Động cơ ba pha có thể được chạy từ nguồn điện một pha. Tuy nhiên, nó sẽ không tự khởi động được. Nó có thể được khởi động bằng tay theo một trong hai hướng, tăng tốc sau vài giây. Nó sẽ chỉ chạy được với 2/3 công suất định mức 3 φ vì một cuộn dây không được sử dụng.
Cuộn dây đơn của động cơ một pha
Cuộn dây đơn của động cơ cảm ứng một pha không tạo ra từ trường quay mà là trường xung đạt cường độ cực đại tại 0 ° và 180 ° điện.
Một quan điểm khác cho rằng cuộn dây đơn được kích thích bởi dòng điện một pha tạo ra hai phasors từ trường quay ngược chiều, trùng nhau hai lần trên mỗi vòng quay ở 0 ° (Hình trên-a) và 180 ° (Hình e). Khi các phasors xoay đến 90 ° và -90 °, chúng sẽ hủy bỏ trong hình c.
Ở 45 ° và -45 ° (hình b), chúng được cộng một phần dọc theo trục + x và hủy dọc theo trục y. Một tình huống tương tự tồn tại trong hình d. Tổng của hai phasors này là một phasor đứng yên trong không gian, nhưng phân cực luân phiên trong thời gian. Do đó, không có mômen khởi động nào được phát triển.
Tuy nhiên, nếu rôto được quay về phía trước với tốc độ thấp hơn một chút so với tốc độ đồng bộ, Nó sẽ phát triển mômen xoắn cực đại ở độ trượt 10% đối với phasor quay về phía trước. Mô men xoắn ít hơn sẽ được phát triển trên hoặc dưới 10% trượt.
Rôto sẽ trượt 200% – 10% đối với phasor từ trường quay ngược chiều. Mô men xoắn nhỏ (xem mô men xoắn so với đường cong trượt) khác với gợn sóng tần số kép được phát triển từ phasor quay ngược chiều. Do đó, cuộn dây một pha sẽ phát triển mô-men xoắn, một khi rôto được khởi động.
Nếu rôto được khởi động theo hướng ngược lại, nó sẽ phát triển một mô-men xoắn lớn tương tự khi gần đạt tốc độ của phasor quay ngược lại.
Động cơ cảm ứng một pha có lồng sóc bằng đồng hoặc nhôm được nhúng trong hình trụ bằng thép, điển hình của động cơ cảm ứng nhiều pha.
Động cơ tụ điện phân chia vĩnh viễn
Một cách để giải quyết vấn đề một pha là chế tạo động cơ 2 pha, lấy nguồn 2 pha từ một pha. Điều này yêu cầu động cơ có hai cuộn dây cách nhau 90 ° , được cấp điện bằng hai pha của dòng điện dịch chuyển 90 ° trong thời gian. Đây được gọi là động cơ tụ điện phân chia vĩnh viễn .
Loại động cơ này bị tăng cường độ dòng điện và dịch chuyển thời gian lùi lại khi động cơ tăng tốc, với xung mô-men xoắn ở tốc độ tối đa. Giải pháp là giữ cho tụ điện (trở kháng) nhỏ để giảm thiểu tổn thất.
Tổn thất nhỏ hơn đối với động cơ có cực được che bóng. Tuy nhiên, cấu hình động cơ này hoạt động tốt lên đến 1/4 mã lực (200 watt), thường được áp dụng cho các động cơ nhỏ hơn. Chiều của động cơ dễ dàng đảo ngược bằng cách chuyển tụ nối tiếp với cuộn dây khác. Loại động cơ này có thể được điều chỉnh để sử dụng như một động cơ servo, được mô tả ở những nơi khác trong chương này.
Động cơ cảm ứng một pha có thể có cuộn dây nhúng vào stato đối với động cơ kích thước lớn hơn. Mặc dù vậy, các kích thước nhỏ hơn sử dụng ít phức tạp hơn để chế tạo các cuộn dây tập trung với các cực nổi bật.
Động cơ cảm ứng khởi động tụ điện
Trong hình bên dưới, một tụ điện lớn hơn có thể được sử dụng để khởi động động cơ cảm ứng một pha qua cuộn dây phụ nếu nó được đóng cắt bằng công tắc ly tâm khi động cơ đạt tốc độ. Hơn nữa, cuộn dây phụ có thể có nhiều vòng dây nặng hơn được sử dụng trong động cơ chia pha điện trở để giảm thiểu sự tăng nhiệt độ quá mức.
Kết quả là có nhiều mô-men xoắn khởi động hơn cho tải nặng như máy nén điều hòa không khí. Cấu hình động cơ này hoạt động tốt đến mức nó có sẵn ở các kích thước đa mã lực (đa kilowatt).
Động cơ cảm ứng động cơ chạy tụ điện
Một biến thể của động cơ khởi động bằng tụ điện (hình bên dưới) là khởi động động cơ bằng tụ điện tương đối lớn để có mômen khởi động cao, nhưng để lại một tụ điện có giá trị nhỏ hơn sau khi khởi động để cải thiện đặc tính chạy trong khi không tạo ra dòng điện quá mức. Sự phức tạp bổ sung của động cơ chạy bằng tụ điện được chứng minh cho các động cơ kích thước lớn hơn.
Tụ điện khởi động động cơ có thể là tụ điện phân cực không cực dương kép có thể là hai tụ điện phân cực nối tiếp + đến + (hoặc – đến -) nối tiếp. Các tụ điện điện phân định mức AC như vậy có tổn hao cao đến mức chúng chỉ có thể được sử dụng cho nhiệm vụ gián đoạn (1 giây bật, 60 giây tắt) như khởi động động cơ.
