กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 15 นาที

ไม่มีชื่อบทความ

มอเตอร์ ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) คือ มอเตอร์ไฟฟ้า ที่ขับเคลื่อนด้วย กระแสสลับ (AC) โดยทั่วไปมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับประกอบด้วยส่วนประกอบพื้นฐานสองส่วน คือ สเตเตอร์ ภายนอก...

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับชนิดอุตสาหกรรม มีกล่องขั้วต่อไฟฟ้าอยู่ด้านบนและเพลาหมุนส่งออกอยู่ทางด้านซ้าย มอเตอร์ประเภทนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในปั๊ม เครื่องเป่าลม สายพานลำเลียง และเครื่องจักรอุตสาหกรรมอื่นๆ

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) คือมอเตอร์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสสลับ (AC) โดยทั่วไปมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับประกอบด้วยส่วนประกอบพื้นฐานสองส่วน คือสเตเตอร์ ภายนอก ที่มีขดลวดซึ่งได้รับกระแสสลับเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กหมุนและโรเตอร์ ภายใน ที่ติดอยู่กับเพลาส่งกำลังซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กหมุนที่สอง สนามแม่เหล็กของโรเตอร์อาจสร้างขึ้นจากแม่เหล็กถาวร ความต้านทานแม่เหล็ก หรือขดลวดไฟฟ้ากระแสตรงหรือกระแสสลับ

มอเตอร์เชิงเส้นกระแสสลับ (AC linear motors) พบได้ไม่บ่อยนักโดยทำงานบนหลักการที่คล้ายคลึงกับมอเตอร์หมุน แต่ชิ้นส่วนที่อยู่กับที่และชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้นั้นจัดเรียงอยู่ในแนวเส้นตรง ทำให้เกิดการเคลื่อนที่เชิงเส้นแทนการหมุน

หลักการทำงาน

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) มีสองประเภทหลัก ได้แก่ มอเตอร์เหนี่ยวนำและมอเตอร์ซิงโครนัส มอเตอร์เหนี่ยวนำ (หรือมอเตอร์อะซิงโครนัส) อาศัยความแตกต่างเล็กน้อยของความเร็วระหว่างสนามแม่เหล็กหมุนของสเตเตอร์และความเร็วของเพลาโรเตอร์ที่เรียกว่า สลิป เพื่อเหนี่ยวนำกระแสในขดลวด AC ของโรเตอร์ ดังนั้น มอเตอร์เหนี่ยวนำจึงไม่สามารถสร้างแรงบิดที่ความเร็วใกล้ซิงโครนัสได้ ซึ่งการเหนี่ยวนำ (หรือสลิป) จะไม่มีผลหรือไม่มีอยู่เลย ในทางตรงกันข้าม มอเตอร์ซิงโครนัสไม่อาศัยการเหนี่ยวนำจากสลิปในการทำงาน และใช้แม่เหล็กถาวร ขั้วแม่เหล็กที่ยื่นออกมา หรือขดลวดโรเตอร์ที่ถูกกระตุ้นอย่างอิสระ มอเตอร์ซิงโครนัสจะสร้างแรงบิดตามพิกัดที่ความเร็วซิงโครนัสพอดีระบบมอเตอร์ซิงโครนัสแบบขดลวดโรเตอร์ไร้แปรงถ่านที่ป้อนกระแสสองทางมีขดลวดโรเตอร์ที่ถูกกระตุ้นอย่างอิสระซึ่งไม่อาศัยหลักการเหนี่ยวนำกระแสจากสลิป มอเตอร์แบบขดลวดโรเตอร์ไร้แปรงถ่านที่ป้อนกระแสสองทางเป็นมอเตอร์ซิงโครนัสที่สามารถทำงานได้ที่ความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ หรือต่ำกว่าหรือมากกว่าความถี่ของแหล่งจ่ายไฟหลายเท่า

มอเตอร์ประเภทอื่นๆ ได้แก่ มอเตอร์ กระแสไหลวนและเครื่องจักรแบบสลับกระแสสลับและกระแสตรงเชิงกล ซึ่งความเร็วขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าและการต่อขดลวด

ประวัติศาสตร์

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับเครื่องแรกของโลก ประดิษฐ์โดยนักฟิสิกส์ชาวอิตาลี กาลิเลโอ เฟอร์ราริส
ภาพประกอบจากสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาหมายเลข 381968 แสดงหลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับของเทสลา

เทคโนโลยี กระแสสลับมีรากฐานมาจาก การค้นพบของ ไมเคิล ฟาราเดย์และโจเซฟ เฮนรี ในปี ค.ศ. 1830–31 ที่ว่า สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในวงจรได้ โดยปกติแล้วฟาราเดย์จะได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้ค้นพบนี้ เนื่องจากเขาเป็นผู้เผยแพร่ผลการค้นพบของเขาก่อน[ 1 ]

ในปี พ.ศ. 2375 Hippolyte Pixii ช่างทำเครื่องมือชาวฝรั่งเศส ได้สร้างกระแสสลับแบบหยาบๆ ขึ้นมาเมื่อเขาออกแบบและสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสสลับเครื่องแรก ซึ่งประกอบด้วยแม่เหล็กรูปเกือกม้าหมุนผ่านขดลวดสองขด[ 2 ]

เนื่องจากข้อดีของกระแสสลับใน การส่ง แรงดันสูง ระยะไกล ทำให้นักประดิษฐ์จำนวนมากในสหรัฐอเมริกาและยุโรปในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 พยายามพัฒนามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้งานได้[ 3 ]บุคคลแรกที่คิดค้นสนามแม่เหล็กหมุนคือ Walter Baily ซึ่งได้สาธิตการทำงานของ มอเตอร์ หลายเฟส ที่ใช้แบตเตอรี่ โดยใช้คอมมิวเทเตอร์เมื่อวันที่ 28 มิถุนายน 1879 ให้กับสมาคมฟิสิกส์แห่งลอนดอน[ 4 ] Marcel Deprezวิศวกรไฟฟ้าชาวฝรั่งเศสได้ตีพิมพ์บทความในปี 1880 โดยอธิบายถึงอุปกรณ์ที่เกือบจะเหมือนกับของ Baily ซึ่งระบุหลักการของสนามแม่เหล็กหมุนและระบบกระแสไฟฟ้ากระแสสลับสองเฟสเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กดังกล่าว[ 5 ]การออกแบบนี้ไม่เคยมีการสาธิตในทางปฏิบัติ และมีข้อบกพร่อง เนื่องจากกระแสไฟฟ้าหนึ่งในสองกระแส "มาจากตัวเครื่องเอง" [ 4 ] ในปี 1886 Elihu Thomsonวิศวกรชาวอเมริกันที่เกิดในอังกฤษได้สร้างมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับโดยขยายหลักการเหนี่ยวนำ-ผลัก และเครื่องวัดกำลังไฟฟ้าของ เขา [ 6 ]ในปี พ.ศ. 2430 Charles Schenk Bradley นักประดิษฐ์ชาวอเมริกันเป็นคนแรกที่จดสิทธิบัตรการส่งกำลังไฟฟ้ากระแสสลับสองเฟสด้วยสายไฟสี่เส้น

