Apa itu motor satu fasa? Motor asinkron satu fasa

Seperti kebanyakan motor listrik, motor induksi AC (AC) mempunyai gaya tetap bagian luar, yang disebut stator, dan rotor berputar di dalamnya. Ada celah udara yang diperhitungkan dengan cermat di antara keduanya.

Bagaimana itu bekerja?

Desain dan prinsip pengoperasian motor asinkron, seperti motor asinkron lainnya, didasarkan pada fakta bahwa rotasi digunakan untuk menggerakkan rotor. Medan gaya. IM tiga fase adalah satu-satunya jenis motor yang dibuat secara alami karena sifat catu dayanya. Untuk tujuan ini, pergantian mekanis atau elektronik digunakan, dan dalam IM fase tunggal, elemen listrik tambahan digunakan.

Untuk mengoperasikan motor listrik, diperlukan dua set elektromagnet. Prinsip operasi motor listrik asinkron terdiri dari fakta bahwa satu set terbentuk di stator, karena sumber arus bolak-balik dihubungkan ke belitannya. Menurut hukum Lenz, hal ini menginduksi gaya elektromagnetik (EMF) pada rotor dengan cara yang sama seperti tegangan diinduksi pada belitan sekunder transformator, sehingga menciptakan kumpulan elektromagnet lainnya. Oleh karena itu nama lain dari motor tersebut adalah motor induksi. Desain dan prinsip pengoperasian motor asinkron didasarkan pada kenyataan bahwa interaksi antara medan magnet elektromagnet ini menghasilkan gaya torsi. Akibatnya rotor berputar searah dengan torsi yang dihasilkan.

stator

Stator terdiri dari beberapa pelat tipis yang terbuat dari aluminium atau besi cor. Mereka ditekan bersama untuk membentuk silinder inti berongga dengan alur. Mereka memasukkannya ke dalam kabel terisolasi. Setiap kelompok belitan, bersama dengan inti yang mengelilinginya, membentuk elektromagnet setelah arus bolak-balik diterapkan padanya. Jumlah kutub IM tergantung pada sambungan internal belitan stator. Itu dibuat sedemikian rupa sehingga ketika sumber listrik dihubungkan, medan magnet yang berputar akan terbentuk.

Rotor

Rotor terdiri dari beberapa pelat baja tipis dengan batang aluminium atau tembaga yang ditempatkan secara merata di sekeliling pinggirannya. Dalam tipe yang paling populer - hubung pendek, atau "sangkar tupai" - batang di ujungnya dihubungkan secara mekanis dan elektrik menggunakan cincin. Hampir 90% IM menggunakan desain ini karena sederhana dan dapat diandalkan. Rotor terdiri dari inti pipih silinder dengan slot paralel yang ditempatkan secara aksial untuk memasang konduktor. Batang yang terbuat dari tembaga, aluminium atau paduan ditempatkan di setiap alur. Mereka dihubung pendek di kedua sisi menggunakan cincin ujung. Desain ini menyerupai sangkar tupai, itulah sebabnya dinamakan demikian.

Slot rotor tidak sejajar dengan poros. Mereka dibuat dengan sedikit bias karena dua alasan utama. Yang pertama adalah memastikan kelancaran pengoperasian IM dengan mengurangi kebisingan magnetik dan harmonik. Yang kedua adalah untuk mengurangi kemungkinan rotor mati: giginya menempel pada slot stator karena tarikan magnet langsung di antara keduanya. Ini terjadi ketika nomornya cocok. Rotor dipasang pada poros dengan menggunakan bantalan pada setiap ujungnya. Satu bagian biasanya menonjol lebih dari yang lain untuk menggerakkan beban. Di beberapa mesin, posisinya dipasang pada ujung poros yang tidak berfungsi.

Terdapat celah udara antara stator dan rotor. Energi ditransmisikan melaluinya. Torsi yang dihasilkan menyebabkan rotor dan beban berputar. Terlepas dari jenis rotor yang digunakan, perangkat dan prinsip pengoperasiannya motor asinkron tetap tidak berubah. Biasanya, IM diklasifikasikan berdasarkan jumlah belitan stator. Ada motor listrik satu fasa dan tiga fasa.

Desain dan prinsip pengoperasian motor asinkron satu fasa

Tekanan darah fase tunggal adalah bagian terbesar motor listrik. Adalah logis bahwa mesin yang paling murah dan perawatannya rendah paling sering digunakan. Seperti namanya, tujuan dan prinsip pengoperasian motor asinkron jenis ini didasarkan pada keberadaan satu belitan stator saja dan pengoperasian dengan sumber listrik satu fasa. Semua IM jenis ini mempunyai rotor sangkar tupai.

Motor satu fasa tidak dapat hidup dengan sendirinya. Ketika motor dihubungkan ke sumber listrik, belitan utama mulai mengalir arus bolak-balik. Ini menghasilkan medan magnet yang berdenyut. Karena induksi, rotor diberi energi. Karena medan magnet utama berdenyut, torsi yang diperlukan untuk memutar motor tidak dihasilkan. Rotor mulai bergetar daripada berputar. Oleh karena itu, IM satu fase memerlukan mekanisme pemicu. Hal ini dapat memberikan dorongan awal yang menyebabkan poros bergerak.

