Induction Motor   유도 전동기, 유도 모터

(2016-11-15)

Rotating Magnetic Field, 회전 자계, 회전 자속

1. 유도 전동기(모터)

  ㅇ 정 속도 전동기로써, 부하 변화에 대해 속도 변동이 적은 전동기
     - 가장 많이 사용되는 전동기 형태 
        . (교류 전원 공급 용이, 저 가격, 간단하고 튼튼한 구조, 취급 용이 등)

  ※ 1886년 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)에 의해 발명


2. 유도 전동기 원리 

  ㅇ 회전 원리
     - 말굽 자석을 회전하면, 아라고 원판(Arago's disk, D.F Arago 1820년)도 회전하는 원리
        . 플레밍 오른손 법칙에 의해 원판에 기전력(전압) 유도됨
        . 플레밍 왼손 법칙에 의해 자기력() 유도됨
     - 실제의 3상 유도 전동기는,
        . 자석을 돌리는 대신에, 고정된 3상 권선3상 교류를 흐르고 생기는 회전 자속을
          이용하며, 원판 대신에 권선이 감겨진 원통형 철심(회전자)을 사용함

  ㅇ 동작 원리
     - 1차 권선에 흐르는 전류(3상)에 의해 생긴 회전 자속이 2차 권선과 쇄교하고,
     - 전자유도 작용에 의해 2차 권선에 유기된 전압(유도기전력)에서 유도 전류가 흐르고,
     - 2차 권선에 흐르게되는 유도 전류와 회전 자속과의 사이에 자기력에 의해 회전력 발생
     - 회전자가 회전 자속 방향으로 회전함


3. 2가지 기본 법칙도체에 유기되는 유도 기전력          (플레밍 오른손 법칙) 
      전류가 흐르는 도체에 작용하는 자기력 (플레밍 왼손 법칙, 모터 방정식)    
      

     -  B : 자속밀도 [Wb/㎡]
     -  l : 도체 길이 [m]
     -  v : 도체자속이 서로 직각이되어 움직이는 속도 [m/s]
     -  i : 도체에 흐르는 전류 [A]


4. 회전 자계 (Rotating Magnetic Field) = 합성 기자력

   

  ㅇ 합성 기자력
     - 합성 기자력의 크기      : 일정 
        . 회전 자계는 각 권선이 만드는 최대 자계의 3/2배
     - 합성 기자력의 회전 위치 : 어느 권선 전류가 최대일 때 그 권선 축상에 위치
        . 例) t1에서, ia = Im, ib = ic = -Im/2
     - 합성 기자력의 회전 방향 : a,b,c 순으로 전류 위상 순서와 일치
     - 합성 기자력의 회전 주기 : 인가 교류 전류주기와 같음
       
  ㅇ 회전 자계의 회전 속도 = 동기 속도
     - ns = 2 f / P [rps]   
     - Ns = 120 f / P [rpm]
     * (n : 회전 속도, P : 극수, f : 주파수, rps : 초당 회전수, rpm : 분당 회전수)

  ㅇ 전동기로 동작하기 위한 속도 조건 
     - 회전 자계동기 속도 Ns > 회전자의 회전 속도 N

  ㅇ 슬립 s
     - 전동기의 회전 속도를 나타내는 상수
        . 회전자의 회전 속도 N가 회전 자계동기 속도 Ns 보다 항상 느리므로,
        . 이 속도 차이를 슬립 이라고 함
     - s = (동기 속도 - 회전 속도) / (동기 속도) = (Ns - N) / (Ns)
        . 슬립 증가 : 회전 속도(N) 감소
        . 슬립 감소 : 회전 속도(N) 증가
        . 정지 상태 : s = 1
        . 슬립 범위 : 1 > s > 0


5. 유도 전동기 기본 구성고정자 
     - 역할 : 회전 자계를 발생시킴 
     - 구성 : 고정자 틀, 철심, 권선
        . 고정자 철심3상 권선을 설치하여 3상 교류를 가하면 회전 자계를 발생시킴

  ㅇ 회전자
     - 역할 : 유도 전류가 흐르며 자기력을 받고 회전운동을 하는 부분
        . 회전자에 직접 전기를 가하지 않으므로 고장이 적고 튼튼한 편임
     - 구성 : 회전 축, 철심, 권선으로 구성

     - 농형 회전자(Cage Rotor)    
        . 구조
           .. 회전자 철심 표면에 슬롯을 파고, 
           .. 그 위에 도체 바(구리 봉)를 나란히 박고,
           .. 양단에 단락환(shorting ring)으로 연결한 형태
        . 특징 : 구조 간단, 견고, 보수 용이, 효율 좋으나, 커지면 기동 토크 작음

     - 권선회전자(Wound Rotor) 
        . 구조 : 회전자철심 둘레의 슬롯에 3상 권선을 엮은 구조
        . 특징 : 기동 토크가 큼, 대형 적합


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