มอเตอร์เหนี่ยวนำกระแสสลับแบบ "ไร้คอมมิวเทเตอร์" ดูเหมือนจะถูกคิดค้นขึ้นโดยอิสระโดยกาลิเลโอ เฟอร์ราริสและนิโคลา เทสลาเฟอร์ราริสได้สาธิตแบบจำลองการทำงานของมอเตอร์เหนี่ยวนำเฟสเดียวของเขาในปี 1885 และเทสลาได้สร้างมอเตอร์เหนี่ยวนำสองเฟสที่ใช้งานได้จริงในปี 1887 และสาธิตที่สถาบันวิศวกรไฟฟ้าแห่งอเมริกาในปี 1888 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] (แม้ว่าเทสลาจะอ้างว่าเขาคิดค้นสนามแม่เหล็กหมุนในปี 1882 ก็ตาม) [ 10 ]ในปี 1888 เฟอร์ราริสได้ตีพิมพ์งานวิจัยของเขาต่อราชบัณฑิตยสถานวิทยาศาสตร์ในตูริน ซึ่งเขาได้อธิบายรายละเอียดพื้นฐานของการทำงานของมอเตอร์[ 11 ]ในปีเดียวกันนั้น เทสลาได้รับสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาสำหรับมอเตอร์ของเขาเอง[ 12 ]จากการทดลองของ Ferraris ทำให้Mikhail Dolivo-Dobrovolskyคิดค้นมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสตัวแรกขึ้นในปี พ.ศ. 2433 ซึ่งเป็นการออกแบบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและกลายเป็นต้นแบบที่ใช้ในยุโรปและสหรัฐอเมริกา[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]เขายังได้ประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสตัวแรก และรวมเข้าด้วยกันเป็นระบบไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสที่สมบูรณ์แบบเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2434 [ 16 ] วิศวกรชาวสวิส Charles Eugene Lancelot Brownก็ได้ทำการออกแบบมอเตอร์สามเฟสเช่นกัน[ 13 ]และ ช่างเทคนิคชาวเยอรมัน Friedrich August Haselwander และวิศวกรชาวสวีเดน Jonas Wenströmก็ได้พัฒนาระบบไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสอื่นๆ อีกด้วย[ 17 ]

มอเตอร์เหนี่ยวนำ

ลื่น

หากโรเตอร์ของมอเตอร์แบบกรงกระรอกหมุนด้วยความเร็วซิงโครนัสที่แท้จริง ฟลักซ์ในโรเตอร์ ณ ตำแหน่งใดๆ บนโรเตอร์จะไม่เปลี่ยนแปลง และจะไม่มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในกรงกระรอก ด้วยเหตุนี้ มอเตอร์แบบกรงกระรอกทั่วไปจึงหมุนด้วยความเร็วต่ำกว่าความเร็วซิงโครนัสประมาณหลายสิบรอบต่อนาที ( RPM ) เนื่องจากสนามแม่เหล็กหมุน (หรือสนามแม่เหล็กแบบสั่นที่เทียบเท่ากัน) หมุนเร็วกว่าโรเตอร์อย่างมีประสิทธิภาพ จึงอาจกล่าวได้ว่ามันลื่นไถลผ่านพื้นผิวของโรเตอร์ ความแตกต่างระหว่างความเร็วซิงโครนัสและความเร็วที่แท้จริงเรียกว่าสลิปและการโหลดมอเตอร์จะเพิ่มปริมาณสลิปเมื่อมอเตอร์หมุนช้าลงเล็กน้อย แม้ไม่มีโหลด การสูญเสียทางกลภายในก็ทำให้สลิปไม่เป็นศูนย์

ความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับนั้นถูกกำหนดโดยหลักๆ แล้วจากความถี่ของแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับและจำนวนขั้วในขดลวดสเตเตอร์ ตามความสัมพันธ์ดังนี้: เอ็น=120เอฟพี{\displaystyle N_{\mathrm {s} }=120{F \over p}}

ที่ไหน

  • N คือความเร็วซิงโครนัส ในหน่วยรอบต่อนาที ();
  • Fคือความถี่ของกระแสไฟฟ้าสลับ ในหน่วยรอบต่อวินาที ( เฮิร์ตซ์ , Hz); และ
  • pคือจำนวนขั้วต่อขดลวดแต่ละเฟส

ค่าคงที่ 120 มาจากการรวมค่าการแปลง 60 วินาทีต่อนาที และแต่ละเฟสต้องการขั้ว 2 ขั้ว

ความเร็วรอบจริงของมอเตอร์เหนี่ยวนำจะน้อยกว่าความเร็วซิงโครนัสที่คำนวณได้ โดยมีค่าที่เรียกว่าสลิปซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามแรงบิดที่เกิดขึ้น เมื่อไม่มีโหลด ความเร็วจะใกล้เคียงกับความเร็วซิงโครนัสมาก เมื่อมีโหลด มอเตอร์มาตรฐานจะมีสลิปอยู่ระหว่าง 2-3% มอเตอร์พิเศษอาจมีสลิปได้ถึง 7% และมอเตอร์ประเภทหนึ่งที่เรียกว่ามอเตอร์แรงบิดถูกออกแบบมาให้ทำงานที่สลิป 100% (เช่น แรงบิด)0  รอบต่อนาที (หยุดนิ่งสนิท)

ค่าสลิปของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับคำนวณได้จากสูตร: เอส=(เอ็นเอ็น)/เอ็น{\displaystyle S=(N_{\mathrm {s} }-N_{\mathrm {r} })/N_{\mathrm {s} }}

ที่ไหน

  • Nrคือความเร็วในการหมุน หน่วยเป็นรอบต่อนาที
  • Sคืออัตราส่วนการลื่นไถลที่ปรับให้เป็นมาตรฐาน ซึ่งมีค่าตั้งแต่ 0 ถึง 1

ตัวอย่างเช่น มอเตอร์สี่ขั้วทั่วไปที่ทำงานบนความถี่ 60  เฮิรตซ์อาจมีค่าระบุไว้บนแผ่นป้ายว่า...1725  รอบต่อนาทีเมื่อรับภาระเต็มที่ ในขณะที่ความเร็วที่คำนวณได้คือ1800  รอบต่อนาทีความเร็วของมอเตอร์ประเภทนี้โดยทั่วไปจะถูกปรับเปลี่ยนโดยการเพิ่มขดลวดหรือขั้วแม่เหล็กเข้าไปในมอเตอร์ ซึ่งสามารถเปิดและปิดเพื่อเปลี่ยนความเร็วในการหมุนของสนามแม่เหล็กได้ อย่างไรก็ตาม การพัฒนาด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลังทำให้ความถี่ของแหล่งจ่ายไฟสามารถปรับเปลี่ยนได้เช่นกัน เพื่อให้สามารถควบคุมความเร็วของมอเตอร์ได้อย่างราบรื่นยิ่งขึ้น

โรเตอร์ชนิดนี้เป็นฮาร์ดแวร์พื้นฐานสำหรับตัวควบคุมการเหนี่ยวนำซึ่งเป็นข้อยกเว้นของการใช้สนามแม่เหล็กหมุนเป็นการใช้งานทางไฟฟ้าล้วนๆ (ไม่ใช่ทางกลไฟฟ้า)