Mekanisme pemicu tekanan darah fase tunggal terutama terdiri dari belitan tambahan stator. Dia mungkin ditemani kapasitor seri atau saklar sentrifugal. Ketika tegangan suplai diterapkan, arus pada belitan utama tertinggal dari tegangan karena hambatannya. Pada saat yang sama, listrik pada belitan start tertinggal atau mendahului tegangan suplai tergantung pada impedansi mekanisme start. Interaksi antara medan magnet yang dihasilkan oleh belitan utama dan rangkaian awal menciptakan medan magnet bersih. Itu berputar ke satu arah. Rotor mulai berputar searah dengan medan magnet yang dihasilkan.

Setelah kecepatan motor mencapai sekitar 75% dari kecepatan pengenal, saklar sentrifugal mematikan belitan awal. Mesin kemudian dapat mempertahankan torsi yang cukup untuk beroperasi sendiri. Kecuali motor dengan kapasitor start khusus, semuanya umumnya digunakan untuk menghasilkan daya tidak melebihi 500 W. Tergantung pada berbagai metode mulai, IM fase tunggal diklasifikasikan lebih lanjut seperti dijelaskan di bagian berikut.

Tekanan darah fase terpisah

Tujuan, desain, dan prinsip pengoperasian motor asinkron fase terpisah didasarkan pada penggunaan dua belitan: belitan awal dan utama. Kawat awal terbuat dari kawat dengan diameter lebih kecil dan putaran lebih sedikit dibandingkan dengan kawat utama untuk menciptakan hambatan yang lebih besar. Ini memungkinkan Anda untuk mengarahkan medan magnetnya pada suatu sudut. Berbeda dengan arah medan magnet utama yang menyebabkan rotor berputar. Gulungan yang berfungsi, yang terbuat dari kawat berdiameter lebih besar, memastikan berfungsinya mesin sepanjang waktu.

Torsi awal rendah, biasanya 100 hingga 175% dari torsi terukur. Motor mengkonsumsi arus start yang tinggi. Ini 7-10 kali lebih tinggi dari nilai nominal. Torsi maksimumnya juga 2,5-3,5 kali lebih besar. Motor jenis ini digunakan dalam ukuran kecil mesin penggiling, kipas dan blower, serta pada aplikasi lain yang memerlukan torsi rendah, berkisar antara 40 hingga 250 W. Penggunaan motor seperti itu harus dihindari jika sering terjadi siklus hidup-mati atau jika diperlukan torsi tinggi.

IM dengan kapasitor mulai

Jenis motor asinkron kapasitor dan prinsip operasinya didasarkan pada kenyataan bahwa kapasitansi dihubungkan secara seri ke belitan awal fase terpisah, menghasilkan “impuls” awal. Seperti pada motor tipe sebelumnya, juga terdapat saklar sentrifugal. Ini mematikan sirkuit start ketika kecepatan mesin mencapai 75% dari kecepatan terukur. Karena kapasitor dihubungkan secara seri, ini menghasilkan kapasitor yang lebih besar Torsi awal, mencapai 2-4 kali ukuran pekerja. Dan arus awal, sebagai suatu peraturan, adalah 4,5-5,75 kali arus pengenal, yang jauh lebih rendah daripada dalam kasus fase terbagi, karena kawat yang lebih besar pada belitan awal.

Opsi awal yang dimodifikasi menampilkan motor dengan resistansi aktif. Pada motor jenis ini, kapasitansi digantikan oleh resistor. Resistor digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan torsi awal yang lebih kecil dibandingkan menggunakan kapasitor. Selain biaya yang lebih rendah, ini tidak menawarkan keuntungan dibandingkan start kapasitif. Motor ini digunakan dalam aplikasi yang digerakkan oleh sabuk seperti konveyor kecil, kipas dan pompa besar, dan banyak aplikasi penggerak langsung atau roda gigi.

IM dengan kapasitor pemindah fasa yang berfungsi

Desain dan prinsip pengoperasian motor asinkron jenis ini didasarkan pada sambungan permanen kapasitor yang dihubungkan secara seri dengan belitan awal. Setelah motor mencapai kecepatan pengenalnya, rangkaian start menjadi bantu. Karena kapasitansi harus dirancang untuk penggunaan terus menerus, kapasitansi tidak dapat memberikan impuls awal kapasitor awal. Torsi awal mesin seperti itu rendah. Ini adalah 30-150% dari nilai nominal. Arus startnya kecil - kurang dari 200% dari arus pengenal, yang menjadikan motor listrik jenis ini ideal di mana sering diperlukan penyalaan dan penonaktifan.

Desain ini memiliki sejumlah keunggulan. Sirkuit dapat dengan mudah dimodifikasi untuk digunakan dengan pengontrol kecepatan. Motor listrik dapat disetel untuk efisiensi optimal dan faktor daya tinggi. Motor ini dianggap paling andal di antara motor satu fasa, terutama karena tidak menggunakan saklar start sentrifugal. Digunakan pada kipas angin, blower, dan perangkat yang sering dinyalakan. Misalnya pada mekanisme kendali, sistem bukaan gerbang dan pintu garasi.

IM dengan kapasitor start dan running

Desain dan prinsip pengoperasian motor asinkron jenis ini didasarkan pada sambungan serial kapasitor awal ke belitan awal. Hal ini memungkinkan terciptanya torsi lebih besar. Selain itu, dia punya kapasitor permanen, dihubungkan secara seri dengan belitan bantu setelah kapasitansi awal dilepas. Skema ini memungkinkan terjadinya kelebihan torsi yang besar.

