Eenfasige inductiemotoren

Een driefasige motor kan worden aangedreven door een enkelfasige stroombron. Het start echter niet vanzelf. Het kan met de hand in beide richtingen worden gestart en binnen een paar seconden op snelheid komen. Het zal slechts 2/3 van het vermogen van 3 ontwikkelen omdat één wikkeling niet wordt gebruikt.

3-φ motor draait op 1-φ vermogen maar start niet

Enkele spoel van een enkelfasige motor

De enkele spoel van een enkelfasige inductiemotor produceert geen roterend magnetisch veld, maar een pulserend veld dat een maximale intensiteit bereikt bij 0° en 180° elektrisch.

Eenfasige stator produceert een niet-roterend, pulserend magnetisch veld

Een ander beeld is dat de enkelvoudige spoel die wordt opgewekt door een enkelfasige stroom twee tegengesteld draaiende magnetische veldfasoren produceert, die tweemaal per omwenteling samenvallen bij 0 ° (figuur hierboven-a) en 180 ° (figuur e). Wanneer de fasors naar 90° en -90° draaien, heffen ze elkaar op in figuur c.

Bij 45° en -45° (figuur b) zijn ze gedeeltelijk additief langs de +x-as en annuleren ze langs de y-as. Een analoge situatie doet zich voor in figuur d. De som van deze twee fasors is een fasor die stationair is in de ruimte, maar afwisselend polariteit in de tijd. Er wordt dus geen startkoppel ontwikkeld.

Als de rotor echter iets minder dan de synchrone snelheid naar voren wordt gedraaid, zal deze een maximaal koppel ontwikkelen bij 10% slip ten opzichte van de voorwaarts roterende phasor. Er zal minder koppel worden ontwikkeld boven of onder 10% slip.

De rotor zal 200% - 10% slip zien ten opzichte van de tegengesteld draaiende magnetische veldfasor. Weinig koppel (zie koppel vs slipcurve) anders dan een rimpel met dubbele frequentie wordt ontwikkeld uit de tegengesteld draaiende fase. De enkelfasige spoel zal dus koppel ontwikkelen zodra de rotor is gestart.

Als de rotor in de omgekeerde richting wordt gestart, zal deze een vergelijkbaar groot koppel ontwikkelen als het de snelheid van de achterwaarts draaiende phasor nadert.

Enkelfasige inductiemotoren hebben een eekhoornkooi van koper of aluminium ingebed in een cilinder van stalen lamellen, typisch voor meerfasige inductiemotoren.

Permanent gesplitste condensatormotor

Een manier om het enkelfasige probleem op te lossen, is door een tweefasige motor te bouwen, die tweefasige stroom haalt uit eenfasige. Dit vereist een motor met twee wikkelingen op een onderlinge afstand van 90° elektrisch, gevoed met twee fasen van stroom verplaatst 90° op tijd. Dit wordt een permanent gesplitste condensatormotor genoemd.

Inductiemotor met permanente gesplitste condensator

Dit type motor heeft te maken met een grotere stroomsterkte en achterwaartse tijdverschuiving naarmate de motor op snelheid komt, met koppelpulsaties op volle snelheid. De oplossing is om de condensator (impedantie) klein te houden om verliezen te minimaliseren.

De verliezen zijn kleiner dan bij een motor met schaduwpool. Deze motorconfiguratie werkt goed tot 1/4 pk (200 watt), maar wordt meestal toegepast op kleinere motoren. De draairichting van de motor kan eenvoudig worden omgekeerd door de condensator in serie te schakelen met de andere wikkeling. Dit type motor kan worden aangepast voor gebruik als servomotor, zoals elders in dit hoofdstuk wordt beschreven.

Eenfasige inductiemotor met ingebouwde statorspoelen

Enkelfasige inductiemotoren kunnen spoelen hebben die in de stator zijn ingebed voor grotere motoren. De kleinere maten gebruiken echter minder complex om geconcentreerde wikkelingen met opvallende palen te bouwen.

Inductiemotor met condensatorstart

In de onderstaande figuur kan een grotere condensator worden gebruikt om een ​​enkelfasige inductiemotor te starten via de hulpwikkeling als deze wordt uitgeschakeld door een centrifugaalschakelaar zodra de motor op snelheid is. Bovendien kan de hulpwikkeling veel meer windingen van zwaardere draad bevatten dan gebruikt in een motor met gesplitste weerstand om overmatige temperatuurstijging te verminderen.

Het resultaat is dat er meer startkoppel beschikbaar is voor zware belastingen zoals airconditioningcompressoren. Deze motorconfiguratie werkt zo goed dat deze verkrijgbaar is in maten met meerdere pk's (meerdere kilowatts).

Inductiemotor met condensatorstart

Inductiemotor door condensator lopende motor

Een variatie op de condensator-startmotor (afbeelding hieronder) is om de motor te starten met een relatief grote condensator voor een hoog startkoppel, maar een condensator met een kleinere waarde op zijn plaats te laten na het starten om de loopeigenschappen te verbeteren zonder overmatige stroom te trekken. De extra complexiteit van de door een condensator aangedreven motor is gerechtvaardigd voor grotere motoren.

