Desain Motor Polifase

Motor AC

Mungkin manfaat paling penting dari daya AC polifase dibandingkan satu fasa adalah desain dan pengoperasian motor AC.

Seperti yang telah kita pelajari di bab pertama buku ini, beberapa jenis motor AC secara konstruksi hampir identik dengan alternator (generator), terdiri dari gulungan kawat stasioner dan rakitan magnet yang berputar. (Desain motor AC lainnya tidak sesederhana ini, tetapi kami akan menyerahkan detailnya pada pelajaran lain).

Pengoperasian motor AC searah jarum jam.

Jika magnet yang berputar mampu mengikuti frekuensi arus bolak-balik yang memberi energi pada belitan (kumparan) elektromagnet, ia akan terus ditarik searah jarum jam. (Gambar di atas)

Namun, searah jarum jam bukan satu-satunya arah yang valid untuk poros motor ini berputar. Itu bisa dengan mudah diberi daya berlawanan arah jarum jam dengan bentuk gelombang tegangan AC yang sama pada gambar di bawah.

Pengoperasian motor AC berlawanan arah jarum jam.

Memulai Motor AC

Perhatikan bahwa dengan urutan siklus polaritas yang sama (tegangan, arus, dan kutub magnet yang dihasilkan oleh kumparan), rotor magnet dapat berputar ke kedua arah.

Ini adalah sifat umum dari semua motor "induksi" dan "sinkron" AC fase tunggal:mereka tidak memiliki arah putaran yang normal atau "benar". Pertanyaan yang wajar harus muncul pada titik ini:bagaimana motor dapat memulai ke arah yang diinginkan jika dapat berjalan dengan baik?

Jawabannya adalah motor ini membutuhkan sedikit bantuan untuk memulai. Sekali dibantu untuk berputar ke arah tertentu. mereka akan terus berputar seperti itu selama daya AC dipertahankan ke belitan.

Dari mana "bantuan" itu berasal untuk motor AC satu fase untuk bergerak ke satu arah dapat bervariasi.

Biasanya, itu berasal dari satu set belitan tambahan yang diposisikan berbeda dari set utama dan diberi energi dengan tegangan AC yang tidak sefasa dengan daya utama. (Gambar di bawah)

Motor dua fase AC yang memulai searah.

Kumparan tambahan ini biasanya dihubungkan secara seri dengan kapasitor untuk memperkenalkan pergeseran fasa arus antara dua set belitan. (Gambar di bawah)

Pergeseran fase kapasitor menambahkan fase kedua.

Pergeseran fase tersebut menciptakan medan magnet dari kumparan 2a dan 2b yang sama-sama tidak selangkah dengan medan dari kumparan 1a dan 1b.

Hasilnya adalah seperangkat medan magnet dengan rotasi fase tertentu. Rotasi fase inilah yang menarik magnet yang berputar ke arah yang pasti.

Memulai Motor AC Polifase

Motor AC polifase tidak memerlukan tipu daya untuk berputar ke arah yang pasti. Karena bentuk gelombang tegangan suplainya sudah memiliki urutan putaran yang pasti, demikian pula medan magnet masing-masing yang dihasilkan oleh belitan stasioner motor.

Faktanya, kombinasi dari ketiga rangkaian belitan fase yang bekerja bersama menciptakan apa yang sering disebut medan magnet berputar . Konsep medan magnet berputar inilah yang mengilhami Nikola Tesla untuk merancang sistem kelistrikan polifase pertama di dunia (hanya untuk membuat motor yang lebih sederhana dan lebih efisien).

Keuntungan arus dan keamanan saluran dari daya polifase dibandingkan daya satu fasa ditemukan kemudian.

Analogi Lampu Senar Linier

Apa yang bisa menjadi konsep yang membingungkan menjadi lebih jelas melalui analogi.

Pernahkah Anda melihat deretan bola lampu yang berkedip-kedip seperti yang digunakan dalam dekorasi Natal? Beberapa senar tampak “bergerak” dalam arah tertentu saat bohlam menyala dan menggelap secara bergantian secara berurutan. Senar lain hanya berkedip dan mati tanpa gerakan yang jelas. Apa perbedaan antara kedua jenis senar bohlam?