Motor jenis ini dirancang untuk menangani arus beban penuh yang lebih rendah sehingga lebih efisien. Desain ini adalah yang paling mahal karena adanya kapasitor start dan running serta saklar sentrifugal. Digunakan pada mesin pertukangan kayu, kompresor udara, pompa air tekanan tinggi, pompa vakum dan memerlukan torsi tinggi. Daya - dari 0,75 hingga 7,5 kW.

IM dengan tiang terlindung

Desain dan prinsip pengoperasian motor asinkron jenis ini adalah hanya memiliki satu belitan utama dan tidak ada belitan awal. Permulaan dicapai karena adanya cincin tembaga pelindung di sekitar sebagian kecil dari masing-masing kutub stator, akibatnya medan magnet di area ini tertinggal dari medan di bagian yang tidak terlindung. Interaksi kedua medan menyebabkan poros berputar.

Karena tidak ada koil starter, saklar atau kapasitor, motor ini sederhana secara elektrik dan murah. Selain itu, kecepatannya dapat diatur dengan mengubah tegangan atau melalui belitan multi-sentuh. Desain motor tiang berbayang memungkinkan produksi massal. Umumnya dianggap sebagai barang "sekali pakai" karena penggantiannya jauh lebih murah daripada perbaikannya. Di samping itu kualitas positif, desain ini memiliki sejumlah kelemahan:

• torsi awal yang rendah sebesar 25-75% dari nominal;
• slip tinggi (7-10%);
• efisiensi rendah (kurang dari 20%).

Biaya awal yang rendah memungkinkan penggunaan IM jenis ini pada perangkat berdaya rendah atau jarang digunakan. Kita berbicara tentang kipas multi-kecepatan rumah tangga. Namun torsi rendah, efisiensi rendah, dan karakteristik mekanis yang buruk menghalangi penggunaan komersial atau industri.

Tekanan darah tiga fase

Motor listrik ini banyak digunakan di industri. Desain dan prinsip pengoperasian motor asinkron tiga fase ditentukan olehnya desain- dengan korsleting atau dengan rotor luka. Tidak memerlukan kapasitor, belitan start, saklar sentrifugal atau perangkat lain untuk memulainya. Torsi awal sedang hingga tinggi, begitu pula tenaga dan efisiensi. Digunakan dalam penggilingan, pembubutan, mesin bor, pompa, kompresor, konveyor, mesin pertanian, dll.

IM dengan rotor tertutup

Ini adalah perangkat asinkron tiga fase, perangkat yang dijelaskan di atas. Menyusun hampir 90% dari seluruh motor listrik tiga fase. Tersedia dalam daya dari 250 W hingga beberapa ratus kW. Dibandingkan dengan motor satu fasa mulai dari 750 W, motor ini lebih murah dan mampu menahan beban yang lebih besar.

IM dengan rotor luka

Desain dan prinsip pengoperasian motor asinkron tiga fasa dengan rotor belitan berbeda dengan motor induksi tipe “sangkar tupai” karena rotor memiliki sekumpulan belitan, yang ujung-ujungnya tidak dihubung pendek. Mereka terhubung ke slip ring. Ini memungkinkan Anda untuk menghubungkan resistor dan kontaktor eksternal ke sana. Torsi maksimum berbanding lurus dengan hambatan rotor. Oleh karena itu pada kecepatan rendah itu dapat ditingkatkan dengan resistensi tambahan. Resistansi tinggi memungkinkan torsi tinggi dengan arus start rendah.

Saat rotor berakselerasi, resistansi berkurang untuk mengubah karakteristik motor guna memenuhi kebutuhan beban. Setelah motor mencapai kecepatan dasar, resistor eksternal dimatikan. Dan motor listrik bekerja seperti motor induksi biasa. Tipe ini ideal untuk beban inersia tinggi yang memerlukan torsi pada kecepatan hampir nol. Ini memberikan akselerasi maksimal dalam waktu minimal dengan konsumsi arus minimal.

Kerugian dari motor tersebut adalah slip ring dan sikat memerlukan perawatan rutin, yang tidak diperlukan untuk motor sangkar tupai. Jika belitan rotor mengalami korsleting dan dilakukan start (yaitu perangkat menjadi IM standar), arus yang sangat tinggi akan mengalir di dalamnya. Ini dinilai 14 kali lipat pada torsi sangat rendah yaitu 60% dari basis. Dalam kebanyakan kasus, hal ini tidak digunakan.

Dengan mengubah hubungan antara kecepatan putaran dan torsi dengan mengatur tahanan rotor, Anda dapat memvariasikan kecepatan pada beban tertentu. Hal ini secara efektif dapat menguranginya sekitar 50% jika beban memerlukan torsi dan kecepatan variabel, yang sering ditemukan pada mesin cetak, kompresor, konveyor, kerekan, dan elevator. Mengurangi kecepatan di bawah 50% menghasilkan efisiensi yang sangat rendah karena disipasi daya yang lebih tinggi pada resistansi rotor.