โรเตอร์กรงหลายเฟส

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ทั่วไปส่วนใหญ่ใช้โรเตอร์แบบกรงกระรอกซึ่งจะพบได้ในมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับในครัวเรือนและอุตสาหกรรมขนาดเล็กเกือบทั้งหมด คำว่า "กรงกระรอก" มาจากกรงออกกำลังกายแบบหมุนได้สำหรับสัตว์เลี้ยงมอเตอร์ชนิดนี้ได้ชื่อมาจากรูปทรงของขดลวดโรเตอร์ ซึ่งเป็นวงแหวนที่ปลายทั้งสองข้างของโรเตอร์ โดยมีแท่งเชื่อมต่อวงแหวนวิ่งไปตามความยาวของโรเตอร์ โดยทั่วไปแล้วจะเป็นอะลูมิเนียมหล่อหรือทองแดงที่หล่อขึ้นระหว่างแผ่นเหล็กของโรเตอร์ และโดยปกติแล้วจะมองเห็นเฉพาะวงแหวนที่ปลายเท่านั้น กระแสไฟฟ้าส่วนใหญ่ในโรเตอร์จะไหลผ่านแท่งเหล่านี้มากกว่าแผ่นเหล็กที่มีความต้านทานสูงกว่าและมักจะเคลือบเงา แรงดันไฟฟ้าต่ำมากแต่กระแสไฟฟ้าสูงมากเป็นเรื่องปกติในแท่งและวงแหวนที่ปลาย มอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงมักจะใช้ทองแดงหล่อเพื่อลดความต้านทานในโรเตอร์

In operation, the squirrel-cage motor may be viewed as a transformer with a rotating secondary. When the rotor is not rotating in sync with the magnetic field, large rotor currents are induced; the large rotor currents magnetize the rotor and interact with the stator's magnetic fields to bring the rotor almost into synchronization with the stator's field. An unloaded squirrel-cage motor at rated no-load speed will consume electrical power only to maintain rotor speed against friction and resistance losses. As the mechanical load increases, so will the electrical load – the electrical load is inherently related to the mechanical load. This is similar to a transformer, where the primary's electrical load is related to the secondary's electrical load.

This is why a squirrel-cage blower motor may cause household lights to dim upon starting, but does not dim the lights on startup when its fan belt (and therefore mechanical load) is removed. Furthermore, a stalled squirrel-cage motor (overloaded or with a jammed shaft) will consume current limited only by circuit resistance as it attempts to start. Unless something else limits the current (or cuts it off completely) overheating and destruction of the winding insulation is the likely outcome.

Many washing machines, dishwashers, larger standalone fans, compressors, etc. use some variant of a squirrel-cage motor.

Polyphase wound rotor

An alternate design, called the wound rotor motor, is used when variable speed is required. In this case, the rotor has the same number of poles as the stator and the windings are made of wire, connected to slip rings on the shaft. Carbon brushes connect the slip rings to a controller such as a variable resistor that allows changing the motor's slip rate. In certain high-power variable-speed wound rotor drives, the slip-frequency energy is captured, rectified, and returned to the power supply through an inverter. With bidirectionally controlled power, the wound rotor becomes an active participant in the energy conversion process, with the wound rotor doubly fed configuration showing twice the power density.

Compared to squirrel cage rotors, wound rotor motors are expensive and require maintenance of the slip rings and brushes, but they were the standard form for variable speed control before the advent of compact power electronic devices. Transistorized inverters with variable-frequency drive can now be used for speed control, and wound rotor motors are becoming less common.

Several methods of starting a polyphase motor are used. Where a large inrush current and high starting torque can be permitted, the motor can be started across the line, by applying full line voltage to the terminals (direct-on-line, DOL). Where it is necessary to limit the starting inrush current (where the motor is large compared with the short-circuit capacity of the supply), the motor is started at reduced voltage using either series inductors, an autotransformer, thyristors, or other devices. A technique sometimes used is star-delta (YΔ) starting, where the motor coils are initially connected in star configuration for acceleration of the load, then switched to delta configuration when the load is up to speed. This technique is more common in Europe than in North America. Transistorized drives can directly vary the applied voltage as required by the starting characteristics of the motor and load.

This type of motor is becoming more common in traction applications such as locomotives, where it is known as the asynchronous traction motor.

Two-phase servo motor

A typical two-phase AC servo-motor has a squirrel cage rotor and a field consisting of two windings:

  1. a constant-voltage (AC) main winding.
  2. a control-voltage (AC) winding in quadrature (i.e., 90 degrees phase shifted) with the main winding so as to produce a rotating magnetic field. Reversing phase makes the motor reverse.

An AC servo amplifier, a linear power amplifier, feeds the control winding. The electrical resistance of the rotor is made high intentionally so that the speed–torque curve is fairly linear. Two-phase servo motors are inherently high-speed, low-torque devices, heavily geared down to drive the load.

Single-phase induction motor

Single-phase motors do not have a unique rotating magnetic field like multi-phase motors. The field alternates (reverses polarity) between pole pairs and can be viewed as two fields rotating in opposite directions. They require a secondary magnetic field that causes the rotor to move in a specific direction. After starting, the alternating stator field is in relative rotation with the rotor. Several methods are commonly used:

Shaded-pole motor

มอเตอร์เฟสเดียวที่พบได้ทั่วไปคือมอเตอร์แบบขั้วเงา (shaded-pole motor)ซึ่งใช้ในอุปกรณ์ที่ต้องการแรงบิด เริ่มต้นต่ำ เช่นพัดลมไฟฟ้าปั๊มขนาดเล็ก หรือเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กในครัวเรือน ในมอเตอร์ชนิดนี้ ขดลวดทองแดงขนาดเล็กแบบรอบเดียวที่เรียกว่า "ขดลวดเงา" จะสร้างสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ ส่วนหนึ่งของแต่ละขั้วจะถูกล้อมรอบด้วยขดลวดหรือแถบทองแดง กระแสเหนี่ยวนำในแถบจะต้านการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ผ่านขดลวด ทำให้เกิดความล่าช้าของฟลักซ์ที่ผ่านขดลวดเงา ส่งผลให้ความเข้มของสนามสูงสุดเคลื่อนที่สูงขึ้นทั่วหน้าขั้วในแต่ละรอบ สิ่งนี้สร้างสนามแม่เหล็กหมุนระดับต่ำซึ่งมีขนาดใหญ่พอที่จะหมุนทั้งโรเตอร์และโหลดที่ติดอยู่ เมื่อโรเตอร์หมุนเร็วขึ้น แรงบิดจะเพิ่มขึ้นจนถึงระดับสูงสุด เนื่องจากสนามแม่เหล็กหลักหมุนสัมพันธ์กับโรเตอร์ที่กำลังหมุน

เมื่อหลายสิบปีก่อน บริษัท Barber-Colman ได้ผลิต มอเตอร์แบบขั้วเงาที่หมุนกลับได้ มอเตอร์ชนิดนี้มีขดลวดสนามแม่เหล็กเพียงขดเดียว และขั้วหลักสองขั้ว โดยแต่ละขั้วถูกแบ่งครึ่งเพื่อสร้างขั้วสองคู่ แต่ละ "ครึ่งขั้ว" ทั้งสี่นี้จะมีขดลวดอยู่ และขดลวดของครึ่งขั้วที่อยู่ตรงข้ามกันในแนวทแยงมุมจะเชื่อมต่อกับขั้วต่อคู่หนึ่ง ขั้วต่อหนึ่งของแต่ละคู่เป็นขั้วต่อร่วม ดังนั้นจึงต้องการเพียงสามขั้วต่อเท่านั้น

