전기 모터
Electric motor |
전기 모터는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전기 기계이다.대부분의 전기 모터는 모터의 자기장과 와이어 권선의 전류 사이의 상호작용을 통해 작동하여 모터 축에 가해지는 토크 형태의 힘을 생성합니다.전기 발전기는 기계적으로 전기 모터와 동일하지만 역방향의 전력 흐름으로 작동하여 기계 에너지를 전기에너지로 변환합니다.
전기 모터는 배터리 또는 정류기와 같은 직류(DC) 전원 또는 전력 그리드, 인버터 또는 전기 발전기와 같은 교류(AC) 전원으로 구동될 수 있습니다.
전기 모터는 전원 유형, 구조, 적용 및 동작 출력 유형과 같은 고려사항에 따라 분류할 수 있다.AC 또는 DC에 의해 전원이 공급되고 브러시 또는 브러시리스, 단상, 2상 또는 3상, 축류 또는 방사형 플럭스, 공랭식 또는 수냉식으로 공급될 수 있습니다.
표준화된 모터는 산업용에 편리한 기계 동력을 제공합니다.가장 큰 것은 출력 100메가와트를 초과하는 선박 추진, 파이프라인 압축 및 펌핑 스토리지 애플리케이션에 사용됩니다.
용도에는 산업용 팬, 송풍기 및 펌프, 공작기계, 가전제품, 전동 공구, 차량 및 디스크 드라이브가 포함됩니다.소형 모터는 전기 시계에서 찾을 수 있습니다.트랙션 모터를 사용한 회생 제동과 같은 특정 용도에서는 전기 모터를 발전기로 역방향으로 사용하여 열과 마찰로 손실될 수 있는 에너지를 회수할 수 있습니다.
전기 모터는 팬이나 엘리베이터와 같은 외부 메커니즘을 추진하기 위한 선형 또는 회전력(토크)을 생성합니다.전기 모터는 일반적으로 연속 회전 또는 크기에 비해 상당한 거리에 걸쳐 선형 이동을 하도록 설계되어 있습니다.자기 솔레노이드는 또한 전력을 기계적 운동으로 변환하는 변환기이지만 제한된 거리에 대해서만 운동을 발생시킬 수 있습니다.
★★★
모터
현대 전자 모터 이전에는 정전력에 의해 작동하는 실험적인 모터를 연구했습니다.최초의 전기 모터는 1740년대 [2][3]스코틀랜드 수도승 앤드류 고든과 미국인 실험가 벤자민 프랭클린의 실험에서 묘사된 단순한 정전 장치였다.그들의 이면에 있는 이론적인 원리인 쿨롱의 법칙은 1771년 헨리 캐번디쉬에 의해 발견되었지만 발표되지는 않았다.이 법칙은 1785년 샤를 오귀스틴 드 쿨롱에 의해 독립적으로 발견되었고, 그는 그것을 출판하여 현재 그의 이름으로 알려져 [4]있다.필요한 고전압을 생성하는 것이 어려웠기 때문에 정전기는 실제 용도로 사용되지 않았습니다.
1799년[5] 알레산드로 볼타에 의한 전기화학 배터리의 발명은 지속적인 전류 생산을 가능하게 했다.Hans Christian örsted는 1820년에 전류가 자석에 힘을 가할 수 있는 자기장을 만든다는 것을 발견했습니다.앙드레-마리 암페르가 전자기 상호작용의 첫 공식을 개발하고 전류와 [6]자기장의 상호작용에 의한 기계적 힘의 생성을 설명하는 암페르의 힘 법칙을 제시하는 데는 몇 주밖에 걸리지 않았습니다.
회전 운동으로 효과를 입증하는 첫 번째 시연은 1821년 9월 3일 영국 [7]왕립 연구소의 지하실에서 마이클 패러데이에 의해 이루어졌다.자유 매달린 와이어를 수은 웅덩이에 담그고 그 위에 영구 자석(PM)을 놓았습니다.전류가 와이어를 통과하면 와이어가 자석 주위를 회전하여 전류가 [8]와이어 주위에 근접한 원형 자기장을 발생시켰다는 것을 보여줍니다.패러데이는 그의 발견 결과를 Quarterly Journal of Science에 실었고, 그의 장치의 주머니 크기 모델과 함께 그의 논문 복사본을 전 세계 동료들에게 보내 전자파 [7]회전 현상을 볼 수 있게 했다.이 모터는 종종 물리학 실험에서 (독성) 수은 대신 브라인으로 대체하여 입증되었습니다.바로우의 바퀴는 이 패러데이의 시연에 대한 초기 개량품이었지만, 이러한 동극 모터와 유사한 동극 모터들은 세기 후반까지 실용에 적합하지 않았다.
