3상 모터는 단상 전원에서 구동될 수 있습니다. 그러나 자체 시동은 되지 않습니다. 어느 방향으로든 수동으로 시동하여 몇 초 안에 속도를 낼 수 있습니다. 권선 하나가 사용되지 않기 때문에 3-φ 정격 전력의 2/3만 개발됩니다.
3-φ 모터는 1-φ 전력으로 구동되지만 시동이 걸리지 않습니다.
단상 모터의 단일 코일
단상 유도 전동기의 단일 코일은 회전 자기장을 생성하지 않지만 0°와 180° 전기에서 최대 강도에 도달하는 맥동 자기장을 생성합니다.
단상 고정자는 회전하지 않고 맥동하는 자기장을 생성합니다.
또 다른 관점은 단일 위상 전류에 의해 여기된 단일 코일이 두 개의 반대 회전 자기장 위상을 생성하여 0°(위의 그림 a)와 180°(그림 e)에서 회전당 두 번 일치한다는 것입니다. 위상이 90°와 -90°로 회전하면 그림 c에서 상쇄됩니다.
45°와 -45°(그림 b)에서 이들은 +x축을 따라 부분적으로 가산되고 y축을 따라 상쇄됩니다. 그림 d에는 유사한 상황이 있습니다. 이 두 위상의 합은 공간에서는 고정되어 있지만 시간적으로는 극성이 번갈아 나타나는 위상입니다. 따라서 시작 토크가 발생하지 않습니다.
그러나 로터가 동기 속도보다 약간 낮은 속도로 앞으로 회전하면 앞으로 회전하는 위상에 대해 10% 슬립에서 최대 토크가 발생합니다. 10% 슬립 위나 아래에서는 토크가 적게 발생합니다.
로터는 역회전 자기장 위상자에 대해 200% - 10%의 슬립을 보입니다. 역회전 위상자에서 이중 주파수 리플이 발생하는 것 외에는 토크가 거의 발생하지 않습니다(토크 대 슬립 곡선 참조). 따라서 로터가 시작되면 단상 코일이 토크를 발생시킵니다.
회전자가 역방향으로 시동되면 역회전 위상기의 속도에 가까워짐에 따라 비슷하게 큰 토크가 발생합니다.
단상 유도 전동기는 다상 유도 전동기의 전형적인 형태인 강철 적층 실린더에 구리나 알루미늄 다람쥐 케이지가 내장되어 있습니다.
영구분할 커패시터 모터
단상 문제를 해결하는 한 가지 방법은 단상으로부터 2상 전력을 유도하는 2상 모터를 만드는 것입니다. 여기에는 90 ° 전기적으로 간격을 둔 두 개의 권선이 있는 모터가 필요하며, 시간에 따라 90 ° 변위된 두 개의 전류 상이 공급됩니다 . 이를 영구 분할 커패시터 모터라고 합니다.
영구분할형 커패시터 유도전동기
이 유형의 모터는 모터가 속도에 도달하면 전류 크기가 증가하고 역방향 시간 이동이 발생하며, 최대 속도에서 토크 맥동이 발생합니다. 해결책은 손실을 최소화하기 위해 커패시터(임피던스)를 작게 유지하는 것입니다.
손실은 음영이 있는 극 모터보다 적습니다. 이 모터 구성은 최대 1/4마력(200와트)까지 잘 작동하지만 일반적으로 더 작은 모터에 적용됩니다. 모터의 방향은 다른 권선과 직렬로 커패시터를 전환하여 쉽게 반전할 수 있습니다. 이 유형의 모터는 이 장의 다른 곳에서 설명하는 서보 모터로 사용하도록 조정할 수 있습니다.
스테이터 코일이 내장된 단상 유도 전동기
단상 유도 모터는 대형 모터의 경우 스테이터에 코일이 내장되어 있을 수 있습니다. 그러나 더 작은 크기는 돌출 극이 있는 집중 권선을 만드는 데 덜 복잡합니다.
커패시터 스타트 유도 모터
아래 그림에서 더 큰 커패시터는 모터가 속도에 도달하면 원심 스위치로 전환되는 경우 보조 권선을 통해 단상 유도 모터를 시작하는 데 사용될 수 있습니다. 게다가 보조 권선은 과도한 온도 상승을 완화하기 위해 저항 분할 위상 모터에서 사용되는 것보다 훨씬 더 많은 턴의 무거운 와이어일 수 있습니다.
결과적으로 에어컨 압축기와 같은 무거운 부하에 더 많은 시작 토크를 사용할 수 있습니다. 이 모터 구성은 매우 잘 작동하여 멀티 마력(멀티 킬로와트) 크기로 제공됩니다.
커패시터 스타트 유도 전동기
커패시터 구동 모터 유도 모터
커패시터 시동 모터(아래 그림)의 변형은 높은 시동 토크를 위해 비교적 큰 커패시터로 모터를 시동하지만, 과도한 전류를 소모하지 않으면서 작동 특성을 개선하기 위해 시동 후 더 작은 값의 커패시터를 그대로 두는 것입니다. 커패시터 구동 모터의 추가적인 복잡성은 대형 모터에 적합합니다.