มอเตอร์จะไม่สตาร์ทหากขั้วต่อไม่ได้ต่อไว้ การต่อขั้วร่วมเข้ากับขั้วหนึ่งทำให้มอเตอร์หมุนไปในทิศทางหนึ่ง และการต่อขั้วร่วมเข้ากับอีกขั้วหนึ่งทำให้มอเตอร์หมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม มอเตอร์เหล่านี้ถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์อุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์

มอเตอร์แบบขั้วเงาที่ปรับความเร็วได้ และแรงบิดต่ำ ซึ่งมีลักษณะพิเศษ สามารถพบได้ในตัวควบคุมสัญญาณไฟจราจรและไฟโฆษณา หน้าขั้วขนานกันและอยู่ใกล้กันพอสมควร โดยมีแผ่นดิสก์อยู่ตรงกลางระหว่างขั้วทั้งสอง คล้ายกับแผ่นดิสก์ใน มิเตอร์วัดพลังงานไฟฟ้าแต่ละหน้าขั้วถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน และมีขดลวดบังเงาอยู่บนส่วนหนึ่ง ขดลวดบังเงาจะอยู่บนส่วนที่หันหน้าเข้าหากัน

การจ่ายกระแสสลับให้กับขดลวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ไปตามช่องว่างระหว่างขั้ว ระนาบของแกนสเตเตอร์นั้นเกือบจะสัมผัสกับวงกลมสมมติบนแผ่นดิสก์ ดังนั้นสนามแม่เหล็กที่เคลื่อนที่จึงดึงแผ่นดิสก์และทำให้มันหมุน

ตัวกำเนิดไฟฟ้าถูกติดตั้งบนแกนหมุนเพื่อให้สามารถปรับตำแหน่งตามความเร็วที่ต้องการแล้วจึงยึดให้อยู่ในตำแหน่งนั้น การวางขั้วให้ใกล้กับศูนย์กลางของแผ่นดิสก์จะทำให้หมุนเร็วขึ้น และการวางขั้วให้ใกล้กับขอบจะทำให้หมุนช้าลง

มอเตอร์แบบแยกเฟส

มอเตอร์ AC เฟสเดียวทั่วไปอีกชนิดหนึ่งคือมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบแยกเฟส [ 18 ]ซึ่งมักใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่เช่นเครื่องปรับอากาศและเครื่องอบผ้าเมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์ขั้วเงา มอเตอร์เหล่านี้ให้แรงบิดเริ่มต้นที่มากกว่ามาก

มอเตอร์แบบแยกเฟสมีขดลวดสตาร์ททุติย ภูมิ ที่ทำมุม 90 องศาทางไฟฟ้ากับขดลวดหลัก โดยอยู่ตรงกลางระหว่างขั้วของขดลวดหลักเสมอ และเชื่อมต่อกับขดลวดหลักด้วยชุดหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า ขดลวดของขดลวดนี้พันด้วยจำนวนรอบน้อยกว่าและใช้ลวดขนาดเล็กกว่าขดลวดหลัก ดังนั้นจึงมีค่าความเหนี่ยวนำต่ำกว่าและค่าความต้านทานสูงกว่า ตำแหน่งของขดลวดทำให้เกิดการเลื่อนเฟสเล็กน้อยระหว่างฟลักซ์ของขดลวดหลักและฟลักซ์ของขดลวดสตาร์ท ทำให้โรเตอร์หมุน เมื่อความเร็วของมอเตอร์เพียงพอที่จะเอาชนะแรงเฉื่อยของโหลด หน้าสัมผัสจะเปิดโดยอัตโนมัติด้วยสวิตช์แรงเหวี่ยงหรือรีเลย์ไฟฟ้า ทิศทางการหมุนถูกกำหนดโดยการเชื่อมต่อระหว่างขดลวดหลักและวงจรสตาร์ท ในการใช้งานที่มอเตอร์ต้องการการหมุนคงที่ ปลายด้านหนึ่งของวงจรสตาร์ทจะเชื่อมต่อกับขดลวดหลักอย่างถาวร โดยมีหน้าสัมผัสทำการเชื่อมต่อที่ปลายอีกด้านหนึ่ง

มอเตอร์สตาร์ทด้วยตัวเก็บประจุ
แผนผังวงจรของมอเตอร์สตาร์ทด้วยตัวเก็บประจุ

มอเตอร์สตาร์ทด้วยตัวเก็บประจุเป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบแยกเฟส ที่มี ตัวเก็บประจุสำหรับสตาร์ทต่ออนุกรมกับขดลวดสตาร์ท ทำให้เกิดวงจร LCซึ่งสร้างการเลื่อนเฟสที่มากขึ้น (และด้วยเหตุนี้ แรงบิดเริ่มต้นที่มากกว่ามาก) ทั้งมอเตอร์แบบแยกเฟสและมอเตอร์แบบขั้วเงา มอเตอร์นี้มีสวิตช์แรงเหวี่ยงที่ตัดการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุเมื่อมอเตอร์เริ่มทำงาน มอเตอร์นี้ให้แรงบิดเริ่มต้นสูง[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]มอเตอร์แบบสตาร์ทและทำงานด้วยตัวเก็บประจุมีตัวเก็บประจุแยกกันสองตัว ตัวหนึ่งสำหรับสตาร์ทมอเตอร์ และอีกตัวสำหรับทำงาน และมีสวิตช์แรงเหวี่ยงเพื่อตัดการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุสตาร์ท หรือ รีเลย์ แรงเคลื่อนไฟฟ้าต้านกลับ (back EMF ) ที่ต่อขนานกับขดลวดเสริมของมอเตอร์ มอเตอร์นี้ให้แรงบิดเริ่มต้นสูงและมีประสิทธิภาพสูง[ 19 ]

มอเตอร์สตาร์ทแบบต้านทาน

มอเตอร์สตาร์ทแบบต้านทานเป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบแยกเฟสที่มีตัวสตาร์ทแทรกอนุกรมกับขดลวดสตาร์ท ทำให้เกิดรีแอกแทนซ์ ตัวสตาร์ทที่เพิ่มเข้ามานี้ช่วยในการสตาร์ทและทิศทางการหมุนเริ่มต้น ขดลวดสตาร์ทส่วนใหญ่ทำจากลวดบางที่มีจำนวนรอบน้อยเพื่อให้มีความต้านทานสูงและเหนี่ยวนำต่ำ ขดลวดหลักทำจากลวดที่หนากว่าและมีจำนวนรอบมากกว่า ทำให้มีความต้านทานต่ำและเหนี่ยวนำสูง[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]

มอเตอร์ตัวเก็บประจุแบบแยกถาวร

Another variation is the permanent-split capacitor (or PSC) motor.[25] Also known as a capacitor-run motor, this type of motor uses a non-polarized capacitor with a high voltage rating to generate an electrical phase shift between the run and start windings. PSC motors are the dominant type of split-phase motor in Europe and much of the world, but in North America, they are most frequently used in variable torque applications (like blowers, fans, and pumps) and other cases where variable speeds are desired.

