เหตุใดเราจึงควรเลือกใช้โรเตอร์ร่องลึกสำหรับมอเตอร์อะซิงโครนัสแบบกรงกระรอก?

ด้วยการแพร่หลายของแหล่งจ่ายไฟแบบปรับความถี่ได้ ปัญหาการสตาร์ทมอเตอร์จึงแก้ไขได้ง่ายขึ้น แต่สำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบธรรมดา ปัญหาการสตาร์ทมอเตอร์นั้น...โรเตอร์กรงกระรอกมอเตอร์อะซิงโครนัสเป็นปัญหามาโดยตลอด จากการวิเคราะห์ประสิทธิภาพการสตาร์ทและการทำงานของมอเตอร์อะซิงโครนัส จะเห็นได้ว่า เพื่อเพิ่มแรงบิดเริ่มต้นและลดกระแสไฟฟ้าขณะสตาร์ท จำเป็นต้องเพิ่มความต้านทานของโรเตอร์ ในขณะที่เมื่อมอเตอร์ทำงาน เพื่อลดการสูญเสียทองแดงในโรเตอร์และปรับปรุงประสิทธิภาพของมอเตอร์ จำเป็นต้องลดความต้านทานของโรเตอร์ลง ซึ่งเห็นได้ชัดว่าเป็นความขัดแย้งกัน
สำหรับมอเตอร์แบบโรเตอร์พันขดลวด เนื่องจากสามารถต่อตัวต้านทานแบบอนุกรมได้ในระหว่างการสตาร์ทและถอดออกได้ในระหว่างการทำงาน จึงทำให้ตรงตามข้อกำหนดนี้ได้เป็นอย่างดี อย่างไรก็ตาม มอเตอร์อะซิงโครนัสแบบโรเตอร์พันขดลวดมีโครงสร้างที่ซับซ้อน ต้นทุนสูง และการบำรุงรักษาที่ยุ่งยาก ซึ่งจำกัดการใช้งานในระดับหนึ่ง นี่จึงเป็นแรงผลักดันให้ผู้คนเริ่มคิดค้นรูปทรงร่องโรเตอร์แบบกรงกระรอกขึ้นมามอเตอร์อะซิงโครนัสและพยายามใช้ "ปรากฏการณ์ผิว" เพื่อให้ได้ความต้านทานเริ่มต้นสูงและความต้านทานต่ำในระหว่างการทำงาน มอเตอร์แบบโรเตอร์ร่องลึกและแบบกรงกระรอกคู่มีประสิทธิภาพการเริ่มต้นแบบนี้ วันนี้เราจะมาพูดถึงมอเตอร์แบบโรเตอร์ร่องลึกกัน

มอเตอร์อะซิงโครนัสแบบร่องลึก

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของปรากฏการณ์สกินเอฟเฟกต์ รูปทรงของร่องในโรเตอร์มอเตอร์อะซิงโครนัสแบบร่องลึกจึงมีลักษณะลึกและแคบ โดยอัตราส่วนของความลึกของร่องต่อความกว้างของร่องอยู่ในช่วง 10-12 เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแท่งโรเตอร์ ฟลักซ์รั่วไหลที่เชื่อมโยงกับด้านล่างของแท่งจะมีค่ามากกว่าฟลักซ์รั่วไหลที่เชื่อมโยงกับช่องเปิดของร่องมาก ดังนั้น หากพิจารณาแท่งโรเตอร์เป็นตัวนำขนาดเล็กจำนวนมากที่แบ่งตามความสูงของร่องและต่อขนานกัน ตัวนำขนาดเล็กที่อยู่ใกล้ด้านล่างของร่องจะมีค่ารีแอกแทนซ์รั่วไหลมากกว่า และยิ่งอยู่ใกล้ช่องเปิดของร่อง ค่ารีแอกแทนซ์รั่วไหลก็จะยิ่งน้อยลง
ในตอนเริ่มต้น เนื่องจากความถี่กระแสของโรเตอร์สูงและค่าความต้านทานการรั่วไหลมีขนาดใหญ่ การกระจายกระแสในตัวนำขนาดเล็กแต่ละตัวจะขึ้นอยู่กับค่าความต้านทานการรั่วไหล ยิ่งค่าความต้านทานการรั่วไหลมากเท่าใด กระแสรั่วไหลก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ด้วยวิธีนี้ ภายใต้การกระทำของศักย์ไฟฟ้าเดียวกันที่เหนี่ยวนำโดยฟลักซ์แม่เหล็กหลักของช่องว่างอากาศ ความหนาแน่นของกระแสใกล้กับด้านล่างของร่องในแท่งโลหะจะมีค่าน้อยมาก และยิ่งใกล้กับปากร่องมากเท่าใด ความหนาแน่นของกระแสก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
เนื่องจากปรากฏการณ์สกินเอฟเฟกต์ กระแสไฟฟ้าส่วนใหญ่ถูกบีบไปที่ส่วนบนของแท่งตัวนำ ทำให้บทบาทของแท่งตัวนำที่ด้านล่างของร่องมีน้อยมาก ซึ่งเทียบเท่ากับการลดความสูงและพื้นที่หน้าตัดของแท่งตัวนำ ส่งผลให้ความต้านทานของโรเตอร์เพิ่มขึ้น และตรงตามข้อกำหนดของความต้านทานสูงในขณะสตาร์ท เมื่อมอเตอร์สตาร์ทและทำงานได้ตามปกติ เนื่องจากความถี่ของกระแสโรเตอร์ต่ำ ความต้านทานการรั่วไหลของขดลวดโรเตอร์จึงน้อยกว่าความต้านทานของโรเตอร์มาก ดังนั้นการกระจายกระแสในตัวนำขนาดเล็กดังกล่าวจึงถูกกำหนดโดยความต้านทานเป็นหลัก

