGN1931F – Spring 2015 

 

field pattern that is a stepwise approximation to a triangle wave.  As more pairs are added, the approxi‐

mation gets better and better.  The same twist in the rotor cage used to smooth the effects of the stator 

winding slot on the rotor field will similarly help smooth the effect of the steps in the rotor field.  

In the stator reference frame this field is moving at the line frequency rate, the same angular rate as the 

stator‐induced magnetic field.  From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic 

field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating in the air gap that generates voltages in 

the stator windings that must match the applied line voltages.  The rotor field is opposite in sign to the 

stator‐induced field so it tends to reduce that field. This reduces the voltage induced in the stator coils 

but those coils are connected to the line voltages and instead of decreasing the voltage, the stator cur‐

rent will increase to generate enough total flux. The increase in current is in phase with the line voltage 

and supplies the energy both for joule heating the rotor and supplying the mechanical energy. The ac‐

tion is exactly analogous to the operation of a transformer, suggesting that we might model the motor 

with a transformer equivalent circuit and use an energy analysis to determine how the motor will be‐

have from the power applied to it. 

 

 

Figure 4: Shape of the circumferential B‐field around the rotor from a set of 4 rotor coils equally 

spaced around the rotor. Only the fields for slip angle ( St ) of zero and 180 degrees are shown for 

clarity. This is a stepwise approximation of a triangle wave and the more loops are added, the better 

the approximation. 

Page 8: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

Induction Motor Equations    ENGN1931F – Spring 2015 

 

 

Figure 5: Shape of the circumferential B‐field around the rotor from a set of 4 rotor coils equally 

spaced around the rotor. Shows 45 deg. increments of slip angle ( St ). 

Another consequence of the triangle shape of the rotor B‐field is that the stator current has harmonic 

components even though the line voltage is nearly pure sinusoid.  A triangle wave has only odd harmon‐

ics but one can show that in a 3‐phase system, the motor cannot induce winding currents at harmonics 

that are a multiple of 3 times the line frequency. Figure 6 shows a triangle wave overlaid by its Fourier 

series representation with components out to 27 times the fundamental frequency.  One cannot see the 

difference.  However, if the 3, 6, 9,… harmonics are removed, a bent sinusoid with only about 6 % total 

harmonic distortion is formed.  The figure compares the triangle voltage to both the waveshape of its 

induced currents and a pure sinusoid at the fundamental.  

The harmonic currents in the power lines do not, in principle, draw net power from the mains but they 

do generally increase losses in the mains and in the motor. They are undesirable and much design effort 

goes into optimizing the stator winding design both to do its fundamental task of creating the sinusoidal 

stator fields and to minimize the response of the stator to the non‐sinusoidal induced currents from the 

rotor under load. 

Page 9: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

Induction Motor Equations    ENGN1931F – Spring 2015 

 

So far, all analysis has been based on placing the rotor coils on the surface of the rotor to make it possi‐

ble to use the Lorenz force law. When the turns are sunk into slots in the rotor, the wires themselves do 

not have to sustain the full force of the torque and are much easier to secure to the rotor itself. As with 

the DC motor we do not expect the general result to change very much, at least qualitatively.  To make 

calculation easier we will develop a suitable transformer model of the motor from which we can simu‐

late the line current, and the torque and efficiency from energy arguments. 

 

Figure 6: A triangle wave of the same form as B‐field on the perimeter of the rotor and its Fourier se‐

ries representation. The voltage and current induced in the stator cannot contain harmonics at multi‐

ples of 3 times the line frequency. The second curve shows the result of removing those harmonics 

from the series while the third curve shows the fundamental component for comparison with a pure 

sinusoidal waveform. 

A formal approach to solving for the steady state currents and power in a motor begins with the obser‐

vations that: 

At rest a motor with two rotor turns is a transformer with 5 coils, two of them shorted. 

The self‐inductances of the windings are independent of the rotor position 

Page 10: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

Induction Motor Equations    ENGN1931F – Spring 2015 

10 

 

The mutual inductances of stator to rotor windings are proportional to the sine or cosine of 

the rotor angle relative to the magnetic axes of the stator coils. 