커패시터 구동 모터 유도 모터
모터 시동 커패시터는 이중 양극 비극성 전해 커패시터일 수 있으며, 이는 두 개의 + 대 +(또는 - 대 -) 직렬 연결된 분극 전해 커패시터일 수 있습니다. 이러한 AC 정격 전해 커패시터는 손실이 너무 높아 모터 시동과 같은 간헐적 작동(1초 켜짐, 60초 꺼짐)에만 사용할 수 있습니다.
모터를 구동하는 데 사용되는 커패시터는 전해 구조가 아닌, 손실이 적은 폴리머 유형이어야 합니다.
저항 분할 위상 모터 유도 모터
훨씬 적은 권선의 보조 권선, 더 작은 와이어가 주 권선에 90 ° 전기적으로 배치되면 단상 유도 모터를 시작할 수 있습니다. 인덕턴스가 낮고 저항이 높으면 전류는 주 권선보다 위상 이동이 적습니다.
약 30 ° 의 위상 차이를 얻을 수 있습니다. 이 코일은 적당한 시동 토크를 생성하며, 이는 동기 속도의 3/4에서 원심 스위치에 의해 분리됩니다. 이 간단한(커패시터 없음) 배열은 쉽게 시동되는 부하를 구동하는 최대 1/3마력(250와트) 모터에 적합합니다.
저항분할상전동기 유도전동기
이 모터는 음영이 있는 극 모터(다음 섹션)보다 시동 토크가 더 크지만, 동일한 부품으로 제작된 2상 모터만큼은 아닙니다. 보조 권선의 전류 밀도는 시동 중에 너무 높아서 그에 따른 급격한 온도 상승으로 인해 잦은 재시작이나 느린 시동 부하가 불가능합니다.
Nola 파워 팩터 교정기
NASA의 프랭크 놀라는 1970년대 중반에 AC 유도 모터의 효율을 개선하기 위한 역률 보정기를 제안했습니다. 이는 유도 모터가 전체 부하보다 낮을 때 비효율적이라는 전제에 기초합니다. 이러한 비효율성은 낮은 역률과 상관관계가 있습니다.
1보다 작은 역률은 스테이터에 필요한 자화 전류 때문입니다. 이 고정 전류는 모터 부하가 감소함에 따라 전체 모터 전류의 더 큰 비중을 차지합니다. 가벼운 부하에서는 전체 자화 전류가 필요하지 않습니다. 인가 전압을 낮추고 역률과 효율을 개선하면 줄일 수 있습니다.
역률보정장치는 역률을 감지하고 모터 전압을 낮춰 더 높은 역률을 회복하고 손실을 줄입니다.
단상 모터는 3상 모터보다 약 2~4배 비효율적이기 때문에 1-φ 모터에는 잠재적인 에너지 절감이 있습니다. 모든 스테이터 자화 전류가 필요하기 때문에 완전히 부하된 모터에는 절감이 없습니다.
전압은 낮출 수 없습니다. 하지만 완전 부하가 걸리지 않은 모터에서는 잠재적인 절감 효과가 있습니다. 정격 117VAC 모터는 최대 127VAC, 최소 104VAC에서 작동하도록 설계되었습니다. 즉, 예를 들어 117VAC 냉장고와 같이 104VAC 이상에서 작동하면 완전 부하가 걸리지 않습니다.
역률 제어기가 라인 전압을 104-110VAC로 낮추는 것은 안전합니다. 초기 라인 전압이 높을수록 잠재적인 절감 효과가 커집니다. 물론 전력 회사가 110VAC에 가깝게 공급하면 추가 장치 없이 모터가 더 효율적으로 작동합니다.
실질적으로 유휴 상태인 25% FLC 이하의 단상 유도 모터는 PFC 후보입니다. 하지만, 1년에 많은 시간 동안 작동해야 합니다. 그리고 목재 톱, 펀치 프레스 또는 컨베이어처럼 유휴 상태가 많을수록 몇 년 동안 작동한 후에 컨트롤러 비용을 지불할 가능성이 커집니다.
더 효율적인 3-φ-모터와 비교했을 때 3배로 비용을 지불하는 것이 더 쉬울 것입니다. PFC 비용은 하루에 몇 시간만 작동하는 모터로는 회수할 수 없습니다.
요약: 단상 유도 전동기
- 단상 유도 모터는 90 ° 에 가까운 위상이 다른 전류로 구동되는 보조 스테이터 권선 없이는 자체 시동이 불가능합니다 . 일단 시동되면 보조 권선은 선택 사항입니다.
- 영구분할형 커패시터 모터 의 보조 권선 에는 시동 및 작동 시 직렬로 커패시터가 연결됩니다.
- 커패시터 시동 유도 전동기는 시동 시 보조 권선과 직렬로 커패시터만 있습니다.
- 커패시터 구동 모터는 일반적으로 시동을 위해 보조 권선과 직렬로 큰 비극성 전해 커패시터를 사용하고, 운전 시에는 작은 비전해 커패시터를 사용합니다.
- 저항 분리형 위상 모터 의 보조 권선은 기동 시 저항 차이로 인해 주 권선과 위상 차이가 발생합니다.