Single Phase AC Motor vs Three Phase: Mga Pagkakaiba

Mga Pangunahing Pagkakaiba sa Disenyo at Suplay ng Kuryente

Paghahambing sa pagitan ng single-phase at three-phase na sistema sa disenyo ng motor

Ang mga single-phase motor ay gumagamit ng isang alternating current waveform, na nagreresulta sa mas simpleng konstruksyon na may isang stator winding lamang. Ang three-phase motor naman ay gumagamit ng tatlong overlapping AC waveforms na may layo na 120° sa bawat isa, na nangangailangan ng kumplikadong multi-coil stator na ayos. Pinapayagan ng disenyo na ito ang three-phase system na mapanatili ang pare-pareho ang paghahatid ng kuryente, samantalang ang single-phase motor ay may likas na torque pulsations habang gumagana.

Mga pagkakaiba sa suplay ng kuryente sa pagitan ng single phase at three phase motor

Karamihan sa mga single phase motor ay konektado sa karaniwang kuryente sa bahay sa 120 volts o 240 volts, at nangangailangan lamang ng dalawang wires na tinatawag nating live at neutral. Ang industriyal na three phase motor ay gumagana naman ng naiiba. Ito ay nangangailangan ng mas matinding pinagkukunan ng kuryente mula 208 hanggang 480 volts, karaniwang konektado sa pamamagitan ng tatlong live wires at minsan ay may neutral wire din. Ang paraan ng pagbalanse ng tatlong phase na ito ay nagpapatakbo ng mas maayos sa lahat. Dahil sa balanseng pagbabahagi ng karga, ang mga elektrisista ay makakagamit pala ng mas maliit na sukat ng wires sa three phase na instalasyon kumpara sa kung ano ang kinakailangan sa single phase na setup, na kadalasang nakakabawas ng gastos sa materyales ng halos isang-kapat.

Voltage at wiring configurations sa single at three phase motors

Nakakaapekto ang pagkakaiba sa wiring sa gastos ng instalasyon—ang industriyal na three-phase setup ay nangangailangan ng 40% higit pang materyales pero nagbibigay ng 173% higit na tuloy-tuloy na kapasidad ng kuryente.

Pagbuo ng umiikot na magnetic field sa tatlong phase motor sa pamamagitan ng 120° phase shift

Tatlong-fase AC Motors nagbubuo nang natural ng umiikot na magnetic field sa pamamagitan ng kanilang phase-displaced windings. Ang 120° elektrikal na phase separation ay nagdudulot ng sunud-sunod na stator pole activation, lumilikha ng maayos na rotational force nang walang tulong mula sa labas. Dahil sa likas na field rotation na ito, ang tatlong phase motor ay kayang makamit ang hanggang 98% operational efficiency sa mga industrial drives.

Pagbuo ng umiikot na magnetic field sa single phase motor gamit ang capacitor

Ang single-phase motor ay nangangailangan ng capacitor-assisted startup circuit upang mabuo ang artipisyal na phase splitting. Ang 300–500µF capacitor ay nagpapalit ng current sa auxiliary windings ng 90°, lumilikha ng paunang torque. Ang pamamaraang ito ay nagdaragdag ng energy losses ng 15–20% kumpara sa tatlong phase system ngunit nananatiling cost-effective para sa mga low-power application na nasa ilalim ng 5 HP.

Mga Starting Mechanism at Sariling Kakayahan sa Pag-Start

Bakit Tatlong Phase AC Motor ang Sariling Nakakapagsimula at Kailangan ng Tulong ang Single Phase

Ang three-phase AC motors ay natural na gumagawa ng rotating magnetic field dahil gumagana ito sa tatlong magkakaibang alternating currents na bawat isa ay hiwalay ng halos 120 degrees. Dahil sa simetriko nilang pagkakaayos, mayroon agad silang torque mula sa umpisa, kaya naman kayang simulan ang pagtatakbo nang mag-isa nang hindi nangangailangan ng dagdag tulong. Ang single-phase motors naman ay iba ang sitwasyon. Ito ay mayroon lamang isang alternating current na dumadaan, kaya naman sa halip na rotating, ay isang pulsing magnetic field ang nalilikha. At alin kaya ang ibig sabihin nito? Wala itong starting torque. Kaya naman kailangang magdagdag ng mga bahagi tulad ng capacitors o mga shaded pole arrangements para lamang magsimula itong umikot.

Papel ng Capacitors sa Pagbibigay ng Startup Torque para sa Single-Phase Motors

Ang paraan kung paano hinaharap ng mga capacitor ang problema ng pagpapatakbo ng single phase motors ay talagang matalino. Kung tutuusin, ginagawa nila ang tinatawag nating artipisyal na phase shift sa iba't ibang bahagi ng winding setup. Kapag pumasok ang isang start capacitor, naglilikha ito ng halos 90 degree na phase difference na nagdaraya sa motor na akalaing may dalawang phase kesa isa, na tumutulong upang makagawa ng kinakailangang rotation. Maraming sistema ang tumitigil sa paggamit ng mga capacitor na ito kapag umabot na ang motor sa halos tatlong-kapat ng maximum na bilis dahil sa mga maliit na centrifugal switch sa loob. Ayon sa ilang pananaliksik sa mga nakaraang taon, maaaring palakihin ng paraang ito ang starting torque mula doble hanggang triple ng normal na lebel. Iyon ang dahilan kung bakit makikita natin ang teknolohiyang ito sa maraming pang-araw-araw na appliances tulad ng ref at air compressor kung saan kailangan ng mabilis na paggalaw kahit na may bigat na nakakabit kaagad.