– ini adalah motor berdaya rendah (hingga 1500 W) yang digunakan dalam instalasi di mana praktis tidak ada beban pada poros pada saat start-up, serta dalam kasus di mana motor hanya dapat diberi daya dari jaringan satu fasa. Paling sering, mesin seperti itu digunakan di mesin cuci, kipas kecil, dll.

Motor satu fasa memiliki struktur yang mirip dengan motor asinkron tiga fasa, perbedaannya adalah jumlah belitan fasa; motor satu fasa tidak memiliki tiga, tetapi dua belitan - memulai dan bekerja, dan hanya satu belitan yang terus bekerja - belitan yang berfungsi.

Agar rotor motor asinkron dapat bergerak, belitan stator harus menciptakan medan magnet yang berputar. Pada motor tiga fasa, medan seperti itu tercipta karena belitan tiga fasa. Namun belitan kerja motor satu fasa tidak menciptakan medan magnet yang berputar, melainkan medan magnet yang berdenyut. Bidang ini dapat diuraikan menjadi dua - langsung dan mundur. Medan langsung berputar dengan kecepatan sinkron n 1 searah putaran rotor dan menciptakan torsi elektromagnetik utama. Slip rotor relatif terhadap medan searah adalah

Medan balik berputar melawan rotor, oleh karena itu kecepatan rotor relatif negatif terhadap medan ini

Setiap medan menginduksi ggl, yang menyebabkan arus mulai mengalir melalui rotor. Frekuensi arus ini sebanding dengan slip (f t =f·s), dan dari rumus yang diturunkan di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa frekuensi arus yang diinduksi oleh medan balik jauh lebih besar daripada frekuensi arus medan maju. Dalam hal ini, reaktansi induktif, yang meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi, diperoleh sangat penting dan ada lebih banyak perlawanan aktif. Oleh karena itu, arus medan balik praktis bersifat induktif dan mempunyai efek demagnetisasi pada aliran medan magnet balik. Akibatnya torsi yang dihasilkan oleh medan ini kecil dan berlawanan dengan putaran rotor.

Pada saat rotor dalam keadaan diam, sumbu simetri antara kedua medan tersebut juga dalam keadaan diam, yang berarti tidak tercipta medan magnet berputar, dan akibatnya mesin tidak bekerja. Untuk menggerakkannya, Anda perlu memutar rotor agar sumbu simetrinya bergerak. Tetapi tidak masuk akal untuk melakukan ini secara mekanis, agar dapat berjalan motor satu fasa, dibuat mulai berliku. Belitan awal, bersama dengan belitan kerja, menciptakan medan magnet berputar yang diperlukan untuk menghidupkan mesin. Untuk melakukan ini, MMF kedua belitan harus sama, dan sudut antara keduanya harus 90°. Selain itu, arus dalam belitan ini perlu digeser sebesar 90°. Dalam hal ini, yang disebut medan magnet melingkar, dimana torsi elektromagnetik yang dihasilkan maksimum. Namun jika kondisi tersebut dipenuhi dengan penyimpangan, maka a medan magnet elips, di mana torsi lebih rendah karena peningkatan torsi pengereman medan mundur.

Dalam kondisi nyata, motor satu fasa diasut dengan menekan tombol-tombol yang menyuplai daya dan menghubungkan belitan start ke rangkaian secara bersamaan.

Untuk membuat pergeseran fasa 90° antara arus belitan kerja dan belitan awal, digunakan elemen pemindah fasa (FE). Ini bisa berupa resistansi aktif, kumparan atau kapasitor. Motor satu fasa dengan resistansi aktif sebagai elemen pemindah fasa telah tersebar luas. Peningkatan resistansi belitan awal dicapai dengan mengurangi penampang kawat, dan karena belitan ini beroperasi untuk waktu yang singkat pada saat penyalaan, hal ini tidak membahayakan belitan.

Namun, resistansi aktif, seperti resistansi induktif, tidak menghasilkan perpindahan 90° yang diperlukan antar arus, namun perpindahan tersebut dihasilkan oleh kapasitor. Kapasitansi kapasitor ini dipilih sedemikian rupa sehingga arus belitan awal mendahului tegangan dalam fasa dengan sudut tertentu, yang diperlukan agar offset antara arus menjadi 90°. Berkat ini, medan magnet melingkar tercipta. Namun, kapasitor lebih jarang digunakan sebagai elemen pemindah fasa, karena untuk memastikan pencampuran 90°, Anda memerlukan kapasitor berkapasitas besar, dan, biasanya, tegangan yang relatif tinggi. Selain itu, dimensi kapasitor ini yang besar juga berperan.

Seperti disebutkan, motor asinkron satu fasa saat ini mesin tersebut digunakan terutama sebagai mesin kecil dengan daya yang jarang melebihi 0,5 kW.

Stator memilikinya belitan satu fasa, yang biasanya diperoleh dari bintang tiga fase yang terhubung, hanya menggunakan dua fasenya. Rotor dilengkapi dengan belitan hubung singkat berbentuk sangkar tupai.

Jika belitan stator dialiri arus bolak-balik satu fasa maka akan timbul arus bolak-balik (berdenyut) n.s. Dengan rotor yang tidak bergerak, akan timbul medan bolak-balik (berdenyut) pada mesin. Ini akan menginduksi arus pada belitan rotor, seperti pada belitan sekunder transformator. Gambar 2.21 menunjukkan arah arus pada konduktor rotor sangkar-tupai dengan adanya medan berdenyut.

