단상 유도 전동기

3상 모터는 단상 전원으로 작동될 수 있습니다. 그러나 자동으로 시작되지는 않습니다. 어느 방향으로든 손으로 시작할 수 있으며 몇 초 안에 속도를 낼 수 있습니다. 하나의 권선이 사용되지 않기 때문에 3-φ 정격 전력의 2/3만 발생합니다.

3-φ 모터가 1-φ 전원으로 작동하지만 시작되지 않음

단상 모터의 단일 코일

단상 유도 전동기의 단일 코일은 회전 자기장을 생성하지 않지만 0° 및 180° 전기에서 최대 강도에 도달하는 맥동 자기장을 생성합니다.

회전하지 않는 맥동 자기장을 생성하는 단상 고정자

또 다른 견해는 단상 전류에 의해 여기된 단일 코일이 0°(위 그림 a)와 180°(그림 e)에서 회전당 두 번 일치하는 두 개의 역회전 자기장 페이저를 생성한다는 것입니다. 페이저가 90° 및 -90°로 회전하면 그림 c에서 상쇄됩니다.

45° 및 -45°(그림 b)에서는 +x축을 따라 부분적으로 가산되고 y축을 따라 상쇄됩니다. 유사한 상황이 그림 d에 존재합니다. 이 두 페이저의 합은 공간에서는 고정되어 있지만 시간에서는 극성이 번갈아 나타나는 페이저입니다. 따라서 시작 토크가 발생하지 않습니다.

그러나 로터가 동기 속도보다 약간 느린 속도로 정회전하면 정회전 페이저에 대해 10% 슬립에서 최대 토크가 발생합니다. 10% 슬립 이상 또는 이하에서 더 적은 토크가 발생합니다.

로터는 역회전 자기장 페이저에 대해 200% - 10% 슬립을 볼 것입니다. 이중 주파수 리플 외에 약간의 토크(토크 대 슬립 곡선 참조)는 역회전 페이저에서 발생합니다. 따라서 단상 코일은 회전자가 시작되면 토크를 발생시킵니다.

로터가 역방향으로 시동되면 역회전 페이저의 속도에 가까워짐에 따라 유사한 큰 토크가 발생합니다.

단상 유도 전동기는 전형적인 다상 유도 전동기인 강철 적층 실린더에 구리 또는 알루미늄 농형 케이지가 내장되어 있습니다.

영구 분할 커패시터 모터

단상 문제를 해결하는 한 가지 방법은 단상에서 2상 전력을 유도하는 2상 모터를 만드는 것입니다. 이를 위해서는 두 개의 권선이 90° 떨어져 있는 모터가 필요합니다. 전기, 90° 변위된 2단계 전류 공급 제 시간에. 이것을 영구 분할 커패시터 모터라고 합니다.

영구 분할 커패시터 유도 전동기

이러한 유형의 모터는 모터가 최대 속도에서 토크 맥동과 함께 속도에 올라감에 따라 증가된 전류 크기와 역방향 시간 이동을 겪습니다. 해결책은 손실을 최소화하기 위해 커패시터(임피던스)를 작게 유지하는 것입니다.

손실은 음영 폴 모터보다 적습니다. 이 모터 구성은 일반적으로 더 작은 모터에 적용되는 최대 1/4마력(200와트)까지 잘 작동합니다. 다른 권선과 직렬로 커패시터를 전환하여 모터의 방향을 쉽게 역전시킬 수 있습니다. 이 유형의 모터는 이 장의 다른 부분에 설명된 대로 서보 모터로 사용할 수 있습니다.

고정자 코일이 내장된 단상 유도 전동기

단상 유도 전동기는 더 큰 크기의 전동기용 고정자에 코일이 내장되어 있을 수 있습니다. 하지만 크기가 작을수록 덜 복잡하여 돌출된 극이 있는 집중 권선을 만들 수 있습니다.

커패시터 시작 유도 전동기

아래 그림에서 모터가 최대 속도에 도달하면 원심 스위치에 의해 차단되는 경우 보조 권선을 통해 단상 유도 모터를 시작하는 데 더 큰 커패시터를 사용할 수 있습니다. 또한, 보조 권선은 과도한 온도 상승을 완화하기 위해 저항 분할상 모터에 사용되는 것보다 더 많은 권선을 사용할 수 있습니다.

그 결과 에어컨 압축기와 같은 고부하에서 더 많은 시동 토크를 사용할 수 있습니다. 이 모터 구성은 매우 잘 작동하여 다중 마력(다중 킬로와트) 크기로 제공됩니다.

커패시터 시동 유도 전동기

커패시터 구동 모터 유도 전동기

커패시터 시동 모터(아래 그림)의 변형은 높은 시동 토크를 위해 상대적으로 큰 커패시터로 모터를 시동하지만 과도한 전류를 끌어들이지 않으면서 작동 특성을 개선하기 위해 시동 후 더 작은 값의 커패시터를 그대로 두는 것입니다. 커패시터 구동 모터의 추가적인 복잡성은 더 큰 크기의 모터에 적합합니다.