Comparative Starting Torque sa Single-Phase at Three Phase Systems

Mahalagang Insight : Ang mga sistema ng three-phase ay nagbibigay ng 30–60% mas mataas na torque kapag nakakandado ang rotor, na nagpapabawas ng pagkapagod ng makina habang nagsisimula. Ginagawa nitong mainam para sa mabibigat na industriyal na karga, samantalang ang mga single-phase system na may capacitor ay pinapalitan ang kahusayan para sa mas maliit na sukat sa mga magagaan na sitwasyon.

Kahusayan, Pagganap, at Kakinisan sa Paggana

Kahusayan sa Enerhiya at Mga Pagkawala sa Copper sa Single Phase kumpara sa Three Phase na Motor ng AC

Ang tatlong-phase na AC motors ay karaniwang mas matipid ng 8 hanggang 15 porsiyento sa paggamit ng enerhiya kumpara sa kanilang single-phase na katumbas. Ito ay dahil sa parehong pagkakahati ng kuryente sa tatlong winding kaysa sa pagtuon nito sa isang lugar lamang. Ayon sa isang pag-aaral na nailathala sa Journal ng Electrical Engineering noong nakaraang taon, ang ganitong balanseng paraan ay maaaring bawasan ang copper losses ng hanggang 30 porsiyento. Sa kabilang banda, may problema ang single-phase motors sa kanilang magnetic fields dahil sa pagkakaroon lamang ng isang winding na gumagawa ng lahat ng trabaho. Dahil sa patuloy nilang pagpapatakbo, mas maraming enerhiya ang nawawala sa pamamagitan ng resistance kaysa sa nais. Ang mga tagagawa ay kasalukuyang nagsisikap na mapabuti ang disenyo ng tatlong-phase motors upang mas maayos ang pagkakaayos ng mga conductor sa loob nito. Ang mga pagpapabuti na ito ay nakatutulong upang bawasan ang pagkawala ng enerhiya, lalo na kapag ang motor ay tumatakbo sa pinakamataas na kapasidad nito sa mahabang panahon.

Ingay, Pag-uga, at Pagtanggap ng Dami

Ang 120° phase separation sa tatlong-phase system ay naglilikha ng mas makinis na rotating magnetic field, na nagpapababa ng vibration amplitudes ng 40–60% kumpara sa single-phase motors. Ang balanseng ito ay nagpapahintulot sa tatlong-phase unit na dalhin ang mabibigat na industriyal na karga nang walang resonance na isyu, samantalang ang single-phase model ay nangangailangan ng shock-absorbing mounts para sa high-vibration application tulad ng mga compressor.

Sukat, Power Rating, at Katatagan ng Patuloy na Operasyon

Nagbibigay ang tatlong-phase AC motor ng 2–3× mas mataas na power density kada unit ng bigat, na nagiging angkop para sa maliit na makina at operasyon na 24/7. Ang single-phase motor ay nangingibabaw sa mga aplikasyon na nasa ilalim ng 5 HP dahil sa mas simple na winding configuration ngunit nagpapakita ng 12–18% mas mataas na pagtaas ng temperatura sa panahon ng matagalang paggamit, na naglilimita sa kanilang duty cycle sa mga komersyal na kapaligiran.

Mga Aplikasyon sa Residential at Industriyal na Kapaligiran

Typical Use Cases para sa Single-Phase AC Motor sa Mga Gamit sa Bahay

Ang single phase AC motor ay nasa likod ng maraming gamit sa bahay na ginagamit natin araw-araw. Kunin ang mga refriigerator halimbawa, ito ay karaniwang gumagana gamit ang mas mababa sa 50 watts ng kuryente. Ang mga washing machine naman ay nangangailangan ng lakas na nasa pagitan ng 300 hanggang 500 watts, samantalang ang mga aircon ay maaaring umaabot mula 1,000 hanggang 3,000 watts depende sa laki. Ang mga motor na ito ay mainam sa mga tahanan dahil maaaring isaksak sa karaniwang outlet (alinman sa 120 volts o 240 volts) at hindi naman ito napakalaki para sa karamihan ng espasyo. Mainam din ang mga ito para sa mga gamit na hindi palagi pinapagana, at kayang-kaya pang umandar ng hanggang limang horsepower nang walang problema. Ang ceiling fans naman ay marahil ang pinakamagandang halimbawa kung gaano kahina ang ingay na nalilikha ng mga motor na ito. Karamihan sa mga modelo ay umaabot nang mga 70 watts habang umiikot ang mga blades para maglipat ng hangin sa mga silid na may sukat na humigit-kumulang 200 square feet.