A capacitor with a relatively low capacitance, and relatively high voltage rating, is connected in series with the start winding and remains in the circuit during the entire run cycle.[25] Like other split-phase motors, the main winding is used with a smaller start winding, and rotation is changed by reversing the connection between the main winding and the start circuit, or by having polarity of main winding switched while start winding is always connected to a capacitor. There are significant differences, however; the use of a speed sensitive centrifugal switch requires that other split-phase motors must operate at, or very close to, full speed. PSC motors may operate within a wide range of speeds, much lower than the motor's electrical speed. Also, for applications like automatic door openers that require the motor to reverse rotation often, the use of a mechanism requires that a motor must slow to a near stop before contact with the start winding is re-established. The 'permanent' connection to the capacitor in a PSC motor means that changing rotation is instantaneous.

Three-phase motors can be converted to PSC motors by making common two windings and connecting the third via a capacitor to act as a start winding. However, the power rating needs to be at least 50% larger than for a comparable single-phase motor due to an unused winding.[26]

Synchronous motor

Three-phase system with rotating magnetic fields

Polyphase synchronous motor

If connections to the rotor coils of a three-phase motor are taken out on slip-rings and fed a separate field current to create a continuous magnetic field (or if the rotor consists of a permanent magnet), the result is called a synchronous motor because the rotor will rotate synchronously with the rotating magnetic field produced by the polyphase electrical supply. Another synchronous motor system is the brushless wound-rotor doubly fed synchronous motor system with an independently excited rotor multiphase AC winding set that may experience slip-induction beyond synchronous speeds but like all synchronous motors, does not rely on slip-induction for torque production.

The synchronous motor can also be used as an alternator.

มอเตอร์ซิงโครนัสในปัจจุบันมักถูกขับเคลื่อนด้วยไดรฟ์ปรับความถี่ แบบโซลิดสเตท ซึ่งช่วยลดปัญหาการสตาร์ทโรเตอร์ขนาดใหญ่ของมอเตอร์ซิงโครนัสได้อย่างมาก นอกจากนี้ยังสามารถสตาร์ทได้ในฐานะมอเตอร์เหนี่ยวนำโดยใช้ขดลวดแบบกรงกระรอกที่ใช้ร่วมกับโรเตอร์ เมื่อมอเตอร์ถึงความเร็วซิงโครนัสแล้ว จะไม่มีกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดแบบกรงกระรอก ดังนั้นจึงมีผลกระทบต่อการทำงานแบบซิงโครนัสของมอเตอร์น้อยมาก นอกเหนือจากการรักษาเสถียรภาพความเร็วของมอเตอร์เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงโหลด

มอเตอร์ซิงโครนัสบางครั้งถูกนำมาใช้เป็นมอเตอร์ขับเคลื่อนโดยรถไฟ ความเร็วสูง TGVอาจเป็นตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของการใช้งานประเภทนี้

ปัจจุบันรถยนต์ไฟฟ้าจำนวนมากติดตั้งมอเตอร์ซิงโครนัสสามเฟส โดยใช้ แม่เหล็กถาวรชนิด นีโอไดเมียมหรือธาตุหายาก อื่นๆ

มอเตอร์ประเภทนี้มีประโยชน์อย่างหนึ่งคือ นำไปใช้ในระบบแก้ไขค่าตัวประกอบกำลัง โดยเรียกมอเตอร์ประเภทนี้ว่าตัวเก็บประจุแบบซิงโครนัสซึ่งใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของเครื่องจักรที่ใช้พลังงานที่ค่าตัวประกอบกำลัง นำหน้า เมื่อโรเตอร์ถูกกระตุ้นมากเกินไป ทำให้แหล่งจ่ายไฟมองเห็นมันเป็นตัวเก็บประจุ และสามารถใช้แก้ไขค่าตัวประกอบกำลังล้าหลังที่มักพบในโหลดแบบเหนี่ยวนำได้ การกระตุ้นจะถูกปรับจนกว่าจะได้ค่าตัวประกอบกำลังใกล้เคียงกับหนึ่ง (มักจะทำโดยอัตโนมัติ) เครื่องจักรที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์นี้สามารถระบุได้ง่ายเนื่องจากไม่มีส่วนต่อขยายเพลา มอเตอร์แบบซิงโครนัสมีคุณค่าในทุกกรณีเพราะค่าตัวประกอบกำลังดีกว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำมาก ทำให้เป็นที่นิยมใช้ในงานที่ต้องการกำลังสูงมาก

มอเตอร์ AC ขนาดใหญ่ที่สุดบางส่วนเป็น เครื่องกำเนิด ไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับที่ทำงานเป็นมอเตอร์ซิงโครนัสเพื่อสูบน้ำไปยังอ่างเก็บน้ำที่ระดับความสูงที่สูงกว่าเพื่อนำไปใช้ผลิตไฟฟ้าในภายหลังโดยใช้เครื่องจักรเดียวกัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด 500 เมกะวัตต์จำนวน 6 เครื่องติดตั้งอยู่ที่สถานีสูบกลับ Bath Countyในรัฐเวอร์จิเนีย สหรัฐอเมริกา เมื่อสูบน้ำ หน่วยแต่ละหน่วยสามารถผลิตกำลังได้ 642,800 แรงม้า (479.3 เมกะวัตต์) [ 27 ]

มอเตอร์ซิงโครนัสเฟสเดียว

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียวขนาดเล็กสามารถออกแบบโดยใช้โรเตอร์แม่เหล็กได้ (หรือรูปแบบต่างๆ ของแนวคิดนั้น ดู "มอเตอร์ซิงโครนัสแบบฮิสเทอรีซิส" ด้านล่าง)

หากโรเตอร์แบบกรงกระรอกทั่วไปมีการเจียรผิวให้เรียบเพื่อสร้างขั้วที่ยื่นออกมาและเพิ่มความต้านทานแม่เหล็กมันจะสตาร์ทแบบปกติ แต่จะทำงานแบบซิงโครนัส แม้ว่าจะให้แรงบิดที่ความเร็วซิงโครนัสได้เพียงเล็กน้อยก็ตาม มอเตอร์ชนิดนี้เรียกว่ามอเตอร์ความต้านทานแม่เหล็ก ( reluctance motor )

Because inertia makes it difficult to instantly accelerate the rotor from stopped to synchronous speed, these motors normally require some sort of special feature to get started. Some include a squirrel-cage structure to bring the rotor close to synchronous speed. Various other designs use a small induction motor (which may share the same field coils and rotor as the synchronous motor) or a very light rotor with a one-way mechanism (to ensure that the rotor starts in the "forward" direction). In the latter instance, applying AC power creates chaotic (or seemingly chaotic) jumping movement back and forth; such a motor will always start, but lacking the anti-reversal mechanism, the direction it runs is unpredictable. The Hammond organ tone generator used a non-self-starting synchronous motor (until comparatively recently), and had an auxiliary conventional shaded-pole starting motor. A spring-loaded auxiliary manual starting switch connected power to this second motor for a few seconds.