All stator windings have one resistance and all rotor windings a different resistance that is the 

same for all loops. 

Flux induced in a coil is  M PRML i  and therefore the induced voltage is 

( )M PRM

dv L i

dt where  PRMi  is the current in the inducing coil. (Note: the usual formula for 

the voltage in a transformer or even a single coil follows from this if the inductance is inde‐

pendent of time but that is not the case for a motor.) 

With these observations, the steady state equations for a motor with two rotor turns become: 

 

2 23 3

4 43 3

2 43 31

2

cos( ) sin( )

cos( ) sin( )

cos( ) sin( )

cos( ) cos( ) cos( ) 00

sin( ) sin(0

A P M M MR R MR R

B M P M MR R MR R

M M P MR R MR RC

MR R MR R MR R RR

MR R MR RR

v L L L L t L t

v L L L L t L td

L L L L t L tvdt

L t L t L t Lv

L t Lv

2 43 3

1 1

2 2

) sin( ) 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

MR R R

A AW

B BW

C CW

RR R

RR R

t L t L

i iR

i iR

i iR

Ri i

Ri i

 

 This set of equations does not include core losses.  Its solution, while straightforward, is a lengthy exer‐

cise in trigonometry and is not very instructive.  It does predict that all line currents are at line frequency 

and all rotor currents at the slip frequency.  It further predicts that the instantaneous power delivered to 

the system for both resistive losses and mechanical power is constant as we found from the Lorenz force 

argument. This is characteristic of all three‐phase systems with balanced constant impedance loads and 

hence balanced currents. 

However, if what we want is the steady‐state solution to how electrical power, both current and volt‐

age, relates to mechanical energy, efficiency, slip, torque, etc. then a simple alternate approach is possi‐

ble.  While a motor is essentially a multi‐winding transformer with some mutual inductances dependent 

on the rotor position, having pairs of rotor loops at right angles to each other compensates for the posi‐

tion dependence in steady state. In that case we can use a simple time‐independent transformer model 

on a per‐phase basis.  Full power is simply three times the per‐phase power. 

Page 11: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

Induction Motor Equations    ENGN1931F – Spring 2015 

11 

 

The first thing that a per‐phase model has to account for is the stator‐generated magnetic field from 

that phase. In the transformer model this is the primary inductance and the corresponding primary 

magnetizing current.  The top circuit of Figure 7 shows this part of the model.  It corresponds to operat‐

ing the motor with zero slip, i.e., driving the motor at the line rate so there is no induced current.  The 

model incorporates both core and winding losses.  It differs from the simple transformer model only in 

having somewhat higher leakage inductance relative to LPRM than most regular transformers.  This is be‐

cause of the larger air gap and the design of the stator winding slots.  (To help control inrush current on 

startup, slots are sometimes designed to introduce more than the minimum leakage inductance.)  The 

model parameters of a real motor can be extrapolated from the free running motor impedance and a 

light load measurement. 

The middle circuit in Fig. 7 shows the circuit for the motor under load with the rotor impedance coupled 

to the primary stator winding through and ideal transformer of unknown turns ratio.  While we know 

the rotor impedance, ZROTOR, is a function of the slip speed, we do not know its magnitude or functional 

form.  Rather than deal with two unknowns, we eliminate the ideal transformer from the model by re‐

ferring ZROTOR to the primary side as in the bottom section of Fig. 7. 

To justify the LR model for the rotor impedance of Figure 7, consider the equation that we derived for 

the current in a single rotor loop:  1 0 2 2 2 2

sin( ) cos( )3

( ) ( )R S S R S

R SR S R R S R

R t L ti B rl

R L R L

. By the design of the 

rotor cage, there is a second loop at right angle to this one with a current that lags this by 90 degrees, 

that is, has a current:  1 0 2 2 2 2

cos( ) sin( )3

( ) ( )R S S R S

R SR S R R S R

R t L ti B rl

R L R L

. On the primary side of the 

transformer these two currents are scaled by the same factor and are added together.  The RMS value 

of the sum is proportional to:  