1827년 헝가리 물리학자 안요스 제드릭은 전자기 코일로 실험을 시작했다.제드릭은 정류자의 발명으로 연속 회전에 관한 기술적 문제를 해결한 후, 그의 초기 장치를 "전자 자기 회전 장치"라고 불렀습니다.비록 교육용으로만 사용되었지만, 1828년 Jedlik은 실용적인 DC 모터의 세 가지 주요 구성 요소인 고정자, 회전자 및 정류자를 포함하는 최초의 장치를 시연했습니다.이 장치는 고정 부품과 회전 부품 모두의 자기장이 [10][11][12][13][14][15][16]권선을 흐르는 전류만으로 생성되었기 때문에 영구 자석을 사용하지 않았습니다.
직류 모터
첫 번째 정류자 기계를 회전시킬 수 있는 직류 전기 모터는 [17]1832년 영국의 과학자 윌리엄 스터전에 의해 발명되었다.스터전의 작품을 따라, 정류자형 직류 전기 모터가 미국인 발명가 토마스 데이븐포트와 에밀리 데이븐포트에 [18]의해 제작되었고, 그는 1837년에 특허를 얻었다.모터는 분당 최대 600회전, 전동 공작 기계와 인쇄기는 [19]작동했습니다.기본 배터리 전력의 높은 비용 때문에 모터는 상업적으로 실패했고 데이븐포트는 파산했습니다.여러 발명가들이 스터전을 따라 DC 모터를 개발했지만 모두 동일한 배터리 비용 문제에 직면했습니다.당시에는 배전 시스템이 없었기 때문에 이러한 [20]모터에 대한 실질적인 상용 시장은 나타나지 않았다.
비교적 약한 회전 및 왕복 장치를 사용한 많은 다른 시도 후에 프러시아/러시아 모리츠 폰 야코비는 1834년 5월에 최초의 실제 회전 전기 모터를 만들었습니다.그것은 놀라운 기계적 출력 능력을 발전시켰다.그의 모터는 4년 후인 1838년 [21]9월에 향상된 세계 기록을 세웠다.그의 두 번째 모터는 14명이 탄 보트를 몰고 넓은 강을 건널 수 있을 만큼 강력했다.1839/40년에도 다른 개발자들은 비슷한 성능의 모터를 제작할 수 있었습니다.
1855년, 제드릭은 유용한 작업을 [10][16]할 수 있는 전자기 자기 회전기에 사용되는 것과 비슷한 원리를 사용하여 장치를 만들었습니다.그는 같은 [22]해에 전기 자동차 모형을 만들었다.
1864년 안토니오 파치노티가 링 전기자를 처음 설명했을 때 큰 전환점이 찾아왔다.[6]이것은 대칭적으로 그룹화된 코일을 스스로 닫고 정류자의 막대에 연결한 것이 특징이며, 정류자의 막대의 브러시는 실질적으로 불연 전류를 [23][24]공급합니다.상업적으로 성공한 최초의 DC 모터는 1871년 파치노티의 디자인을 재창조하고 베르너 지멘스의 솔루션을 채택한 제노베 그램메의 개발을 따랐다.
DC 기계의 이점은 1867년 지멘스에 의해 발표되고 1869년 [6]파시노티에 의해 관찰된 전기 기계의 가역성의 발견에서 비롯되었다.그램은 1873년 비엔나 세계 박람회에서 우연히 그것을 시연했는데, 그는 두 개의 DC 장치를 서로 최대 2km 떨어진 곳에 연결했고, 그 중 하나는 발전기로, 다른 하나는 [25]모터로 사용했다.
드럼 로터는 1872년 파치노티의 링 전기자를 대체하기 위해 지멘스 & 할스케의 프리드리히 폰 헤프너 알텐크에 의해 도입되어 기계 [6]효율을 향상시켰습니다.라미네이트 로터는 이듬해 Siemens & Halske에 의해 도입되어 철 손실을 줄이고 유도 전압을 높였습니다.1880년, Jonas Wenström은 로터에 권선을 수용하기 위한 슬롯을 제공하여 효율성을 더욱 높였습니다.
1886년, 프랭크 줄리안 스프래그는 가변 부하에서 비교적 일정한 속도를 유지하는 비점화 장치인 최초의 실용적인 DC 모터를 발명했습니다.이 시기에 대한 다른 스프래그 전기 발명품들은 그리드 전기 배전을 크게 개선하였고(토머스 에디슨에 의해 채용된 이전 작업), 전기 모터의 전력을 전기 배전으로 돌려보내고, 가공선과 트롤리 폴을 통해 트롤리에 전기 배전을 제공하였으며, 전기 작동을 위한 제어 시스템을 제공하였다.에러이것은 스프래그가 1887-88년 버지니아 리치몬드에서 최초의 전기 트롤리 시스템, 1892년 전기 엘리베이터와 제어 시스템, 그리고 독립적으로 동력으로 중앙에서 제어되는 자동차가 있는 전기 지하철을 발명하기 위해 전기 모터를 사용할 수 있게 했다.후자는 1892년 사우스 사이드 고가 철도에 의해 시카고에서 처음 설치되었고, 그곳에서 "L"로 널리 알려지게 되었다. 스프래그의 모터와 관련 발명품은 산업용 전기 모터에 폭발적인 관심과 사용을 가져왔다.로터와 스테이터 사이의 공극의 중요성을 인식하지 못하여 허용 가능한 효율의 전기 모터의 개발이 수십 년 동안 지연되었습니다.효율적인 설계는 상대적으로 공극이 [26][a]작습니다.더 세인트루이스오랫동안 교실에서 모터 원리를 설명하기 위해 사용되었던 루이 모터는 같은 이유로 비효율적일 뿐만 아니라 현대적인 [28]모터처럼 보이지도 않습니다.