Beras. 2.21. Arus dalam penghantar belitan rotor motor satu fasa dengan rotor stasioner

Jelasnya, torsi yang dihasilkan yang bekerja pada rotor akan sama dengan nol, karena gaya elektromagnetik dari interaksi medan dan arus pada belitan rotor di bagian kanan dan kirinya akan sama besar dan berlawanan.

Kurangnya torsi awal adalah fitur karakteristik motor satu fasa di skema yang ditentukan koneksi. Akibatnya, dia sendiri tidak bisa bergerak. Namun, jika rotor diputar menggunakan gaya luar, mesin selanjutnya akan berputar secara mandiri dan dapat diberi beban.

Fenomena serupa dapat diamati di motor tiga fasa ketika salah satu kabel suplai putus. Jika kawat putus pada mesin stasioner, maka pada saat start tidak akan menimbulkan torsi dan tidak bergerak. Jika kabel putus pada motor tiga fasa yang berputar, motor tiga fasa yang berputar akan terus beroperasi sebagai motor satu fasa. Tapi kekuatannya harus dikurangi menjadi 50...55% dari nominal.

Mode pengoperasian motor tiga fasa sebagai motor satu fasa tidak boleh diperbolehkan ketika daya pada porosnya mendekati daya pengenal, karena belitannya, karena peningkatan arus di dalamnya dalam mode ini, akan memanas. berlebihan dalam waktu singkat.

Untuk menjelaskan fenomena ini, mari kita ganti variabel yang berdenyut sepanjang satu sumbu n.s. stator dengan dua n.s. berputar ke arah yang berbeda dengan frekuensi sinkron dan memiliki amplitudo sama dengan setengah amplitudo n.s yang berdenyut.

Dengan rotor stasioner, keduanya n.s. dengan amplitudo yang sama berputar relatif terhadap rotor dengan frekuensi sinkron yang sama. Medan yang ditimbulkannya juga akan memiliki amplitudo yang sama. Mereka akan menginduksi arus yang sama pada belitan rotor. Oleh karena itu, torsi yang dihasilkan dari interaksi medan dan arus yang ditimbulkannya akan sama satu sama lain. Karena keduanya bekerja berlawanan arah, maka momen yang dihasilkan adalah nol. Akibatnya rotor tidak dapat berputar sendiri. Jika, seperti yang telah ditunjukkan, dengan cara apa pun ia diputar ke segala arah, maka dalam arah ini ia akan berputar secara mandiri dan mencapai kecepatan mendekati sinkron.

Medan yang berputar searah dengan rotor disebut berputar langsung atau maju, medan lainnya disebut berputar terbalik atau terbalik. Ketika rotor berputar, kedua medan ini tidak sama: medan balik melemah, sedangkan medan putar maju diperkuat. Pada kecepatan putaran mendekati sinkron, medan balik dilemahkan sedemikian rupa sehingga medan yang dihasilkan menjadi hampir melingkar.

Melemahnya medan balik selama pengoperasian motor satu fasa dijelaskan sebagai berikut. Jika rotor mempunyai slip s terhadap medan maju, maka relatif terhadap medan mundur akan terjadi slip:

Oleh karena itu, arus yang diinduksi oleh medan balik pada belitan rotor akan mempunyai frekuensi yang tinggi, misalnya pada s=0,05 sama dengan (2-s)f 1 =1,95·50=97,5 Hz. Reaktansi induktif belitan rotor pada frekuensi ini akan jauh lebih besar daripada resistensi aktif. Arusnya hampir sepenuhnya reaktif; mereka akan memiliki efek demagnetisasi yang kuat, mis. melemahkan medan sebaliknya.

Jadi, pada nilai slip yang rendah, torsi pada motor satu fasa tercipta terutama sebagai akibat dari interaksi medan searah dan arus yang diinduksi olehnya pada belitan rotor. Torsi pengereman dari interaksi medan balik, yang sangat melemah, dan arus yang diinduksi olehnya dalam belitan rotor (hampir reaktif murni) tidak terlalu penting.

Beras. 2.22. Kurva torsi motor satu fasa

Karena arus pada rotor motor satu fasa dibentuk oleh superposisi dua arus dengan frekuensi yang sangat berbeda, rugi-rugi listrik pada rotor dapat dianggap sama dengan jumlah rugi-rugi yang disebabkan oleh masing-masing arus secara terpisah. Oleh karena itu, rugi-rugi listrik pada rotor motor satu fasa kira-kira dua kali lebih besar dari rugi-rugi yang sama pada rotor motor tiga fasa dengan daya yang sesuai. Yang kami maksud di sini adalah motor dengan belitan rotor yang dirancang sedemikian rupa sehingga perpindahan arus pada konduktornya dapat diabaikan. Jika motor memiliki alur yang dalam atau sangkar ganda pada rotornya, maka rugi-rugi arus yang disebabkan oleh medan balik pada konduktor belitan rotor meningkat secara signifikan karena perpindahan arus di dalamnya.