เนื่องจากความต้านทานของตัวนำขนาดเล็กแต่ละตัวเท่ากัน กระแสในแท่งตัวนำจึงกระจายอย่างสม่ำเสมอ ทำให้ปรากฏการณ์สกินเอฟเฟกต์หายไปโดยพื้นฐาน และความต้านทานของแท่งตัวนำโรเตอร์จะลดลงอีกครั้ง ใกล้เคียงกับความต้านทานกระแสตรง จะเห็นได้ว่าการทำงานปกติของความต้านทานโรเตอร์จะลดลงโดยอัตโนมัติ ซึ่งส่งผลให้ลดการสูญเสียทองแดงและเพิ่มประสิทธิภาพได้
ผลกระทบต่อผิวหนังคืออะไร?

ปรากฏการณ์ผิว (Skin effect) เรียกอีกอย่างว่าปรากฏการณ์ผิว เมื่อกระแสสลับไหลผ่านตัวนำ กระแสจะไปรวมตัวกันที่ผิวของตัวนำ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์ผิว เมื่อกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำที่มีอิเล็กตรอนความถี่สูง อิเล็กตรอนเหล่านั้นจะไปรวมตัวกันที่ผิวของตัวนำทั้งหมดแทนที่จะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นที่หน้าตัดของตัวนำทั้งหมด

ปรากฏการณ์สกินเอฟเฟกต์ไม่เพียงแต่ส่งผลต่อความต้านทานของโรเตอร์เท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อรีแอกแตนซ์การรั่วไหลของโรเตอร์ด้วย จากเส้นทางของฟลักซ์การรั่วไหลในร่อง จะเห็นได้ว่ากระแสที่ไหลผ่านตัวนำขนาดเล็กจะสร้างฟลักซ์การรั่วไหลจากตัวนำขนาดเล็กไปยังร่องเท่านั้น แต่จะไม่สร้างฟลักซ์จากตัวนำขนาดเล็กไปยังก้นร่อง เนื่องจากส่วนหลังไม่มีการเชื่อมโยงกับกระแส ในลักษณะนี้ สำหรับกระแสที่เท่ากัน ยิ่งใกล้ก้นร่องมากเท่าไหร่ ฟลักซ์การรั่วไหลก็จะยิ่งมากขึ้น และยิ่งใกล้ร่องมากเท่าไหร่ ฟลักซ์การรั่วไหลก็จะยิ่งน้อยลง จะเห็นได้ว่าเมื่อสกินเอฟเฟกต์บีบกระแสในตัวนำไปยังร่อง ฟลักซ์การรั่วไหลในร่องที่เกิดจากกระแสเดียวกันจะลดลง ดังนั้นรีแอกแตนซ์การรั่วไหลของร่องจึงลดลง ดังนั้น สกินเอฟเฟกต์จึงเพิ่มความต้านทานของโรเตอร์และลดรีแอกแตนซ์การรั่วไหลของโรเตอร์

ความแรงของปรากฏการณ์สกินเอฟเฟกต์ขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสไฟฟ้าในโรเตอร์และขนาดของร่อง ยิ่งความถี่สูงและร่องลึกมากเท่าใด สกินเอฟเฟกต์ก็จะยิ่งเด่นชัดมากขึ้นเท่านั้น สำหรับโรเตอร์ชนิดเดียวกัน หากความถี่ต่างกัน สกินเอฟเฟกต์ก็จะต่างกัน และพารามิเตอร์ของโรเตอร์ก็จะต่างกันด้วย ด้วยเหตุนี้ ความต้านทานของโรเตอร์และรีแอกแทนซ์รั่วไหลในระหว่างการทำงานปกติและการสตาร์ทจึงต้องแยกแยะให้ชัดเจนและไม่ควรสับสนกัน สำหรับความถี่เดียวกัน สกินเอฟเฟกต์ของโรเตอร์ร่องลึกจะแรงมาก แต่สกินเอฟเฟกต์ก็มีอิทธิพลต่อโรเตอร์กรงกระรอกโครงสร้างทั่วไปในระดับหนึ่งเช่นกัน ดังนั้น แม้แต่สำหรับโรเตอร์กรงกระรอกที่มีโครงสร้างทั่วไป พารามิเตอร์ของโรเตอร์ในระหว่างการสตาร์ทและการทำงานก็ควรคำนวณแยกกัน
ค่ารีแอกแทนซ์การรั่วไหลของโรเตอร์ของร่องลึกมอเตอร์อะซิงโครนัสเนื่องจากรูปทรงร่องลึกของโรเตอร์ ทำให้ค่าความต้านทานกระแสรั่วไหลลดลงจากปรากฏการณ์สกินเอฟเฟกต์ แต่ถึงแม้จะลดลงแล้ว ค่าความต้านทานกระแสรั่วไหลของโรเตอร์ก็ยังคงสูงกว่าโรเตอร์แบบกรงกระรอกทั่วไป ดังนั้น ค่าตัวประกอบกำลังและแรงบิดสูงสุดของมอเตอร์ร่องลึกจึงต่ำกว่ามอเตอร์แบบกรงกระรอกทั่วไปเล็กน้อย