전기 모터는 산업에 혁명을 일으켰다.산업 공정은 더 이상 라인 샤프트, 벨트, 압축 공기 또는 유압을 사용하는 동력 전달에 의해 제한되지 않았습니다.대신 모든 기계에 자체 전원을 장착하여 사용 시 제어가 용이하고 전력 전송 효율이 향상되었습니다.농업에 사용되는 전기 모터는 곡물을 다루거나 물을 퍼내는 것과 같은 작업에서 인간과 동물의 근력을 제거했다.가정용 전기 모터(세탁기, 식기 세척기, 선풍기, 에어컨 및 냉장고(아이스 박스 교체) 사용)는 가정에서의 중노동량을 줄이고 편의성, 안락성 및 안전성의 보다 높은 기준을 가능하게 했습니다.오늘날 전기 모터는 미국에서 [29]생산되는 전기 에너지의 절반 이상을 소비합니다.
교류 모터
1824년 프랑스 물리학자 프랑수아 아라고는 아라고의 회전이라고 불리는 회전 자기장의 존재를 공식화했습니다.이 회전은 수동으로 켜고 끄는 것으로, Walter Baily가 1879년에 사실상 최초의 원시 유도 [30][31][32][33]모터로 시연했습니다.1880년대에 많은 발명가들이 작동 가능한 AC[34] 모터를 개발하려고 노력했습니다. 왜냐하면 장거리 고전압 전송에서 AC의 장점이 AC 모터의 작동 불능으로 상쇄되었기 때문입니다.
최초의 교류 무정전자 유도 모터는 1885년 갈릴레오 페라리에 의해 발명되었다.페라리는 1886년에 [35]더 발전된 장치를 제작함으로써 그의 첫 디자인을 개선할 수 있었다.1888년 토리노 왕립과학원은 "그 원리에 기초한 장치는 [33][36][37]모터로서 상업적 중요성을 가질 수 없다"는 결론을 내리면서 모터 작동의 기초를 상세히 설명한 페라리스의 연구를 발표했다.
가능한 산업 발전은 니콜라 테슬라에 의해 구상되었는데, 그는 1887년 그의 유도 모터를 독립적으로 발명했고 1888년 5월에 특허를 획득했습니다.같은 해 테슬라는 AIEE에 특허받은 3가지 2상 4극 모터 타입을 설명한 논문 A New System of Alternate Current Motors and Transformers를 발표했다.하나는 비자기 시동 저항성 모터를 형성하는 4극 로터가 있고, 다른 하나는 자기 시동 유도 모터를 형성하는 권선 로터가 있고, 그리고 세 번째는 진정한 동기입니다.로터 권선에 개별적으로 여진된 DC 공급이 있는 만성 모터.그러나 1887년 테슬라가 출원한 특허 중 하나는 또한 단락 권선 유도 모터에 관한 것이었다.이미 Feraris로부터 권리를 취득한 George Westinghouse는 즉시 Tesla의 특허(60,000달러 + 판매 hp당 2.50달러,[35] 1897년까지 지불)를 구입하여 Tesla를 모터 개발에 고용하고 C.F.를 할당했습니다. 스콧은 테슬라를 돕기 위해 1889년 [38][39][40][41]테슬라는 다른 일을 하기 위해 떠났다.정속 AC유도모터는 [34]노면전차에 적합하지 않은 것으로 밝혀졌지만 [42][43][44]웨스팅하우스 엔지니어들은 1891년 콜로라도주 텔루라이드에서 광산에 전력을 공급하는 데 성공했다.Westinghouse는 1892년에 최초의 실용적인 유도 모터를 달성했고 1893년에 다상 60Hz 유도 모터 라인을 개발했지만, 이 초기 Westinghouse 모터들은 권상 로터가 있는 2상 모터였다.B.G. 람은 나중에 회전 막대 권선 [38]로터를 개발했다.