Selain itu, cos motor satu fasa lebih rendah dibandingkan motor tiga fasa, sejak pertama lebih terkini kecepatan idle (karena komponen reaktifnya). Yang terakhir ini akan menjadi jelas jika kita mempertimbangkan pengoperasian motor yang berputar pada kecepatan sinkron dengan belitan rotor terbuka dan tertutup. Dalam kasus pertama, keduanya n.s. - langsung dan mundur - akan menciptakan medan identik yang menginduksi EMF pada belitan stator, menyeimbangkan hampir sepenuhnya tegangan yang diberikan.

Dalam kasus kedua, kebalikannya n.s. diciptakan tidak hanya oleh arus stator, tetapi juga oleh arus rotor yang diinduksi oleh medan balik; itu, seperti medan sebaliknya, sangat lemah. Oleh karena itu, langsung n.s. Stator dalam hal ini harus meningkat sedemikian rupa sehingga medan langsung yang dihasilkannya menginduksi EMF pada belitan stator yang hampir sepenuhnya menyeimbangkan tegangan yang diberikan. Dalam kasus kedua, arus stator akan hampir 2 kali lebih besar dibandingkan pada kasus pertama. Hal ini menjelaskan peningkatan arus tanpa beban pada motor satu fasa.

Peningkatan slip menyebabkan peningkatan torsi pengereman dari medan balik, sehingga torsi maksimum motor satu fasa lebih kecil dibandingkan torsi maksimum motor tiga fasa.

Koefisien tindakan yang berguna motor satu fasa juga lebih rendah karena meningkatnya rugi-rugi pada belitan rotor, serta pada belitan stator karena penurunan cos.

Motor satu fasa biasanya distart bila terdapat fasa bantu pada stator, berupa belitan yang ditempatkan pada slot-slot stator sehingga n.s. digeser secara spasial sebesar 90 el. salam, relatif terhadap n.s. belitan stator utama. Arus pada belitan bantu harus keluar fasa terhadap arus pada belitan utama. Jika kondisi yang ditentukan terpenuhi, kedua belitan akan menimbulkan medan magnet berputar. Ini akan menjadi asimetris, tetapi torsi yang dihasilkan jika torsi pengereman kecil pada poros masih cukup untuk menghidupkan mesin. Belitan bantu dimatikan ketika motor mencapai kecepatan kira-kira normal, karena dirancang untuk beban jangka pendek.

Oleh karena itu, pada saat start, motor beroperasi sebagai motor dua fasa, dan pada kecepatan normal beroperasi sebagai motor satu fasa. Untuk mendapatkan arus pada belitan bantu, yang mengalami pergeseran fasa relatif terhadap arus pada belitan utama, resistansi aktif (Gbr. 2.23, a) atau kapasitansi (Gbr. 2.23, b) dihubungkan secara seri dengan belitan pertama.

Beras. 2.23. Rangkaian starter untuk motor satu fasa

Penggunaan kapasitansi memungkinkan terjadinya pergeseran fasa antara arus yang ditunjukkan sebesar 90°, yang memberikan peningkatan signifikan pada torsi awal.

Pada saat yang sama, motor satu fasa telah tersebar luas, di mana fasa tambahan dan kapasitansi yang dihubungkan secara seri tetap menyala selama seluruh pengoperasian motor. Motor kapasitor seperti itu, dibandingkan dengan motor satu fasa konvensional yang beroperasi dengan fasa bantu terputus, memiliki torsi maksimum yang lebih tinggi dan efisiensi terbaik dan karena.

Area penggunaan. Motor asinkron berdaya rendah (15 - 600 W) digunakan perangkat otomatis dan peralatan listrik rumah tangga untuk menggerakkan kipas angin, pompa dan peralatan lainnya yang tidak memerlukan pengaturan kecepatan. Motor mikro satu fasa biasanya digunakan pada peralatan rumah tangga dan perangkat otomatis, karena peralatan dan perangkat ini biasanya ditenagai oleh jaringan AC satu fasa.

Prinsip pengoperasian dan desain motor satu fasa. Belitan stator motor satu fasa (Gbr. 4.60, A) terletak di alur yang menempati kira-kira dua pertiga keliling stator, yang berhubungan dengan sepasang kutub. Sebagai akibat

Di dalam = Saya dosa ωt cos (πх/τ).

Jadi, pada motor satu fasa, belitan stator menciptakan fluks stasioner yang bervariasi terhadap waktu, dan bukan fluks berputar melingkar, seperti pada motor tiga fasa dengan suplai simetris.

Untuk menyederhanakan analisis sifat-sifat motor satu fasa, mari kita sajikan (4.99) dalam bentuk

Masuk = 0,5W sin (ωt - πх/τ) + 0,5W sin (ωt + πх/τ),.

Artinya, kita mengganti aliran berdenyut stasioner dengan jumlah medan melingkar identik yang berputar berlawanan arah dan memiliki frekuensi rotasi yang sama: N 1pr = N 1 putaran = N 1 . Karena sifat-sifat motor asinkron dengan medan putar melingkar dibahas secara rinci dalam § 4.7 - 4.12, analisis sifat-sifat motor satu fasa dapat dikurangi dengan mempertimbangkan aksi gabungan dari masing-masing medan putar. Dengan kata lain, motor satu fasa dapat direpresentasikan sebagai dua motor identik, yang rotornya dihubungkan secara kaku satu sama lain (Gbr. 4.60, b), dengan medan magnet dan torsi yang dihasilkannya berputar berlawanan arah. M pada M arr. Medan yang arah putarannya bertepatan dengan arah putaran rotor disebut garis lurus; bidang arah terbalik - terbalik atau terbalik.