Hysteresis synchronous motor

These motors are relatively costly, and are used where exact speed (assuming an exact-frequency AC source) and rotation with low flutter (high-frequency variation in speed) are essential. Applications included tape recorder capstan drives (the motor shaft could be the capstan), and, before the advent of crystal control, motion picture cameras and recorders. Their distinguishing feature is their rotor, which is a smooth cylinder of a magnetic alloy that stays magnetized, but can be demagnetized fairly easily as well as re-magnetized with poles in a new location. Hysteresis refers to how the magnetic flux in the metal lags behind the external magnetizing force; for instance, to demagnetize such a material, one could apply a magnetizing field of opposite polarity to that which originally magnetized the material. These motors have a stator like those of capacitor-run squirrel-cage induction motors. On startup, when slip decreases sufficiently, the rotor becomes magnetized by the stator's field, and the poles stay in place. The motor then runs at synchronous speed as if the rotor were a permanent magnet. When stopped and restarted, the poles are likely to form at different locations. For a given design, torque at synchronous speed is only relatively modest, and the motor can run at below synchronous speed. In simple words, it is lagging magnetic field behind magnetic flux.

Other AC motor types

Universal motor and series wound motor

มอเตอร์อเนกประสงค์เป็นมอเตอร์ที่สามารถทำงานได้ทั้งกับไฟ AC และ DC ในมอเตอร์อเนกประสงค์นั้น ทั้งสเตเตอร์และโรเตอร์ของมอเตอร์DC แบบมีแปรงถ่านต่างก็มีขดลวดพันอยู่ และได้รับพลังงานจากแหล่งภายนอก โดยแรงบิดจะเป็นฟังก์ชันของกระแสโรเตอร์คูณด้วยกระแสสเตเตอร์ ดังนั้นการกลับทิศทางของกระแสทั้งในโรเตอร์และสเตเตอร์จะไม่ทำให้การหมุนกลับทิศทาง มอเตอร์อเนกประสงค์สามารถทำงานได้ทั้งไฟ AC และ DC ตราบใดที่ความถี่ไม่สูงเกินไปจนทำให้ค่าความต้านทานเชิงเหนี่ยวนำของขดลวดสเตเตอร์และ การสูญเสีย จากกระแสไหลวนกลายเป็นปัญหา มอเตอร์อเนกประสงค์เกือบทั้งหมดเป็นแบบขดลวดอนุกรม เนื่องจากสเตเตอร์มีจำนวนรอบค่อนข้างน้อย ทำให้ค่าความเหนี่ยวนำต่ำ มอเตอร์อเนกประสงค์มีขนาดกะทัดรัด มีแรงบิดเริ่มต้นสูง และสามารถปรับความเร็วได้ในช่วงกว้างด้วยการควบคุมที่ค่อนข้างง่าย เช่นตัวต้านทานปรับค่าได้และ ตัวสับเปลี่ยนความถี่ แบบ PWMเมื่อเทียบกับมอเตอร์เหนี่ยวนำแล้ว มอเตอร์อเนกประสงค์ก็มีข้อเสียบางประการที่เกิดจากแปรงถ่านและคอมมิวเทเตอร์ ได้แก่ ระดับเสียงรบกวนทางไฟฟ้าและเสียงอะคูสติกที่ค่อนข้างสูง ความน่าเชื่อถือต่ำ และการบำรุงรักษาที่บ่อยกว่า

มอเตอร์อเนกประสงค์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กและเครื่องมือไฟฟ้าแบบมือถือ จนกระทั่งถึงทศวรรษ 1970 มอเตอร์ประเภทนี้ครองตลาดระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า (ทั้งรถไฟฟ้าระบบดีเซล-ไฟฟ้าและยานพาหนะบนถนน) เครือข่ายไฟฟ้าสำหรับระบบขับเคลื่อน หลายแห่ง ยังคงใช้ความถี่ต่ำพิเศษ เช่น 16.7 และ 25  เฮิรตซ์ เพื่อแก้ไขปัญหาการสูญเสียและค่าความต้านทานที่กล่าวมาข้างต้น แม้ว่ามอเตอร์อเนกประสงค์จะยังคงถูกใช้งานอย่างแพร่หลาย แต่ก็ถูกแทนที่ด้วยมอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้ากระแสสลับแบบหลายเฟสและมอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่มีระบบขับเคลื่อนความถี่แปรผัน ได้มากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งเป็นไปได้ด้วยอุปกรณ์เซ มิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้าสมัยใหม่

มอเตอร์แรงผลัก

มอเตอร์แบบแรงผลัก (Repulsion motor) เป็นมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียวแบบขดลวด ซึ่งเป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำชนิดหนึ่ง ในมอเตอร์แบบแรงผลัก แปรงถ่านของขดลวดอาร์มาเจอร์จะลัดวงจรเข้าด้วยกัน แทนที่จะต่ออนุกรมกับขดลวดสนามแม่เหล็ก เหมือนกับในมอเตอร์แบบยูนิเวอร์แซล (Universal motor) โดยอาศัยหลักการทำงานแบบหม้อแปลง ขดลวดสเตเตอร์จะเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าในขดลวดโรเตอร์ ทำให้เกิดแรงบิดโดยแรงผลักแทนที่จะเป็นแรงดึงดูดเหมือนในมอเตอร์ชนิดอื่น มีการผลิตมอเตอร์แบบแรงผลักหลายประเภท แต่แบบที่ ใช้บ่อยที่สุดคือ มอเตอร์ แบบแรงผลักสตาร์ท-เหนี่ยวนำทำงาน (RS-IR) มอเตอร์ RS-IR มีสวิตช์แบบแรงเหวี่ยงที่ลัดวงจรทุกส่วนของคอมมิวเทเตอร์ ทำให้มอเตอร์ทำงานเป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำเมื่อใกล้ถึงความเร็วเต็มที่ มอเตอร์บางชนิดยังยกแปรงถ่านออกจากหน้าสัมผัสด้วยการควบคุมแรงดันไฟฟ้า จากแหล่ง จ่าย มอเตอร์แบบแรงผลักได้รับการพัฒนาขึ้นก่อนที่จะมีตัวเก็บประจุสตาร์ทมอเตอร์ที่เหมาะสม และมีมอเตอร์แบบแรงผลักขายได้น้อยมาก ณ ปี 2548

โรเตอร์ภายนอก

ในกรณีที่ความเสถียรของความเร็วมีความสำคัญ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับบางชนิด (เช่นมอเตอร์ Papst บางรุ่น ) จะมีสเตเตอร์อยู่ด้านในและโรเตอร์อยู่ด้านนอกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านแรงเฉื่อยและการระบายความร้อน โรเตอร์ที่อยู่ด้านนอกยังพบได้ทั่วไปในมอเตอร์พัดลมเพดาน ด้วย