3상 개발을 꾸준히 추진한 미하일 돌리보-도브로볼스키는 1889년 시동 레오스타트가 달린 케이지 로터와 권선 로터의 3상 유도 모터와 1890년 3림 변압기를 발명했습니다.AEG와 Maschinenfabrik Oerlikon의 합의 후, Doliwo-Dobrowolski와 Charles Eugene Lancelot Brown은 20-hp 다람쥐 케이지와 100-hp 권선 로터 등 더 큰 모델을 개발했습니다.이들은 실제 [35]작동에 적합한 최초의 3상 비동기 모터였다.1889년 이래, 3상 기계의 유사한 개발이 Wenström에 시작되었다.1891년 프랑크푸르트 국제 전기 기술 전시회에서 최초의 장거리 3상 시스템이 성공적으로 발표되었습니다.그것은 정격 15kV였고 네카르 강의 라우펜 폭포에서 175km 이상 뻗어 있었다.Laffen 발전소는 240kW 86V 40Hz 교류발전기와 스텝업 변압기를 포함했고, 전시회에서 강압 변압기는 원래 동력원의 [35]이동을 나타내는 100hp 3상 유도 모터를 공급했습니다.3상 유도는 현재 대부분의 상업적 [45][46]용도에 사용되고 있습니다.미하일 돌리보-도브로볼스키는 테슬라의 모터가 2상 맥동 때문에 실용적이지 않다고 주장했고, 이것이 테슬라가 3상 작업을 [47]계속하도록 자극했다.
General Electric Company는 1891년에 [38]3상 유도 모터를 개발하기 시작했습니다.1896년까지, 제너럴 일렉트릭과 웨스팅 하우스는 후에 다람쥐 케이지 [38]로터라고 불리는 바 와인딩 로터 디자인을 위한 교차 라이선스 계약을 체결했습니다.이러한 발명과 혁신을 통해 유도 모터가 개선됨에 따라 현재 100마력 유도 모터가 [38]1897년 7.5마력 모터와 동일한 장착 치수를 갖게 되었습니다.
21세기
2022년 전기 모터 판매량은 8억대로 추정되며 매년 10%씩 증가하고 있습니다.전기 모터는 전 세계 [48]전력의 50%를 소비한다.
구성 요소들
전기 모터의 두 가지 기계 부품은 움직이는 로터와 움직이지 않는 스테이터입니다.또한 두 개의 전기 부품(자석 세트 및 전기자)을 포함하며, 하나는 로터에 부착되고 다른 하나는 스테이터에 부착되어 함께 자기 [49]회로를 형성합니다.
- 필드 자석 - 자석은 전기자를 통과하는 자기장을 생성합니다.이것들은 전자석 또는 영구 자석이 될 수 있습니다.필드 자석은 일반적으로 스테이터와 로터의 전기자에 있지만 일부 모터 유형에서는 반전됩니다.
베어링
로터는 베어링에 의해 지지되며, 베어링은 로터가 축을 중심으로 회전할 수 있도록 합니다.베어링은 모터 [50]하우징에 의해 지지됩니다.
로터
로터는 기계적인 힘을 전달하는 움직이는 부품입니다.로터는 일반적으로 전류를 전달하는 도체를 보유하고 있으며, 스테이터의 자기장이 샤프트를 회전시키기 위해 힘을 가합니다.또는 일부 로터는 영구 자석을 운반하고 스테이터는 도체를 유지한다.영구 자석은 더 큰 작동 속도와 출력 [51]범위에서 높은 효율성을 제공합니다.
스테이터와 로터 사이에는 공극이 있어 회전할 수 있습니다.갭의 폭은 모터의 전기적 특성에 상당한 영향을 미칩니다.갭이 크면 퍼포먼스가 약해지므로 일반적으로 가능한 한 작게 제작됩니다.모터가 작동하는 저역률의 주요 공급원입니다.공기 틈새에 따라 자화 전류가 증가하고 역률이 감소하므로 좁은 틈새가 좋습니다.반대로 너무 작은 간격은 소음과 손실 외에도 기계적 문제를 야기할 수 있다.
모터 샤프트는 베어링을 통해 부하가 가해지는 모터 외부까지 연장됩니다.하중의 힘은 최외측 베어링을 넘어 작용하기 때문에 하중은 [50]오버행이라고 한다.
스테이터
스테이터는 로터를 둘러싸고 있으며, 일반적으로 강자성 철심 또는 영구 자석으로 구성된 전자석인 필드 자석을 포함합니다.이는 로터 전기자를 통과하는 자기장을 생성하여 권선에 힘을 가합니다.스테이터 코어는 라미네이션이라고 불리는 서로 절연된 많은 얇은 금속 판으로 구성됩니다.라미네이션은 고체 코어를 사용할 경우 발생하는 에너지 손실을 줄이기 위해 사용됩니다.세탁기와 에어컨에 사용되는 수지 충전 모터는 수지(플라스틱)의 감쇠 특성을 이용하여 소음과 진동을 줄입니다.이 모터들은 고정자를 플라스틱으로 [52]캡슐화한다.
전기자
전기자는 강자성 코어의 와이어 권선으로 구성됩니다.와이어를 통과하는 전류는 필드 자석의 자기장에 힘(로렌츠 힘)을 가하여 로터를 회전시켜 기계적 출력을 전달합니다.와인딩은 코일에 부설된 와이어로, 일반적으로 적층된 부드러운 철의 강자성 코어로 감겨 전류가 통전될 때 자극이 형성됩니다.