Misalkan arah putaran rotor bertepatan dengan arah salah satu medan putar, misalnya dengan npr. Kemudian rotor tergelincir relatif terhadap aliran F dll.

spr = (n1pr - n2)/n1pr = (n1 - n2)/n1 = 1 - n2 /n1..

Slip rotor relatif terhadap aliran Fobr

sobr = (n1arr + n2)/n1arr = (n1 + n2)/n1 = 1 + n2 /n1..

Dari (4.100) dan (4.101) berikut ini

jadi6p = 1 + n2 /n1 = 2 - spr..

Momen elektromagnetik M pada M arus balik yang dihasilkan oleh medan maju dan mundur diarahkan ke arah yang berlawanan, dan torsi yang dihasilkan motor satu fasa M potong sama dengan perbedaan torsi pada kecepatan rotor yang sama.

Pada Gambar. 4.61 menunjukkan ketergantungan M = f(s) untuk motor satu fasa. Melihat gambar tersebut, kita dapat menarik kesimpulan sebagai berikut:

a) motor satu fasa tidak memiliki torsi awal; ia berputar ke arah yang digerakkan oleh gaya eksternal; b) kecepatan putaran motor satu fasa pada keadaan idle lebih rendah dibandingkan dengan motor tiga fasa, karena adanya torsi pengereman yang dihasilkan oleh medan mundur;

c) karakteristik kinerja motor satu fasa lebih buruk dibandingkan motor tiga fasa; ia mengalami peningkatan slip pada beban pengenal, efisiensi yang lebih rendah, dan kapasitas beban berlebih yang lebih rendah, yang juga dijelaskan oleh adanya medan terbalik;

d) daya motor satu fasa kira-kira 2/3 dari daya motor tiga fasa dengan ukuran yang sama, karena pada motor satu fasa belitan kerja hanya menempati 2/3 slot stator. Isi semua slot stator

Perangkat permulaan. Untuk mendapatkan torsi awal, motor satu fasa memiliki belitan awal yang digeser 90 derajat listrik relatif terhadap belitan operasi utama. Selama periode start-up, belitan awal dihubungkan ke jaringan melalui elemen pemindah fasa - kapasitansi atau resistansi aktif. Setelah mesin selesai berakselerasi, belitan start dimatikan, sedangkan mesin tetap beroperasi sebagai satu fasa. Karena belitan awal hanya beroperasi untuk waktu yang singkat, belitan tersebut dibuat dari kawat dengan penampang yang lebih kecil daripada belitan kerja dan ditempatkan pada jumlah alur yang lebih sedikit.

Mari kita perhatikan secara rinci proses start-up saat menggunakan kapasitansi C sebagai elemen pemindah fasa (Gbr. 4.62, a). Pada belitan awal P tegangan
Ú 1p = Ú 1 - Ú C= Ú 1 +jÍ1 P XC, yaitu pergeseran fasa relatif terhadap tegangan listrik kamu 1 melekat pada belitan yang berfungsi R. Akibatnya, vektor-vektor saat ini bekerja SAYA 1p dan peluncur SAYA Gulungan 1p digeser sefasa dengan sudut tertentu. Dengan memilih wadah dengan cara tertentu kapasitor pemindah fasa, dimungkinkan untuk mendapatkan mode operasi saat start-up yang mendekati simetris (Gbr. 4.62, b), yaitu untuk mendapatkan medan putar melingkar. Pada Gambar. 4.62, dependensi ditampilkan M = f(s) untuk mesin dengan belitan start hidup (kurva 1) dan mati (kurva 2). Mesin dihidupkan sebagian ab karakteristik 1; pada intinya B belitan start dimatikan, dan kemudian mesin hidup sebagian tidak karakteristik 2.

Sejak menyalakan belitan kedua meningkat secara signifikan karakteristik mekanis motor, dalam beberapa kasus motor satu fasa digunakan, di mana belitan A dan B

Kedua belitan motor kapasitor biasanya menempati nomor yang sama alur dan memiliki kekuatan yang sama. Saat memulai motor kapasitor untuk meningkatkan torsi awal, disarankan untuk meningkatkan kapasitas Cp + Sp. Setelah mempercepat motor sesuai karakteristik 2 (Gbr. 4.63, b) dan mengurangi arus, sebagian kapasitor CH dimatikan untuk meningkatkan kapasitansi dalam mode pengenal (ketika arus motor menjadi lebih kecil daripada saat start-up ) dan memastikan pengoperasian motor dalam kondisi yang mendekati pengoperasian pada medan putar melingkar. Dalam hal ini, mesin beroperasi pada karakteristik 1.

Motor kapasitor mempunyai cos φ yang tinggi. Kerugiannya adalah massa dan dimensi kapasitor yang relatif besar, serta terjadinya arus non-sinusoidal ketika tegangan suplai terdistorsi, yang dalam beberapa kasus menyebabkan efek berbahaya pada jalur komunikasi.

