単相非同期機

この例では、Capacitor-Start 操作モードおよび Capacitor-Start-Run 操作モードでの単相非同期モーターの動作を示します。

H. Ouquelle and Louis-A.Dessaint (Ecole de technologie superieure, Montreal)

説明

このモデルでは、2 つの単相非同期モーターをそれぞれ Capacitor-Start モードと Capacitor-Start-Run モードで使用し、トルク、トルク脈動、効率、力率などの性能特性を比較します。これらの 2 つのモーターの定格値は 1/4 HP、110 V、60 Hz、1800 rpm で、110V 単相電力が供給されます。固定子巻線 (メインおよび補助) とかご形回転子は、同じものを使用します。

Motor 1 のモーターは、Capacitor-Start モードで動作します。補助巻線は、255 uF 始動コンデンサと直列に配置され、モーターの速度が定格回転数の 75% に達すると、接続が切断されます。この始動コンデンサを使用すると、始動トルクが高くなります。

Motor 2 のモーターは、Capacitor-Start-Run モードで動作します。この動作モードでは、次の 2 つのコンデンサを使用します。実行コンデンサおよび始動コンデンサ。始動期間中、補助巻線は 255 uF コンデンサに直列で接続されますが、切断速度に達しても、補助巻き線は 21.1 uF 実行コンデンサに直列で接続されたままです。このコンデンサの値は、トルク脈動を緩和するために最適化されます。モーターは高力率で効率的に動作します。

この 2 つのモーターは、最初は負荷がない状態で、t=0 秒で始動します。次に、t=2 秒で、モーターが定常状態になると、1 N.m トルク (定格トルク) が突然シャフトに加わります。

シミュレーション

シミュレーションを開始します。Scope ブロックは、Capacitor-Start モーター (黄色のトレース) および Capacitor-Run モーター (マゼンタのトレース) について次の信号を表示します: 全電流 (メイン + 補助巻線)、メイン巻線電流、補助巻線電流、コンデンサ電圧、回転子速度、および電磁トルク。モーター 1 およびモーター 2 の機械動力、力率、および効率が Signal Processing サブシステム内で計算され、3 つの Display ブロックで表示されます。

始動期間中、切断スイッチが閉じている間は (t=0 ～ t=0.48 s)、すべての波形が同じです。スイッチが開くと、以下で説明するように、違いを確認できます。

1.Capacitor-Start:

回転子が 120 Hz の機械的振動を生成し、モーターの効率が低下する原因になる 120 Hz のトルク脈動を確認できます。ピーク間トルクリップルは、モーターが無負荷で動作している場合、3 N (定格負荷の 300%) です。補助巻線のスイッチがオフの場合、始動コンデンサはピーク電圧で充電されます。

2. Capacitor-Start-Run:

トルク脈動が大幅に減少します。実行コンデンサの値が最適化され、全負荷時のトルク脈動が最小限に抑えられます。トルク脈動の大きさは無負荷時にピーク間で 2 N.m (定格トルクの 200%) で、全負荷時にはピーク間でわずか 0.04 N.m (定格トルクの 4%) です。全負荷時の力率と効率 (それぞれ 90% と 75%) は Capacitor-Start モーター (それぞれ 61% と 74%) よりも高くなります。