전기 기계는 돌기 및 비상극 구성으로 제공됩니다.돌기극 모터에서 로터와 스테이터의 강자성 코어는 극이라고 불리는 돌기를 가지고 있으며, 극면 아래의 각 극 주위에 와이어가 감겨 있으며, 와이어를 통해 전류가 흐를 때 자기장의 북극 또는 남극이 됩니다.비평활극(또는 분산장 또는 원형 회전자) 모터에서 강자성 코어는 부드러운 원통이며, 둘레에 있는 슬롯에 권선이 균등하게 분포되어 있습니다.권선에 교류 전류를 공급하면 코어에 연속적으로 [53]회전하는 극이 생성됩니다.음영극 모터에는 극의 자기장의 위상을 지연시키는 극의 일부에 감겨 있습니다.
정류자
정류자는 로터에 전류를 공급하는 회전식 전기 스위치입니다.샤프트가 회전할 때 로터 권선의 전류 흐름을 주기적으로 반전시킵니다.전기자의 여러 금속 접점 세그먼트로 구성된 실린더로 구성됩니다.정류자에 대한 탄소 프레스와 같은 부드러운 전도성 재료로 만들어진 "브러쉬"라고 불리는 두 개 이상의 전기 접점.브러시는 회전하면서 연속 정류자 세그먼트와 슬라이딩 접촉하여 로터에 전류를 공급합니다.로터의 권선은 정류자 세그먼트에 연결됩니다.정류자는 각 반회전(180°)마다 로터 권선의 전류 방향을 주기적으로 반전시키므로 로터에 가해지는 토크는 항상 동일한 [54]방향으로 유지됩니다.이 전류 반전이 없으면 각 로터 권선의 토크 방향이 반회전할 때마다 반전되어 로터가 정지합니다.정류자는 비효율적이며 정류된 모터는 대부분 브러시리스 직류 모터, 영구 자석 모터 및 유도 모터로 대체되었습니다.
모터 공급 및 제어
모터 공급
DC 모터는 일반적으로 위에서 설명한 바와 같이 분할 링 정류자를 통해 공급됩니다.
AC 모터의 전류는 슬립 링 정류자 또는 외부 전류 중 하나를 사용하여 얻을 수 있습니다.고정속도 또는 가변속도 제어 타입으로 동기 또는 비동기식으로 할 수 있습니다.범용 모터는 AC 또는 DC에서 작동할 수 있습니다.
모터 제어
DC 모터는 단자에 인가되는 전압을 조정하거나 펄스 폭 변조(PWM)를 사용하여 가변 속도로 작동할 수 있습니다.
고정 속도로 작동하는 AC 모터는 일반적으로 그리드에서 직접 또는 모터 소프트 스타터를 통해 전원을 공급받습니다.
가변 속도로 작동하는 AC 모터에는 다양한 파워 인버터, 가변 주파수 구동 또는 전자 정류기 기술이 적용되어 있습니다.
전자 정류자라는 용어는 일반적으로 자가 정류 브러시리스 DC 모터 및 스위치 저항 모터 용도와 관련이 있습니다.
종류들
전기 모터는 자기, 정전 및 압전이라는 세 가지 물리적 원리 중 하나로 작동합니다.
자기모터는 로터와 스테이터 양쪽에 자기장이 형성된다.이 두 필드 사이의 생성물은 힘을 발생시켜 모터 샤프트에 토크를 발생시킵니다.이러한 필드 중 하나 또는 둘 다 로터의 회전에 따라 변화해야 합니다.이것은 적절한 시간에 극을 켜고 끄거나 극의 강도를 변화시킴으로써 이루어집니다.
주요 유형은 DC 모터와 AC [55]모터이며, 후자가 [citation needed]전자를 대체합니다.
AC 전기 모터는 비동기식 또는 [56]동기식입니다.
일단 시동되면 동기 모터는 모든 정상 토크 조건에서 이동 자기장의 속도와 동기화되어야 합니다.
동기식 기계에서 자기장은 개별적으로 들뜬 권선이나 영구 자석과 같은 유도 이외의 방법으로 제공되어야 한다.
분수 마력 모터는 정격이 약 1마력(0.746kW) 미만이거나 표준 1HP 모터보다 작은 표준 프레임 크기로 제조됩니다.많은 가정용 모터와 산업용 모터들은 분수 마력급이다.
| 자급자 | 외부 정류 | |||
|---|---|---|---|---|
| 기계 정류자 | 전자 정류자[63][b] | 비동기 | 동기2 | |
| AC[65][c] | 직류 | AC5, 6 | AC6 | |
| 전기적으로 들뜬 상태:
PM | PM 로터: 강자성 로터: | 삼상: 2상 (표준) 단상:
| WRSM, PMSM 또는 BLAC:[63]
히스테리시스 하이브리드:
| |
| 심플 일렉트로닉스 | 정류기, 리니어 트랜지스터 또는 DC 초퍼 | 보다 상세 일렉트로닉스 | 가장 정교한 전자기기(VFD), 제공되는 경우 | |
주의:
- 회전은 AC 전압의 주파수와 무관합니다.