Inductiemotor met condensatormotor

Een motorstartcondensator kan een niet-polaire elektrolytische condensator met dubbele anode zijn die twee + tot + (of - tot -) in serie geschakelde gepolariseerde elektrolytische condensatoren kan zijn. Dergelijke elektrolytische condensatoren met AC-classificatie hebben zulke hoge verliezen dat ze alleen kunnen worden gebruikt voor intermitterend bedrijf (1 seconde aan, 60 seconden uit), zoals het starten van een motor.

Een condensator voor draaiende motor mag niet van elektrolytische constructie zijn, maar van een polymeertype met minder verlies.

Weerstand gesplitste fase motor inductiemotor

Als een hulpwikkeling veel minder windingen heeft, wordt een kleinere draad geplaatst op 90° elektrisch naar de hoofdwikkeling, kan het een enkelfasige inductiemotor starten. Met een lagere inductantie en hogere weerstand zal de stroom minder faseverschuiving ervaren dan de hoofdwikkeling.

Ongeveer 30° faseverschil kan worden verkregen. Deze spoel produceert een matig startkoppel, dat wordt losgekoppeld door een centrifugaalschakelaar op 3/4 van de synchrone snelheid. Deze eenvoudige (geen condensator) opstelling is goed voor motoren tot 1/3 pk (250 watt) die gemakkelijk gestarte belastingen aandrijven.

Weerstand split-phase motor inductiemotor

Deze motor heeft meer startkoppel dan een gearceerde poolmotor (volgende sectie), maar niet zoveel als een tweefasenmotor die uit dezelfde onderdelen is opgebouwd. De stroomdichtheid in de hulpwikkeling is zo hoog tijdens het starten dat de daaruit voortvloeiende snelle temperatuurstijging frequent herstarten of langzaam startende belastingen uitsluit.

Nola Power Factor Corrector

Frank Nola van NASA stelde halverwege de jaren zeventig een powerfactor-corrector voor om de efficiëntie van AC-inductiemotoren te verbeteren. Het is gebaseerd op het uitgangspunt dat inductiemotoren inefficiënt zijn bij minder dan vollast. Deze inefficiëntie correleert met een lage arbeidsfactor.

De arbeidsfactor van minder dan één is te wijten aan de magnetiserende stroom die door de stator wordt vereist. Deze vaste stroom is een groter deel van de totale motorstroom naarmate de motorbelasting wordt verlaagd. Bij lichte belasting is de volledige magnetiserende stroom niet nodig. Het kan worden verminderd door de aangelegde spanning te verlagen, waardoor de arbeidsfactor en efficiëntie worden verbeterd.

De arbeidsfactorcorrector meet de arbeidsfactor en verlaagt de motorspanning, waardoor een hogere arbeidsfactor wordt hersteld en verliezen worden verminderd.

Aangezien enkelfasige motoren ongeveer 2 tot 4 keer zo inefficiënt zijn als driefasige motoren, zijn er potentiële energiebesparingen voor 1-φ motoren. Er zijn geen besparingen voor een volledig belaste motor, aangezien alle magnetiseringsstroom van de stator nodig is.

De spanning kan niet worden verlaagd. Maar er zijn potentiële besparingen van een minder dan volledig geladen motor. Een nominale 117 VAC-motor is ontworpen om te werken op 127 VAC, zo laag als 104 VAC. Dat betekent dat hij niet volledig wordt belast bij gebruik op meer dan 104 VAC, bijvoorbeeld een koelkast van 117 VAC.

Het is veilig voor de vermogensfactorcontroller om de lijnspanning te verlagen tot 104-110 VAC. Hoe hoger de initiële lijnspanning, hoe groter de potentiële besparingen. Als het energiebedrijf dichter bij 110 VAC levert, zal de motor natuurlijk efficiënter werken zonder enig extra apparaat.

Elke in hoofdzaak inactieve, 25% FLC of minder, een enkelfasige inductiemotor is een kandidaat voor een PFC. Het moet wel een groot aantal uren per jaar draaien. En hoe meer tijd het stationair draait, zoals bij houtzagen, ponsmachines of transportbanden, hoe groter de mogelijkheid om de controller binnen een paar jaar te betalen.

Het zou een factor drie gemakkelijker moeten zijn om ervoor te betalen in vergelijking met de efficiëntere 3-φ-motor. De kosten van een PFC kunnen niet worden terugverdiend voor een motor die slechts een paar uur per dag draait.

Samenvatting:enkelfasige inductiemotoren

• Eenfasige inductiemotoren zijn niet zelfstartend zonder een hulpstatorwikkeling aangedreven door een uit fase stroom van bijna 90° . Eenmaal gestart is de hulpwikkeling optioneel.
• De hulpwikkeling van een permanent gesplitste condensatormotor heeft een condensator in serie ermee tijdens starten en lopen.
• Een condensator-start inductiemotor heeft alleen een condensator in serie met de hulpwikkeling tijdens het starten.
• Een motor op condensator heeft meestal een grote niet-gepolariseerde elektrolytische condensator in serie met de hulpwikkeling om te starten, en vervolgens een kleinere niet-elektrolytische condensator tijdens het draaien.
• De hulpwikkeling van een weerstand split-phase motor ontwikkelt tijdens het starten een faseverschil ten opzichte van de hoofdwikkeling vanwege het verschil in weerstand.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Werkblad Wisselstroommotortheorie