 

2 21 2 2 2 2 2

[( (cos( ) sin( )) (sin( ) cos( ))]( ) ( )

S SR R R S S S R S S

R S R R S R

i i R t t L t tR L R L

where we have used the relations that  2 2sin ( ) cos ( ) 1S St t  and the time average of any term that 

is the product of a cosine times a sine is zero. With a little further manipulation the RMS current in the 

rotor branch of Figure 7 can be written as: 

  _2 2

where

1 ( ) 1 ( )/

S SLRMS ROTOR

LR R RR S L

R R

I SL R L

RR S R S

 . 

 

 

Page 12: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

Induction Motor Equations    ENGN1931F – Spring 2015 

12 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 7: Electrical equivalent circuits for one of the three phase branches of the motor. At top is the 

stator excitation equivalent to the stator alone when the rotor is turning at the line frequency. In the 

middle is the standard transformer model with the rotor inductance and equivalent load resistance. 

Bottom shows the rotor circuit impedance transformed to the primary side and broken into two load 

resistances to separate the mechanical energy from the joule heating of the rotor cage. 

cos( )LINE P LV V t   

RS                           LS‐LEAK 

RCORE                    

LPRM 

cos( )LINE P LV V t   

RS                           LS‐LEAK 

RCORE                     LPRM 

1 ROTORS R

S

  

ROTORL

ROTORR       

cos( )LINE P LV V t   

RS                           LS‐LEAK 

RCORE                    

LPRM 

ROTORR

ZROTOR 

LROTOR 

Page 13: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

Induction Motor Equations    ENGN1931F – Spring 2015 

13 

 

This is the equation for the current in a series LR combination at the line frequency if the effective rotor 

resistance depends on the normalized slip frequency S as  RR

S

.  In the bottom circuit of Fig. 7 this re‐

sistance is broken into two pieces, one that represents the loss in the rotor itself and one that repre‐

sents the mechanical energy.   

To compute the power losses and mechanical energy, it is only necessary to find the resistive heat loss 

of each of the model resistors, a trivial exercise for any circuit analysis program. The motor torque is 

simply the mechanical power divided by the rotational speed of the rotor in radians per second.  At 

some minor loss of accuracy1 one can redraw the circuit as in Figure 8. This makes the calculations more 

straightforward.   

 

 

 

 

 

 

 

Figure 8: Approximate per‐phase model of an induction motor in steady state operation. Mechanical 

power is the electrical energy dissipated in the S‐dependent resistance at the lower right of the dia‐

gram. Torque is power divided by the rotor angular velocity. 

In this model, the core loss is constant as  2 /CORE LINE COREP V R  . The rotor effective current IROTOR is giv‐

en by 2

2

LINEROTOR

RS TOTAL

VI

RR X

S

 where  TOTALX  is the sum of the inductive reactances of the 

                                                            1 See Hughes, A., Electric Motors and Drives: Fundamentals, Types, and Applications, Newnes Elsevier, 2006, pp. 

267‐274 for a discussion of this result. 

cos( )LINE P LV V t   

RS   

RCORE                     LPRM 

1 ROTORS R

S

   

_ROTOR STATORL L   

ROTORR       

ROTORI       

Page 14: A B C · stator‐induced magnetic field. From the point of view of the stator windings, there is a single magnetic field, the sum of sinusoidal and triangle components, rotating

Induction Motor Equations    ENGN1931F – Spring 2015 

14 

 

stator leakage inductance and the rotor leakage inductance referred to the line input. The mechanical 

power is  22

2

2

1 /1 / LINE R

MECH ROTOR R

RS TOTAL

V S R SP I S R S

RR X

S

   

and torque is 2

2

2

MECH LINE R

R LR

S TOTAL

P V RT

SRR X

S

 . Since S is slip frequency normalized to the 

line frequency, this expression is very similar to the torque expression found above for the case of fixed 

B0 and rotor turns subject to Lorenz law forces.  It incorporates the effects of non‐zero values of stator 

leakage inductance and stator winding resistance.