Jawaban:pergeseran fasa!

Periksa rangkaian lampu di mana setiap bola lampu menyala pada waktu tertentu seperti pada (Gambar di bawah)

Urutan fase 1-2-1-2:lampu tampak bergerak.

Ketika semua bohlam “1” menyala, bohlam “2” menjadi gelap, dan sebaliknya. Dengan urutan kedipan ini, tidak ada "gerakan" yang pasti pada lampu bohlam.

Mata Anda bisa mengikuti “gerakan” dari kiri ke kanan semudah dari kanan ke kiri. Secara teknis, urutan kedipan bohlam “1” dan “2” tidak sefase 180° (berlawanan persis satu sama lain).

Ini analog dengan motor AC satu fase, yang dapat berjalan dengan mudah di kedua arah, tetapi tidak dapat memulai sendiri karena pergantian medan magnetnya tidak memiliki “rotasi” yang pasti.

Sekarang mari kita periksa rangkaian lampu di mana ada tiga set bola lampu yang harus diurutkan, bukan hanya dua, dan ketiga set ini sama-sama tidak sefase satu sama lain pada gambar di bawah ini.

Urutan fase:1-2-3:bohlam tampak bergerak dari kiri ke kanan.

Jika urutan pencahayaan adalah 1-2-3 (urutan ditunjukkan pada (Gambar di atas)), bola lampu akan tampak “bergerak” dari kiri ke kanan.

Analogi Lampu Senar Melingkar

Sekarang bayangkan rangkaian bohlam yang berkedip ini diatur menjadi lingkaran seperti pada gambar di bawah ini.

Pengaturan melingkar; bola lampu tampak berputar searah jarum jam.

Sekarang lampu pada gambar di atas tampak “bergerak” searah jarum jam karena mereka telah diatur mengelilingi lingkaran, bukan garis lurus.

Seharusnya tidak mengherankan bahwa tampilan gerakan akan terbalik jika urutan fase bohlam dibalik.

Pola berkedip akan tampak bergerak searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam tergantung pada urutan fase.

Hal ini analog dengan motor AC tiga fasa dengan tiga set belitan yang diberi energi oleh sumber tegangan dari tiga pergeseran fasa yang berbeda pada gambar di bawah.

Motor AC tiga fase:Urutan fase 1-2-3 memutar magnet searah jarum jam, 3-2-1 memutar magnet berlawanan arah jarum jam.

Dengan pergeseran fasa kurang dari 180 °, kami mendapatkan rotasi medan magnet yang sebenarnya. Dengan motor fase tunggal, medan magnet berputar yang diperlukan untuk memulai sendiri harus dibuat dengan cara pergeseran fase kapasitif. Dengan motor polifase, pergeseran fasa yang diperlukan sudah ada.

Selain itu, arah putaran poros untuk motor polifase sangat mudah dibalik:cukup tukar dua kabel "panas" ke motor, dan itu akan berjalan ke arah yang berlawanan!

TINJAUAN:

• Motor "induksi" dan "sinkron" AC bekerja dengan magnet yang berputar mengikuti medan magnet bolak-balik yang dihasilkan oleh gulungan kawat stasioner.
• Motor AC fase tunggal jenis ini memerlukan bantuan untuk mulai berputar ke arah tertentu.
• Dengan memperkenalkan pergeseran fasa kurang dari 180 ° ke medan magnet di motor seperti itu, arah rotasi poros yang pasti dapat ditentukan.
• Motor induksi satu fasa sering kali menggunakan belitan bantu yang dihubungkan seri dengan kapasitor untuk membuat pergeseran fasa yang diperlukan.
• Motor polifase tidak memerlukan tindakan seperti itu; arah rotasinya ditentukan oleh urutan fase tegangan yang dialiri dayanya.
• Menukar dua kabel "panas" pada motor AC polifase akan membalikkan urutan fasanya, sehingga membalikkan putaran porosnya.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Teori Motor AC
• Lembar Kerja Sistem Tenaga Polifase