커패시터 구동 모터 유도 전동기

모터 시동 커패시터는 2개의 + ~ +(또는 - ~ -) 직렬 연결된 극성 전해 커패시터일 수 있는 이중 양극 비극성 전해 커패시터일 수 있습니다. 이러한 AC 정격 전해 콘덴서는 손실이 너무 커서 모터 시동과 같은 간헐적 작동(1초 켜기, 60초 끄기)에만 사용할 수 있습니다.

모터 구동용 커패시터는 전해 구조가 아닌 저손실 폴리머 유형이어야 합니다.

저항 분할상 모터 유도 전동기

훨씬 적은 수의 보조 권선이 있는 경우 더 작은 와이어가 90°에 배치됩니다. 주 권선에 전기를 공급하여 단상 유도 전동기를 시작할 수 있습니다. 인덕턴스가 낮고 저항이 높으면 전류는 주 권선보다 위상 변이가 적습니다.

약 30° 위상차를 얻을 수 있다. 이 코일은 동기 속도의 3/4에서 원심 스위치에 의해 차단되는 적당한 시동 토크를 생성합니다. 이 간단한(커패시터 없음) 배열은 쉽게 시작되는 부하를 구동하는 최대 1/3마력(250와트)의 모터에 적합합니다.

저항 분할상 모터 유도 전동기

이 모터는 음영이 있는 극 모터(다음 섹션)보다 시작 토크가 더 높지만 동일한 부품으로 제작된 2상 모터만큼 많지는 않습니다. 보조 권선의 전류 밀도는 시동 중에 너무 높아서 결과적으로 급격한 온도 상승으로 인해 빈번한 재시동 또는 저속 시동 부하가 방지됩니다.

Nola 역률 보정기

NASA의 Frank Nola는 1970년대 중반 AC 유도 전동기의 효율을 개선하기 위한 역률 보정기를 제안했습니다. 이는 유도 전동기가 전체 부하 미만에서 비효율적이라는 전제에 기반합니다. 이러한 비효율성은 낮은 역률과 관련이 있습니다.

1보다 작은 역률은 고정자에 필요한 자화 전류 때문입니다. 이 고정 전류는 모터 부하가 감소함에 따라 전체 모터 전류에서 더 큰 비율을 차지합니다. 경부하에서는 전체 자화 전류가 필요하지 않습니다. 인가 전압을 낮추어 역률과 효율을 향상시키면 줄일 수 있습니다.

역률 보정기는 역률을 감지하고 모터 전압을 낮추어 더 높은 역률을 복원하고 손실을 줄입니다.

단상 모터는 3상 모터보다 약 2~4배 비효율적이므로 1-φ 모터의 경우 잠재적인 에너지 절감 효과가 있습니다. 모든 고정자 자화 전류가 필요하기 때문에 완전 부하 모터의 경우 절감 효과가 없습니다.

전압을 낮출 수 없습니다. 그러나 완전히 부하가 덜 된 모터에서 잠재적인 절감 효과가 있습니다. 공칭 117VAC 모터는 최고 127VAC, 최저 104VAC에서 작동하도록 설계되었습니다. 이는 예를 들어 117VAC 냉장고와 같이 104VAC 이상에서 작동할 때 완전히 로드되지 않았음을 의미합니다.

역률 제어기가 라인 전압을 104-110VAC로 낮추는 것이 안전합니다. 초기 라인 전압이 높을수록 잠재적인 절감 효과가 커집니다. 물론 전력 회사가 110VAC에 가깝게 공급한다면 추가 장치 없이 모터가 더 효율적으로 작동할 것입니다.

실질적으로 유휴 상태인 25% FLC 이하의 단상 유도 전동기는 PFC의 후보입니다. 그러나 연간 많은 시간을 가동해야 합니다. 그리고 목재 톱, 펀치 프레스 또는 컨베이어와 같이 공회전 시간이 많을수록 몇 년 동안 작동하는 컨트롤러에 비용을 지불할 가능성이 커집니다.

더 효율적인 3-φ 모터에 비해 3배 정도 비용을 지불하는 것이 더 쉬워야 합니다. 하루에 몇 시간만 작동하는 모터의 경우 PFC 비용을 회수할 수 없습니다.

요약:단상 유도 전동기

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단상 유도 전동기 거의 90°의 역상 전류에 의해 구동되는 보조 고정자 권선 없이는 자체 시작되지 않습니다. . 일단 시작되면 보조 권선은 선택 사항입니다.

영구 분할 커패시터 모터의 보조 권선 시작 및 실행 중에 커패시터가 직렬로 연결되어 있습니다.

커패시터 시동 유도 전동기 시작하는 동안 보조 권선과 직렬로 연결된 커패시터만 있습니다.

커패시터 구동 모터 일반적으로 시동을 위해 보조 권선과 직렬로 연결된 큰 무극성 전해 커패시터를 가지고 있고, 실행 중에는 더 작은 무극성 전해 커패시터를 갖습니다.

저항 분할상 모터의 보조 권선 저항의 차이로 인해 시동 중에 주 권선에 대해 위상차가 발생합니다.

관련 워크시트:

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AC 모터 이론 워크시트