Tụ điện cho động cơ chạy không được có cấu tạo điện phân mà là loại polymer có tổn hao thấp hơn.
Điện trở Động cơ cảm ứng phân pha
Nếu cuộn phụ ít vòng hơn nhiều, đặt một dây nhỏ hơn ở góc 90 ° so với cuộn chính thì nó có thể khởi động động cơ cảm ứng một pha. Với độ tự cảm thấp hơn và điện trở cao hơn, dòng điện sẽ ít bị lệch pha hơn so với cuộn dây chính.
Có thể thu được khoảng lệch pha khoảng 30 ° . Cuộn dây này tạo ra mômen khởi động vừa phải, được ngắt bằng công tắc ly tâm ở 3/4 tốc độ đồng bộ. Sự sắp xếp đơn giản (không có tụ điện) này phục vụ tốt cho các động cơ lên đến 1/3 mã lực (250 watt) lái tải dễ dàng khởi động.
Động cơ này có nhiều mô-men xoắn khởi động hơn động cơ có cực bóng mờ (phần tiếp theo), nhưng không bằng động cơ hai pha được chế tạo từ các bộ phận giống nhau. Mật độ dòng điện trong cuộn dây phụ quá cao trong quá trình khởi động đến mức nhiệt độ tăng nhanh do đó ngăn cản việc khởi động lại thường xuyên hoặc tải khởi động chậm.
Bộ điều chỉnh hệ số công suất Nola
Frank Nola của NASA đã đề xuất một bộ hiệu chỉnh hệ số công suất để cải thiện hiệu suất của động cơ cảm ứng xoay chiều vào giữa những năm 1970. Nó dựa trên tiền đề rằng động cơ cảm ứng không hiệu quả khi tải ít hơn đầy đủ. Sự kém hiệu quả này tương quan với hệ số công suất thấp.
Hệ số công suất nhỏ hơn hợp nhất là do dòng điện từ hóa theo yêu cầu của stato. Dòng điện cố định này chiếm tỷ lệ lớn hơn trong tổng dòng điện của động cơ khi tải động cơ giảm. Ở tải nhẹ, dòng điện từ hóa đầy đủ là không cần thiết. Nó có thể được giảm bằng cách giảm điện áp đặt vào, cải thiện hệ số công suất và hiệu suất.
Bộ hiệu chỉnh hệ số công suất cảm nhận hệ số công suất và giảm điện áp động cơ, do đó khôi phục hệ số công suất cao hơn và giảm tổn thất.
Vì động cơ một pha kém hiệu quả hơn động cơ ba pha khoảng 2 đến 4 lần, nên có khả năng tiết kiệm năng lượng cho động cơ 1 pha. Không có khoản tiết kiệm nào cho động cơ được tải đầy đủ vì tất cả dòng điện từ hóa stato là bắt buộc.
Không thể giảm điện áp. Nhưng có những khoản tiết kiệm tiềm năng từ một động cơ chưa được tải đầy đủ. Động cơ 117 VAC danh nghĩa được thiết kế để hoạt động ở mức cao nhất là 127 VAC, thấp nhất là 104 VAC. Điều đó có nghĩa là nó không được nạp đầy khi hoạt động ở nhiệt độ lớn hơn 104 VAC, ví dụ như tủ lạnh 117 VAC.
An toàn cho bộ điều khiển hệ số công suất khi hạ điện áp đường dây xuống 104-110 VAC. Điện áp đường dây ban đầu càng cao thì khả năng tiết kiệm càng lớn. Tất nhiên, nếu công ty điện cung cấp gần hơn 110 VAC, động cơ sẽ hoạt động hiệu quả hơn mà không cần bất kỳ thiết bị bổ sung nào.
Bất kỳ động cơ cảm ứng một pha nào ở chế độ nhàn rỗi đáng kể, 25% FLC trở xuống, đều là ứng cử viên cho PFC. Tuy nhiên, nó cần phải hoạt động một số lượng lớn giờ mỗi năm. Và càng nhiều thời gian nó chạy không tải, như trong cưa gỗ, máy dập lỗ, hoặc băng tải, thì khả năng thanh toán cho bộ điều khiển trong một vài năm hoạt động càng lớn.
Sẽ dễ dàng hơn để trả cho nó theo hệ số ba so với động cơ 3-φ hiệu quả hơn. Không thể thu hồi chi phí của PFC đối với một động cơ chỉ hoạt động vài giờ mỗi ngày.
Tóm tắt: Động cơ cảm ứng một pha
- Động cơ cảm ứng một pha không tự khởi động nếu không có cuộn dây stato phụ dẫn động bởi dòng điện lệch pha gần 90 ° . Sau khi bắt đầu, cuộn dây phụ là tùy chọn.
- Cuộn dây phụ của động cơ tụ điện phân chia vĩnh viễn có tụ điện mắc nối tiếp với nó trong quá trình khởi động và chạy.
- Một động cơ cảm ứng tụ khởi động chỉ có một tụ điện nối tiếp với phụ uốn lượn trong bắt đầu.
- Một động cơ tụ điện chạy thường có một không phân cực tụ điện lớn trong loạt với phụ uốn lượn để khởi động, sau đó một tụ điện không nhỏ trong quá trình chạy.
- Cuộn dây phụ của động cơ chia pha điện trở tạo ra sự lệch pha so với cuộn dây chính trong quá trình khởi động do sự khác biệt về điện trở.