มอเตอร์โรเตอร์เลื่อน

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบบโรเตอร์เลื่อน

มอเตอร์เบรกแบบโรเตอร์ทรงกรวยนั้นรวมเอาเบรกไว้เป็นส่วนหนึ่งของโรเตอร์เลื่อนทรงกรวย เมื่อมอเตอร์หยุดทำงาน สปริงจะกระทำต่อโรเตอร์เลื่อนและดันวงแหวนเบรกให้ติดกับฝาครอบเบรกในมอเตอร์ ทำให้โรเตอร์หยุดนิ่ง เมื่อมอเตอร์ได้รับพลังงาน สนามแม่เหล็กของมอเตอร์จะสร้างส่วนประกอบทั้งในแนวแกนและแนวรัศมี ส่วนประกอบในแนวแกนจะเอาชนะแรงของสปริง ทำให้เบรกคลายออก ในขณะที่ส่วนประกอบในแนวรัศมีจะทำให้โรเตอร์หมุน ไม่จำเป็นต้องมีการควบคุมเบรกเพิ่มเติม

แรงบิดเริ่มต้นสูงและแรงเฉื่อยต่ำของมอเตอร์เบรกแบบโรเตอร์ทรงกรวยได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับความต้องการของระบบขับเคลื่อนแบบไดนามิกที่มีรอบการทำงานสูงในงานต่างๆ นับตั้งแต่มีการคิดค้น ออกแบบ และเปิดตัวมอเตอร์ชนิดนี้เมื่อกว่า 50 ปีที่แล้ว โดยมอเตอร์ประเภทนี้ได้รับการแนะนำครั้งแรกในสหรัฐอเมริกาในปี 1963

มอเตอร์ความเร็วเดียวหรือสองความเร็วได้รับการออกแบบมาเพื่อเชื่อมต่อกับระบบเกียร์มอเตอร์ นอกจากนี้มอเตอร์เบรกแบบโรเตอร์ทรงกรวยยังใช้ในการขับเคลื่อนไดรฟ์ความเร็วต่ำอีกด้วย

มอเตอร์ประเภทนี้ยังพบได้ในเครนเหนือศีรษะและเครื่องยกอีกด้วยชุดความเร็วระดับไมโครประกอบด้วยมอเตอร์สองตัวและตัวลดเกียร์กลาง ใช้สำหรับงานที่ต้องการความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งทางกลสูงมากและความสามารถในการทำงานซ้ำสูง ชุดความเร็วระดับไมโครประกอบด้วยมอเตอร์เบรกแบบโรเตอร์ทรงกรวย "หลัก" สำหรับความเร็วสูงและมอเตอร์เบรกแบบโรเตอร์ทรงกรวย "ไมโคร" สำหรับความเร็วต่ำหรือความเร็วในการกำหนดตำแหน่ง เกียร์กลางช่วยให้สามารถปรับอัตราส่วนได้หลากหลาย และสามารถรวมมอเตอร์ที่มีความเร็วต่างกันเข้าด้วยกันเพื่อสร้างอัตราส่วนสูงระหว่างความเร็วสูงและต่ำได้

มอเตอร์แบบคอมมิวเต็ดอิเล็กทรอนิกส์

มอเตอร์แบบคอมมิวเทเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ (EC) คือมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจาก ไฟฟ้า กระแสตรง (DC) และใช้ระบบคอมมิวเทเตอร์อิเล็กทรอนิกส์แทนคอม มิวเทเตอร์ และแปรงถ่านแบบกลไก ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับแรงบิด และความถี่กับความเร็วของมอเตอร์ BLDC เป็นแบบเชิงเส้น แม้ว่าขดลวดมอเตอร์จะได้รับพลังงานจากกระแสตรง แต่พลังงานอาจถูกแปลงจากกระแสสลับเป็นกระแสตรงภายในตัวเรือนได้

มอเตอร์มิเตอร์วัตต์ชั่วโมง

มอเตอร์เหล่านี้เป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำสองเฟสที่มีแม่เหล็กถาวรเพื่อหน่วงการหมุนของโรเตอร์ เพื่อให้ความเร็วของโรเตอร์แปรผันตรงกับกำลังไฟฟ้าที่ไหลผ่านมิเตอร์อย่างแม่นยำ โรเตอร์เป็นแผ่นดิสก์ที่ทำจากโลหะผสมอะลูมิเนียม และกระแสไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำเข้าไปในโรเตอร์จะทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กจากสเตเตอร์

มิเตอร์วัดพลังงาน ไฟฟ้าแบบ แยกเฟสมีสเตเตอร์ที่มีขดลวดสามขดหันเข้าหาแผ่นดิสก์ วงจรแม่เหล็กสมบูรณ์ด้วยแกนเหล็กที่มีค่าความซึมผ่านได้รูปตัว C ขดลวด "แรงดัน" เหนือแผ่นดิสก์ต่อขนานกับแหล่งจ่ายไฟ จำนวนรอบของขดลวดมีอัตราส่วนความเหนี่ยวนำต่อความต้านทาน (Q) สูง ดังนั้นกระแสและสนามแม่เหล็กจึงเป็นปริพันธ์ของแรงดันที่จ่ายเทียบกับเวลา โดยมีเฟสล้าหลัง 90 องศา สนามแม่เหล็กนี้ผ่านลงมาในแนวตั้งฉากกับแผ่นดิสก์ ทำให้เกิดกระแสไหลวนเป็นวงกลมในระนาบของแผ่นดิสก์โดยมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่สนาม กระแสเหนี่ยวนำเหล่านี้เป็นสัดส่วนกับอนุพันธ์ของสนามแม่เหล็กเทียบกับเวลา โดยมีเฟสนำหน้า 90 องศา ทำให้กระแสไหลวนมีเฟสตรงกับแรงดันที่จ่ายให้กับขดลวดแรงดัน เช่นเดียวกับกระแสเหนี่ยวนำในขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงที่มีโหลดความต้านทานซึ่งมีเฟสตรงกับแรงดันที่จ่ายให้กับขดลวดปฐมภูมิ

กระแสไหลวนจะไหลผ่านเหนือขั้วของขดลวด "กระแส" สองขดที่อยู่ใต้แผ่นดิสก์ โดยแต่ละขดพันด้วยลวดหนาจำนวนไม่กี่รอบ ซึ่งมีค่าความต้านทานเชิงเหนี่ยวนำต่ำเมื่อเทียบกับความต้านทานของโหลด ขดลวดเหล่านี้เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟกับโหลด ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่มีเฟสตรงกับกระแสโหลด สนามแม่เหล็กนี้จะผ่านจากขั้วของขดลวดกระแสหนึ่งขึ้นไปในแนวตั้งฉากผ่านแผ่นดิสก์ แล้วลงมาผ่านแผ่นดิสก์ไปยังขั้วของขดลวดกระแสอีกขดหนึ่ง โดยมีวงจรแม่เหล็กสมบูรณ์กลับไปยังขดลวดกระแสแรก เมื่อสนามแม่เหล็กเหล่านี้ผ่านแผ่นดิสก์ พวกมันจะผ่านกระแสไหลวนที่เหนี่ยวนำในแผ่นดิสก์โดยขดลวดแรงดันไฟฟ้า ทำให้เกิดแรงลอเรนซ์บนแผ่นดิสก์ในแนวตั้งฉากซึ่งกันและกัน สมมติว่ามีกำลังไฟฟ้าไหลไปยังโหลด ฟลักซ์จากขดลวดกระแสด้านซ้ายจะผ่านแผ่นดิสก์ขึ้นไปด้านบน ซึ่งกระแสไหลวนจะไหลในแนวรัศมีไปยังศูนย์กลางของแผ่นดิสก์ ทำให้เกิดแรงบิด (ตามกฎมือขวา ) ที่ผลักด้านหน้าของแผ่นดิสก์ไปทางขวา ในทำนองเดียวกัน ฟลักซ์แม่เหล็กจะไหลผ่านแผ่นดิสก์ลงไปยังขดลวดกระแสด้านขวา ซึ่งกระแสไหลวนจะไหลออกไปจากศูนย์กลางของแผ่นดิสก์ในแนวรัศมี ทำให้เกิดแรงบิดที่ผลักด้านหน้าของแผ่นดิสก์ไปทางด้านขวา เมื่อขั้วไฟฟ้ากระแสสลับกลับด้าน กระแสไหลวนในแผ่นดิสก์และทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็กจากขดลวดกระแสจะเปลี่ยนไปทั้งคู่ แต่ทิศทางของแรงบิดยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

