Torque Analysis of Shaded Pole Induction Motors Considering Space Harmonics Effect

Abstract

Shaded pole induction motors (SPIM) are often preferred in small power applications because of their ability to operate from single phase system without any control, simple construction, easy production and low-cost features. These motors are easy to manufacture but the most difficult to analyze mathematically. In this study, motor
inductance behavior is deduced to calculate working magnitudes. Inductance values are expressed in terms of rotor
position so that they can be used in current and torque calculatio  . By theoretical analysis of the motor, the voltage
and torque equations are derived in detail for the steady-state condition. Then the torque behavior of the motor
according to the slip is obtained.

Keywords

• Shaded pole induction motor
• space harmonics
• self inductance
• torque equation

Gölge Kutuplu Asenkron Motorların Uzay Harmoniklerini İçeren Tork Analizi

Abstract

Gölge kutuplu asenkron motorlar (GKAM) herhangi bir kontrolöre gerek duymadan bir fazlı kaynaktan çalışabilmeleri, basit yapıları, kolay üretim ve düşük maliyet özellikleri nedeniyle endüstride özellikle küçük güç uygulamalarında sıklıkla tercih edilmektedirler. Bu motorlar üretimi kolay fakat matematiksel analizi en zor olan elektrik makinalarıdır. Bu çalışmada, çalışma büyüklüklerinin hesaplanması amacıyla motorun endüktans davranışı çıkartılmıştır. Endüktans değerlerinin akım ve moment hesaplamalarında kullanılabilmesi için rotor konumuna bağlı olarak ifade edilmiştir. Motorun teorik analizi yapılarak, gerilim ve moment denklemleri sürekli hal durumu için detaylı olarak çıkarılmıştır. Daha sonra kaymaya göre motorun tork davranışı elde edilmiştir.

Keywords

• Gölge kutuplu senkron motor
• uzay harmoniği
• özendüktans
• tork denklemi

References

1. [1] Dalcalı, A., Akbaba, M., “Comparison of the performance of bridge and bridgeless shaded pole induction motors using FEM”, International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 54(3), 341-350, 2017.
2. [2] Ojaghi, M., Daliri, S., “Analytic Model for Performance Study and Computer-Aided Design of Single-Phase Shaded-Pole Induction Motors”, IEEE Transactions on Energy Conversion, 32(2), 649-657, 2017.
3. [3] Zhou, D., Rajanathan, C. B., Sapeluk, A. T., "Finite-Element-Aided Design Optimization of a Shaded-Pole Induction Motor for Maximum Starting Torque", IEEE Transactions On Magnetics, 36 (5): 3551–3554, 2000.
4. [4] Sarac, V., Cvetkovski, G., "Different motor models based on parameter variation using method of genetic algorithms", Przeglad Elektrotechnıczny, 3, 162–165, 2011.
5. [5] Dalcalı, A., Çetin, O., Ocak, C., Temurtaş, F., “Bir Elektromanyetik Fırlatıcı Bobininde Mermiye Etkiyen Kuvvetin Çok Katmanlı Sinir Ağı ile Kestirimi”, 1(3), 1-10, 2018.
6. [6] Akcayol, M. A., "Anahtarlamalı relüktans motorun endüktans değı̇şı̇mı̇nı̇n sı̇nı̇rsel-bulanık modellenmesı̇", Politeknik Dergisi, 5(4), 287–292, 2002.
7. [7] Dalcalı, A., Akbaba, M., “Analysis of Space Harmonics in Shaded Pole Induction Motor by Discrete Hartley Transform”, Proceedings of Researchfora International Conference, Tallinn, Estonia, 2017.
8. [8] Akbaba, M., “Modeling of the Saturated Leakage Reactance of Induction Motors as a Time Varying Parameter for Transient Computations”, Electric Machines and Power Systems, 20(5), 539-548, 1992.

9. [9] Temurtas, H., Temurtas, F., “An application of neural networks for harmonic coefficientsand relative phase shifts detection”, Expert Systems with Applications, 38, 3446-3450, 2011.
10. [10] Akbaba, M., Fakhro, S. Q., "Field Distribution and Iron Loss Computation in Reluctance Augmented Shaded-Pole Motors Using Finite Element Method", IEEE Transactions on Energy Conversion, 7(2), 302–307, 1992.
11. [11] Akbaba, M., Fakhro, S. Q., "An Improved Computational Technique of the Inductance Parameters of the Reluctance Augmented Shaded-pole Motors Using Finite Element Method", IEEE Transactions on Energy Conversion, 7(2), 308–314, 1992.
12. [12] Dalcalı, A., “Gölge kutuplu asenkron motorların yeni bir matematiksel modeli ve uzay harmonikli eşdeğer devresi”, Doktora Tezi, Karabük Üniversitesi, Karabük, 2017.