- 회전은 동기 속도(모터-스테이터 필드 속도)와 동일합니다.
- SCIM에서 고정 속도 동작 회전은 동기 속도와 동일하며 슬립 속도가 감소합니다.
- 비슬립 에너지 복구 시스템에서는 일반적으로 모터 시동에 WRIM을 사용하지만 로드 속도를 변경하는 데 사용할 수 있습니다.
- 가변 속도 작동
- 유도 및 동기 모터 드라이브는 일반적으로 6단계 또는 정현파형 출력을 사용하는 반면, BLDC 모터 드라이브는 일반적으로 사다리꼴 전류 파형을 사용합니다. 그러나 정현파 및 사다리꼴 PM 기계의 동작은 기본적인 [67]측면에서 동일합니다.
- 가변 속도 동작에서 WRIM은 슬립 에너지 회수 및 이중 공급 유도 기계 애플리케이션에 사용됩니다.
- 케이지 권선은 단락된 다람쥐 케이지 로터이며 권선은 슬립링을 통해 외부로 접속된다.
- 대부분 단상이고 3상이에요
약어:
- BLAC – 브러시리스 AC
- BLDC –브러시리스 DC
- BLDM – 브러시리스 DC 모터
- EC – 전자 정류자
- PM – 영구 자석
- IPMSM – 내부 영구 자석 동기 모터
- PMSM – 영구 자석 동기 모터
- SPM – 표면 영구 자석 동기 모터
- SCIM – 다람쥐 케이지 유도 모터
- SRM – 스위치형 저항 모터
- SyRM – 동기식 저항 모터
- VFD – 가변 주파수 드라이브
- WRIM – 권상 회전자 유도 모터
- WRSM – 권상 로터 동기 모터
- LRA – 록트로터 암페어:최대 전압을 인가할 때 시작 조건에서 예상할 수 있는 전류입니다.기동시에 즉시 발생합니다.
- RLA – 정격 부하 암페어:모든 작동 조건에서 모터가 소비해야 하는 최대 전류.흔히 러닝 로드 암페어라고 잘못 불리는데, 이는 모터가 항상 이러한 암페어를 끌어당겨야 한다고 잘못 인식하게 합니다.
- FLA – 풀로드 암페어:1976년에 「RLA – 정격 부하 암페어」로 변경.
자가 정류 모터
브러시드 DC 모터
대부분의 DC 모터는 소형 영구 자석(PM) 타입입니다.회전과 [68]동기하여 모터 권선의 전류를 반전시키기 위한 브러시된 내부 기계적 정전이 포함되어 있습니다.
전기 여자 DC 모터
정류된 직류모터는 회전축에 장착된 전기자에 감긴 한 쌍의 회전권선을 가진다.샤프트는 정류자도 운반합니다.따라서 모든 브러시된 DC 모터에는 권선을 통해 AC가 흐릅니다.전류는 정류자와 접촉하는 하나 이상의 브러시 쌍을 통해 흐릅니다. 브러시는 외부 전력원을 회전 전기자에 연결합니다.
회전 전기자는 적층된 "부드러운" 강자성 코어에 감긴 하나 이상의 와이어 코일로 구성됩니다.브러시의 전류는 정류자와 전기자의 권선 하나를 통해 흐르며, 임시 자석(전자석)이 됩니다.생성된 자기장은 모터 프레임의 일부로 PM 또는 다른 권선(필드 코일)에 의해 생성된 정지 자기장과 상호 작용합니다.두 자기장 사이의 힘이 샤프트를 회전시킵니다.정류자는 로터가 회전할 때 코일로 전원을 전환하여 극이 스테이터 필드의 자극과 완전히 정렬되지 않도록 하여 전원이 공급되는 한 로터가 계속 회전합니다.
고전적인 정류자 DC 모터의 한계 중 대부분은 정류자와 접촉을 유지하기 위해 브러시가 필요하기 때문에 마찰이 발생합니다.브러시는 정류자 섹션 사이의 절연 틈새를 가로지르는 동안 불꽃을 일으킵니다.정류자 설계에 따라 브러시는 인접한 섹션 사이에 단락을 일으켜 코일 끝을 형성할 수 있습니다.또한 로터코일의 인덕턴스에 의해 회로가 개방될 때 각각에 걸친 전압이 상승하여 스파크가 증가한다.이 스파크는 너무 빠른 스파크가 정류자를 과열, 부식 또는 녹이기 때문에 기계의 최대 속도를 제한합니다.브러시의 단위 면적당 전류 밀도와 저항률은 모터 출력을 제한합니다.틈새를 넘으면 전기적 소음도 발생합니다. 스파크가 발생하면 RFI가 발생합니다. 브러시는 결국 마모되어 교체가 필요하며 정류자 자체는 마모, 유지보수 또는 교체가 필요합니다.대형 모터의 정류자 어셈블리는 많은 부품의 정밀한 조립이 필요한 고비용 요소입니다.소형 모터의 경우 정류자는 일반적으로 로터에 영구적으로 통합되어 있으므로, 정류자를 교체하려면 일반적으로 로터를 교체해야 합니다.