Dalam kondisi pengasutan yang mudah (torsi beban kecil selama periode pengasutan), digunakan motor dengan tahanan pengasutan R(Gbr. 4.64, a). Adanya resistansi aktif pada rangkaian belitan awal memberikan pergeseran fasa φр yang lebih kecil antara tegangan dan arus pada belitan ini (Gbr. 4.64, b) dibandingkan pergeseran fasa φр pada belitan kerja. Dalam hal ini, arus dalam belitan kerja dan belitan awal digeser dalam fase dengan sudut φр - φп dan membentuk medan putar asimetris (elips), yang menyebabkan terjadinya torsi awal. Motor dengan tahanan start dapat diandalkan dalam pengoperasiannya dan diproduksi secara massal. Resistansi start dimasukkan ke dalam rumah motor dan didinginkan oleh udara yang sama yang mendinginkan seluruh motor.

Motor mikro satu fasa dengan kutub berpelindung. Pada motor ini, belitan stator yang terhubung ke jaringan biasanya terkonsentrasi dan dipasang pada kutub yang menonjol (Gbr. 4.65, a), yang lembarannya dicap bersama dengan stator. Pada setiap kutub, salah satu ujungnya ditutupi oleh belitan bantu yang terdiri dari satu atau lebih lilitan hubung singkat yang melindungi 1/5 hingga 1/2 busur kutub. Rotor motor adalah tipe konvensional sangkar-tupai.

Fluks magnet mesin yang dihasilkan oleh belitan stator (fluks kutub) dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari dua komponen (Gbr. 4.65, b) Фп = Фп1 + Фп2, dimana Фп1 adalah fluks yang melewati bagian kutub bukan tertutupi oleh arus hubung singkat; Фп2 - fluks yang melewati bagian kutub yang dilindungi oleh kumparan hubung singkat.

Aliran Фп1 dan Фп2 melewati berbagai bagian potongan kutub, yaitu, mereka dipindahkan dalam ruang dengan sudut β. Selain itu, mereka mengalami pergeseran fase relatif terhadap MMF F n belitan stator pada sudut yang berbeda - γ1 dan γ2. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa setiap kutub motor yang dijelaskan dapat dianggap, pada perkiraan pertama, sebagai transformator, belitan primernya adalah belitan stator, dan belitan sekundernya adalah belitan hubung singkat. Fluks belitan stator menginduksi ggl pada kumparan hubung singkat E ke (Gbr. 4.65, c), akibatnya timbul arus SAYA k dan MDS F k, lipat dengan MDS F n belitan stator. Komponen arus reaktif SAYA k mengurangi fluks Фп2, dan fluks aktif menggesernya dalam fase relatif terhadap MMF F P . Karena fluks Фп1 tidak menutupi belitan hubung singkat, sudut γ1 memiliki nilai yang relatif kecil (4-9°) - kira-kira sama dengan sudut pergeseran fasa antara fluks transformator dan MDS belitan primer dalam mode siaga. Sudut γ2 jauh lebih besar (sekitar 45°),

Aliran Фп1 dan Фп2, dipindahkan dalam ruang dengan sudut β dan digeser fasa dalam waktu dengan sudut γ = γ2 - γl, membentuk medan magnet berputar elips (lihat Bab 3), yang menghasilkan torsi yang bekerja pada rotor mesin di arah dari potongan kutub pertama, tidak tercakup oleh lilitan hubung singkat, ke ujung kedua (sesuai dengan pergantian maksimum aliran “fase”).

Untuk meningkatkan torsi awal mesin yang bersangkutan dengan mendekatkan medan putarnya ke lingkaran, berbagai cara: shunt magnet dipasang di antara potongan kutub dari kutub yang berdekatan, yang memperkuat sambungan magnet antara belitan utama dan belitan hubung singkat serta memperbaiki bentuk medan magnet di celah udara; menambah celah udara di bawah ujung, yang tidak tertutup oleh arus hubung singkat; gunakan dua atau lebih lilitan hubung singkat pada satu ujung dengan sudut jangkauan berbeda. Ada juga motor tanpa hubung singkat pada kutubnya, tetapi dengan sistem magnet asimetris: konfigurasi yang berbeda bagian individu kutub dan celah udara yang berbeda. Motor semacam ini mempunyai torsi awal yang lebih rendah dibandingkan motor dengan kutub berbayang, namun efisiensinya lebih tinggi, karena tidak ada rugi-rugi daya pada putaran hubung singkat.

Desain motor dengan kutub yang diarsir tidak dapat diubah. Untuk menerapkan pembalikan pada mesin seperti itu, kumparan digunakan sebagai pengganti putaran hubung singkat B1, B2, B3 Dan JAM 4(Gbr. 4.65, V), yang masing-masing menutupi setengah tiang. Korslet sepasang kumparan DALAM 1 Dan JAM 4 atau PADA 2 Dan DI 3, Anda dapat melindungi satu atau separuh kutub lainnya dan dengan demikian mengubah arah putaran medan magnet dan rotor.

Motor kutub berarsir mempunyai sejumlah kekurangan yang signifikan: relatif besar ukuran dan massa; cos rendah φ ≈ 0,4 0,6; efisiensi rendah = 0,25 0,4 karena kerugian besar dalam keadaan hubung singkat; torsi awal yang kecil, dll. Keunggulan mesin ini adalah kesederhanaan desain dan, sebagai hasilnya, keandalan yang tinggi dalam pengoperasian. Karena tidak adanya gigi pada stator, kebisingan motor dapat diabaikan, sehingga sering digunakan pada perangkat untuk memutar musik dan ucapan.