ดังนั้น แรงบิดจึงเป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าสายทันทีคูณด้วยกระแสโหลดทันที โดยจะปรับแก้ค่าตัวประกอบกำลังโดยอัตโนมัติ จานหมุนถูกเบรกด้วยแม่เหล็กถาวรเพื่อให้ความเร็วเป็นสัดส่วนกับแรงบิด และจานหมุนจะรวมกำลังไฟฟ้าจริงทางกลไก หน้าปัดกลไกบนมิเตอร์จะอ่านค่าการหมุนของจานหมุนและพลังงานสุทธิทั้งหมดที่ส่งไปยังโหลด (หากโหลดจ่ายไฟให้กับโครงข่ายไฟฟ้า จานหมุนจะหมุนย้อนกลับเว้นแต่จะถูกป้องกันด้วยกลไกเฟือง ทำให้ สามารถ วัดพลังงานสุทธิได้)

ในมิเตอร์วัดพลังงานไฟฟ้าแบบแยกเฟส ขด ลวดแรงดันจะเชื่อมต่อระหว่างขั้ว "ร้อน" (สายไฟ) สองขั้ว (240 V ในอเมริกาเหนือ ) และขดลวดกระแสแยกกันสองขดจะเชื่อมต่อระหว่างขั้วสายไฟและขั้วโหลดที่เกี่ยวข้อง ไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับสายกลางของระบบเพื่อจัดการกับโหลดแบบผสมระหว่างสายไฟกับสายกลางและสายไฟกับสายไฟได้อย่างถูกต้อง โหลดแบบสายไฟกับสายไฟจะดึงกระแสเท่ากันผ่านขดลวดกระแสทั้งสอง และทำให้มิเตอร์หมุนเร็วขึ้นเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับโหลดแบบสายไฟกับสายกลางที่ดึงกระแสเท่ากันผ่านขดลวดกระแสเพียงขดเดียว ซึ่งจะแสดงค่ากำลังไฟฟ้าที่ดึงโดยโหลดแบบสายไฟกับสายไฟเป็นสองเท่าของโหลดแบบสายไฟกับสายกลางอย่างถูกต้อง

รูปแบบอื่นๆ ของการออกแบบเดียวกันนี้ยังใช้สำหรับไฟฟ้าหลายเฟส (เช่น ไฟฟ้า สามเฟส ) ด้วย

มอเตอร์ตั้งเวลาแบบซิงโครนัสความเร็วต่ำ

มอเตอร์ซิงโครนัสแรงบิดต่ำที่มีแม่เหล็กทรงกระบอกกลวงหลายขั้ว (ขั้วภายใน) ล้อมรอบโครงสร้างสเตเตอร์นั้นเป็นตัวอย่างที่ดี มีถ้วยอะลูมิเนียมรองรับแม่เหล็ก สเตเตอร์มีขดลวดหนึ่งขด วางตัวอยู่ในแนวเดียวกับเพลา ที่ปลายแต่ละด้านของขดลวดจะมีแผ่นวงกลมคู่หนึ่งที่มีฟันสี่เหลี่ยมผืนผ้าอยู่บนขอบ ซึ่งทำขึ้นให้ขนานกับเพลา นี่คือขั้วสเตเตอร์ แผ่นวงกลมแผ่นหนึ่งกระจายฟลักซ์ของขดลวดโดยตรง ในขณะที่อีกแผ่นหนึ่งรับฟลักซ์ที่ผ่านขดลวดบังแสงร่วม ขั้วค่อนข้างแคบ และระหว่างขั้วที่นำมาจากปลายด้านหนึ่งของขดลวดจะมีชุดขั้วที่เหมือนกันนำมาจากปลายอีกด้านหนึ่ง โดยรวมแล้ว สิ่งนี้สร้างลำดับซ้ำของขั้วสี่ขั้ว สลับกับขั้วที่บังแสง ซึ่งสร้างสนามเคลื่อนที่ตามแนวเส้นรอบวงที่ขั้วแม่เหล็กของโรเตอร์จะซิงโครไนซ์อย่างรวดเร็ว มอเตอร์สเต็ปปิ้งบางชนิดมีโครงสร้างที่คล้ายกัน

  • Silvanus Phillips Thompson: Polyphase electric currents and alternate current motors
  • Univ.Prof. Dr.Ing. Martin Doppelbauer: The invention of the electric motor, Karlsruhe Institute of Technology – KIT
  • Galileo Ferraris – "Father of three-phase current" – Electrotechnical Congress, Frankfurt 1891, Who Invented the Polyphase Electric Motor?
  • The short film AC MOTORS AND GENERATORS (1961) is available for free viewing and download at the Internet Archive.
  • The short film AC MOTORS (1969) is available for free viewing and download at the Internet Archive.

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ไม่มีชื่อบทความ

มอเตอร์ ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) คือ มอเตอร์ไฟฟ้า ที่ขับเคลื่อนด้วย กระแสสลับ (AC) โดยทั่วไปมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับประกอบด้วยส่วนประกอบพื้นฐานสองส่วน คือ สเตเตอร์ ภายนอก...

หลักการทำงาน

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) มีสองประเภทหลัก ได้แก่ มอเตอร์เหนี่ยวนำและมอเตอร์ซิงโครนัส มอเตอร์ เหนี่ยวนำ (หรือมอเตอร์อะซิงโครนัส) อาศัยความแตกต่างเล็กน้อยของความเร็วระหว่างสนามแม่เหล็กหมุนของสเตเตอร์และความเร็วของเพลาโรเตอร์ที่เรียกว่า สลิป เพื่อ เหนี่ยวนำ...

ประวัติศาสตร์

เทคโนโลยี กระแสสลับ มีรากฐานมาจาก การค้นพบของ ไมเคิล ฟาราเดย์ และ โจเซฟ เฮนรี ในปี ค.ศ.

ลื่น

หากโรเตอร์ของมอเตอร์แบบกรงกระรอกหมุนด้วยความเร็วซิงโครนัสที่แท้จริง ฟลักซ์ในโรเตอร์ ณ ตำแหน่งใดๆ บนโรเตอร์จะไม่เปลี่ยนแปลง และจะไม่มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในกรงกระรอก ด้วยเหตุนี้ มอเตอร์แบบกรงกระรอกทั่วไปจึงหมุนด้วยความเร็วต่ำกว่าความเร็วซิงโครนัสประมาณหลายสิบ...