대부분의 정류자는 원통형이지만 일부는 절연체에 장착된 평평한 세그먼트 디스크입니다.
큰 브러시는 접촉면적이 넓어 모터 출력을 최대화하지만 작은 브러시는 질량이 낮아 과도한 스파크 없이 모터 구동 속도를 최대화할 수 있습니다(작은 브러시는 저비용이 바람직합니다).마찰 손실(효율 저하)이 크고 브러시 및 정류자 마모가 가속화됨에도 불구하고 더 단단한 브러시 스프링을 사용하여 주어진 질량의 브러시를 더 빠른 속도로 작동시킬 수 있습니다.따라서 DC 모터 브러시 설계는 출력 전력, 속도 및 효율성/마모 사이의 균형을 유지합니다.
DC 기계는 다음과 [69]같이 정의됩니다.
- 전기자 회로 – 하중을 전달하는 권선(정지 상태 또는 회전 상태).
- 필드 회로 – 자기장을 생성하는 와인딩 세트입니다.
- 통신:정류할 수 있거나 DC를 유도할 수 있는 기계적 기술입니다.
브러시드 DC 모터의 5가지 유형은 다음과 같습니다.
- 션트 와인딩
- 직렬 감김
- 복합(2개의 구성):
- 누적 화합물
- 차등 복합
- 영구 자석(표시되지 않음)
- 개별적으로 들뜨다(표시되지 않음).
영구 자석
영구 자석(PM) 모터에는 스테이터 프레임에 계자 권선이 없으며, 대신 PM에 의존하여 자기장을 제공합니다.전기자와 직렬로 권선을 보정하여 부하 하에서의 통전을 개선하기 위해 대형 모터에 사용할 수 있습니다.이 필드는 고정되어 있으며 속도 제어를 위해 조정할 수 없습니다.PM 필드(스타터)는 필드 권선의 전력 소비를 제거하기 위해 미니어처 모터에서 편리합니다.대부분의 대형 DC 모터는 스테이터 권선이 있는 "다이나모" 유형입니다.과거에는 PM이 분해될 경우 높은 플럭스를 유지할 수 없었습니다. 필요한 플럭스를 얻기 위해서는 필드 와인딩이 더 실용적이었습니다.그러나 대형 PM은 비용이 많이 들 뿐만 아니라 위험하고 조립이 어렵습니다. 이는 대형 기계의 상처 부위를 선호합니다.
전체 무게와 크기를 최소화하기 위해 미니어처 PM 모터에는 네오디뮴으로 만든 고에너지 자석이 사용될 수 있습니다. 대부분은 네오디뮴-철-보론 합금입니다.높은 플럭스 밀도로 인해 고에너지 PM을 가진 전기 기계는 최소한 단일 공급 동기 및 유도 전기 기계와 경쟁할 수 있습니다.미니어처 모터는 최소 3개의 로터 극(로터 위치에 관계없이 시동을 걸기 위해)이 있고 외부 하우징이 곡선 필드 자석의 외부를 자기적으로 연결하는 강철 튜브라는 점을 제외하면 그림의 구조와 유사합니다.
전자 정류자(EC)
브러시리스 DC
브러시드 DC 모터의 문제의 일부는 BLDC 설계로 해소되었습니다.이 모터에서 기계적 "회전 스위치" 또는 정류자는 로터의 위치에 동기화된 외부 전자 스위치로 대체됩니다.BLDC 모터는 일반적으로 85% [70]이상 효율이 최대 96.5%에 달하며 브러시 DC 모터는 일반적으로 75~80% 효율입니다.
BLDC 모터의 특징적인 사다리꼴 역기전력(CEMF) 파형은 부분적으로 균일하게 분포되는 스테이터 권선과 부분적으로 로터의 영구 자석 배치에서 파생됩니다.전자 정류 DC 모터 또는 내부 직류 모터라고도 하는 사다리꼴 BLDC 모터의 스테이터 권선은 단상, 2상 또는 3상일 수 있으며 로터 위치 감지 및 저비용 폐쇄 루프 정류자 제어를 위해 권선에 장착된 홀 효과 센서를 사용합니다.
BLDC 모터는 컴퓨터 디스크 드라이브나 비디오 카세트 레코더와 같이 정밀한 속도 제어가 필요한 경우에 일반적으로 사용됩니다.CD, CD-ROM(등) 드라이브내의 스핀들, 및 팬, 레이저 프린터, 카피기등의 오피스 제품내의 메카니즘.기존 모터에 비해 다음과 같은 몇 가지 장점이 있습니다.