Nangingibabaw ang Three Phase AC Motor sa Makinarya sa Industriya

Tungkol sa 86 porsiyento ng lahat ng makinarya sa industriya ay gumagana sa pamamagitan ng tatlong-phase na AC motor dahil ang mga motor na ito ay kayang magproseso ng malaking workload simula sa halos 10 horsepower at mapanatili ang kahusayan na hanggang 97%. Ang mga motor na ito ay nasa likod ng lahat ng gumagana mula sa mga conveyor belt na inilipat ang dalawang toneladang karga sa sahig ng pabrika hanggang sa mga malaking 50 horsepower na compressor na matatagpuan sa mga komersyal na sistema ng HVAC. Kahit ang mga makina ng CNC na nangangailangan ng tumpak ay umaasa sa kanila para sa matatag na torque habang isinasagawa ang operasyon ng machining. Ang dahilan kung bakit ang mga motor na ito ay mahalaga ay kung paano nila isinasaayos ang kapangyarihan ng pantay-pantay sa buong kanilang operasyon. Ang balanseng paraan na ito ay binabawasan ang pagkawala ng tanso habang tumatakbo nang patuloy sa karaniwang 480 volt na antas, na nangangahulugan ng mas mababang gastos sa pagpapatakbo sa paglipas ng panahon para sa mga tagagawa na umaasa sa matibay na pagganap ng motor araw-araw.

Pagpili ng Tamang Motor Ayon sa Setting at Mga Kinakailangan sa Karga

Ang mga residential installation ay nagpapabor sa single-phase motor para sa madaling pagkonekta at paggamit, samantalang ang mga pabrika ay umaasa sa three-phase system para sa 24/7 metal stamping presses (500A) at mga water pump na nakakagalaw ng higit sa 1,000 gallons per minute. Ang mga pasilidad na gumagamit ng three-phase motor ay nakakatipid ng average na $18,000 taun-taon sa gastos sa kuryente kumpara sa mga single-phase alternative.

Gastos, Pagpapanatili, at Pangmatagalang Tiyak ng Paggana

Paunang Gastos at Pangangailangan sa Pagpapanatili ng Single-Phase at Three-Phase Motors

Ang mga single phase motor ay karaniwang nagkakaroon ng halos 30 hanggang 40 porsiyentong mas murang presyo kumpara sa mga three phase motor nang diretsahan sa pagbili, kaya naman ito ay popular para sa mga gamit sa bahay na hindi nangangailangan ng maraming lakas, halimbawa ay anumang kuryente na nasa ilalim ng 2 horsepower. Ngunit may kondisyon dito. Ang mga motor na ito ay lubos na umaasa sa mga starting capacitor, at ibig sabihin nito ay mas maraming pagod sa hinaharap. Karamihan sa mga may-ari ng bahay ay nagsasagawa ng pagpapalit sa mga bahaging ito sa pagitan ng ikatlo hanggang ikalimang taon, at nagagastos kadalasan mula sa limampung dolyar hanggang sa isang daan at dalawampung dolyar bawat pagkakataon. Ang mga three phase motor ay ganap na nakakawala sa buong problema ng capacitor. Ang mga pag-aaral na tumitingin kung gaano kahusay ang iba't ibang uri ng motor ay nagpapakita na sa loob ng sampung taon, ang mga taong pumipili ng three phase system ay nagpapalitan ng mga bahagi nang halos 60 porsiyento nang mas di-pakadalas.

Paghahambing sa Matagalang Gastos sa Operasyon at Katiyakan

Ang Three phase AC motors ay talagang nakakatipid ng humigit-kumulang 15 hanggang 25 porsiyento sa kuryente habang patuloy na gumagana, na nangangahulugan na ang karagdagang pera na iniluluto sa una ay karaniwang babalik sa loob ng dalawa hanggang tatlong taon kapag ang mga motor na ito ay patuloy na gumagana. Ang paraan kung paano nila inililipat ang kuryente ay mas balanse, kaya't mas kaunting pag-iling ang nagiging sanhi ng pagkasira sa paglipas ng panahon. Dahil dito, mas matagal din silang tumagal, humigit-kumulang 25 libo hanggang 30 libong oras kumpara sa karaniwang 15 hanggang 20 libong oras na nakikita natin sa single phase units. Ang mga planta na talagang nangangailangan ng kanilang kagamitan na patuloy na gumagana ay nakakakita rin ng isa pang malaking bentahe dito. Ang mga pasilidad ay nag-uulat ng halos 40 porsiyentong mas kaunting hindi inaasahang pagkasira sa three phase systems habang inililipat ang mga materyales araw-araw. Ang ganitong uri ng pagiging maaasahan ay nagbubunga ng tunay na pagtitipid sa parehong oras at pera para sa mga manager ng planta na nakikitungo sa mga iskedyul ng produksyon.