- 음영 극 모터를 사용하는 AC 팬보다 효율이 높고 AC 팬보다 훨씬 냉각됩니다.이 냉각 작동은 팬 베어링의 수명을 크게 향상시킵니다.
- 정류자가 없으면 정류자가 있는 브러시드 DC 모터에 비해 BLDC 모터의 수명이 상당히 길어질 수 있습니다.전류는 전기 및 RF 노이즈를 발생시키는 경향이 있습니다. 정류자 또는 브러시가 없으면 오디오 기기나 컴퓨터와 같은 전기적으로 민감한 장치에 BLDC 모터를 사용할 수 있습니다.
- 전류를 제공하는 동일한 홀 효과 센서는 폐쇄 루프 제어(서보 제어) 애플리케이션에 편리한 타코미터 신호를 제공할 수 있습니다.팬에서는 회전 속도계 신호를 사용하여 "팬 OK" 신호를 유도할 수 있을 뿐만 아니라 구동 속도 피드백을 제공할 수 있습니다.
- 모터는 내부 또는 외부 클럭과 동기화하여 정확한 속도 제어를 제공할 수 있습니다.
- BLDC 모터는 불꽃이 튀지 않기 때문에 휘발성 화학물질과 연료가 있는 환경에 적합합니다.스파크는 또한 오존을 발생시켜 환기가 잘 되지 않는 건물에 축적될 수 있다.
- BLDC 모터는 보통 컴퓨터와 같은 소형 기기에 사용되며 열을 제거하기 위해 팬에 사용됩니다.
- 소음이 적기 때문에 진동의 영향을 받는 기기의 장점입니다.
현대의 BLDC 모터의 출력은 1와트의 몇 분의 1에서 몇 킬로와트까지 다양합니다.전기 자동차에는 최대 100kW 정격의 대형 BLDC 모터가 사용됩니다.그것들은 또한 전기 모형 항공기에서도 사용된다.
스위치 저항 모터
스위치 저항 모터(SRM)에는 브러시 또는 영구 자석이 없으며 로터에는 전류가 흐르지 않습니다.토크는 로터의 극과 스테이터의 극이 약간 어긋나기 때문에 발생합니다.로터는 스테이터의 자기장과 정렬되며, 스테이터 필드 권선은 순차적으로 통전되어 스테이터 필드를 회전합니다.
계자 권선에 의해 생성되는 자속은 스테이터의 통전된 극에 가장 가까운 로터 극을 통해 자속을 보내는 최소 자속의 경로를 따라 로터의 극을 자화하고 토크를 생성합니다.로터가 회전하면 서로 다른 권선이 통전되어 로터가 계속 회전합니다.
SRM은 일부 어플라이언스[71] 및 [72]차량에서 사용됩니다.
범용 AC/DC 모터
교류 또는 직류 전원으로 작동하도록 설계할 수 있기 때문에 정류, 전기적으로 들뜬 직렬 또는 병렬 감김 모터를 범용 모터라고 합니다.범용 모터는 계자와 전기자 코일(그리고 그 결과 발생하는 자기장)의 전류가 동시에 역극성을 띠기 때문에 AC에서 잘 작동할 수 있으며, 그에 따라 일정한 회전방향으로 기계적 힘이 발생한다.
범용 모터는 통상적인 전원 라인 주파수로 동작하기 때문에, 통상 킬로와트 미만의 용도에 사용됩니다.범용 모터는 전기 철도에서 전통적인 철도 견인 모터의 기초를 형성했습니다.이 응용 프로그램에서 DC에서 작동하도록 설계된 모터에 AC 전원을 사용하면 특히 DC의 경우 고체(비적층) 철을 사용하는 모터장 극 피스의 와전류 가열로 인해 효율 손실이 발생합니다.현재는 거의 사용되지 않습니다.
장점은 높은 시동 토크와 컴팩트한 설계를 가진 모터에 AC 전원을 사용할 수 있다는 것입니다.반면 유지보수는 더 높고 수명은 더 짧습니다.이러한 모터는 많이 사용되지 않고 시동 토크 요구가 높은 장치에 사용됩니다.필드 코일의 여러 탭은 단계별 스피드 컨트롤을 제공합니다(불확실).많은 속도를 광고하는 가정용 블렌더는 일반적으로 필드 코일과 여러 탭 및 모터와 직렬로 삽입할 수 있는 다이오드를 결합합니다(모터가 반파 정류된 AC에서 작동).범용 모터는 전자 속도 제어에도 적합하며 가정용 세탁기와 같은 장치의 선택이기도 합니다.모터는 전기자에 대한 필드 권선을 전환하여 드럼(전방 및 후진 모두)을 교반할 수 있습니다.
SCIM은 전력선 주파수에 의해 허용된 것보다 더 빨리 샤프트를 회전시킬 수 없지만 유니버설모터는 훨씬 더 빠른 속도로 작동할 수 있습니다.</