AC 모터 소개

미국 Edison이 DC 배전 시스템을 도입한 후 보다 경제적인 AC 시스템으로의 점진적인 전환이 시작되었습니다. 조명은 DC와 마찬가지로 AC에서도 잘 작동했습니다.

전기 에너지의 전송은 교류로 더 낮은 손실로 더 먼 거리를 커버했습니다. 그러나 모터는 교류에 문제가 있었습니다. 초기에는 AC 모터가 DC 모터처럼 구성되었지만 자기장의 변화로 인해 많은 문제가 발생했습니다.

AC 전기 모터 제품군 다이어그램

Charles P. Steinmetz는 철 전기자의 히스테리시스 손실에 대한 조사를 통해 이러한 문제를 해결하는 데 기여했습니다. Nikola Tesla는 물이나 증기가 아니라 회전하는 자기장에 의해 회전하는 터빈을 시각화했을 때 완전히 새로운 유형의 모터를 구상했습니다.

그의 새로운 유형의 모터인 AC 인덕션 모터는 오늘날까지 업계의 원동력입니다. 견고함과 단순성은 긴 수명, 높은 신뢰성, 적은 유지보수를 가능하게 합니다.

그러나 DC 품종과 유사한 작은 브러시 AC 모터는 소형 Tesla 유도 모터와 함께 소형 가전 제품에 사용됩니다. 1마력(750W) 이상에서는 Tesla 모터가 최고의 성능을 발휘합니다.

최신 반도체 전자 회로는 브러시리스 DC 모터를 구동합니다. DC 소스에서 생성된 AC 파형. 실제로 AC 모터인 브러시리스 DC 모터는 많은 응용 분야에서 기존의 브러시 DC 모터를 대체하고 있습니다. 그리고 스테퍼 모터 , 모터의 디지털 버전은 다시 솔리드 스테이트 회로에 의해 생성된 교류 구형파에 의해 구동됩니다.

위의 그림은 이 장에서 설명하는 AC 모터의 가계도를 보여줍니다.

유람선 및 기타 대형 선박은 감속 기어 구동축을 대형 멀티 메가와트 발전기 및 모터로 대체합니다. 수년 동안 소규모 디젤-전기 기관차의 경우가 그러했습니다.

모터 시스템 레벨 다이어그램

시스템 수준에서(위 그림) 모터는 전위차 및 전류 흐름 측면에서 전기 에너지를 받아 기계적 작업으로 변환합니다. 불행히도 전기 모터는 100% 효율적이지 않습니다. 전기 에너지의 일부는 모터 권선의 I2R 손실(구리 손실이라고도 함)로 인해 다른 형태의 에너지인 열로 손실됩니다.

열은 이러한 전환의 바람직하지 않은 부산물입니다. 모터에서 제거해야 하며 수명에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 한 가지 목표는 모터 효율을 최대화하여 열 손실을 줄이는 것입니다. AC 모터는 또한 히스테리시스 및 와전류와 같은 DC 모터에서 발생하지 않는 몇 가지 손실이 있습니다.

히스테리시스 및 와전류

AC 모터의 초기 설계자는 교류 자기 고유의 손실로 추적되는 문제에 직면했습니다. 이러한 문제는 DC 모터를 AC 작동에 적용할 때 발생했습니다. 오늘날 DC 모터와 유사한 AC 모터는 거의 없지만 모든 유형의 AC 모터를 적절하게 설계하려면 먼저 이러한 문제를 해결해야 했습니다.

AC 모터의 회전자 및 고정자 코어는 모두 절연 적층 스택으로 구성됩니다. 적층은 최종 형태로 쌓고 볼트로 고정되기 전에 절연 바니시로 코팅됩니다. 와류 잠재적인 전도성 루프를 손실이 적은 더 작은 세그먼트로 쪼개어 최소화합니다. (아래 그림)

전류 루프는 단락된 변압기 2차 권선처럼 보입니다. 얇은 절연 라미네이션은 이러한 루프를 끊습니다. 또한, 적층에 사용되는 합금에 실리콘(반도체)을 첨가하여 전기 저항을 증가시켜 와전류의 크기를 감소시킵니다.

철심의 와전류

적층이 실리콘 합금 방향성 강으로 만들어진 경우 히스테리시스 손실이 최소화됩니다. 자기 히스테리시스는 자화력에 비해 자기장 강도가 뒤처지는 현상입니다. 솔레노이드에 의해 연철 못이 일시적으로 자화되면 솔레노이드의 전원이 꺼지면 못이 자기장을 잃을 것으로 예상할 수 있습니다. 그러나 소량의 잔류 자화 , B_R , 히스테리시스가 남아 있기 때문입니다(아래 그림).

교류는 에너지를 소비해야 합니다. -H_C , 강제력 , 반대 방향은 고사하고 코어를 다시 0으로 자화하기 전에 이 잔류 자화를 극복합니다.

AC의 극성이 바뀔 때마다 히스테리시스 손실이 발생합니다. 손실은 B-H 곡선에서 히스테리시스 루프로 둘러싸인 면적에 비례합니다. "연질" 철 합금은 "경질" 고탄소강 합금보다 손실이 적습니다. 결정립 또는 결정 구조를 우선적으로 배향하기 위해 압연된 4% 실리콘인 실리콘 방향성 강은 손실이 여전히 낮습니다.

저손실 및 고손실 합금의 히스테리시스 곡선

Steinmetz의 히스테리시스 법칙이 철심 손실을 예측할 수 있게 되자 설계된 대로 작동하는 AC 모터를 설계하는 것이 가능했습니다. 이는 실제로 건설되면 무너지지 않을 다리를 미리 설계할 수 있는 것과 같습니다.

와전류 및 히스테리시스에 대한 이러한 지식은 DC 대응물과 유사한 AC 정류자 모터를 구축하는 데 처음 적용되었습니다. 오늘날 이것은 AC 모터의 사소한 범주에 불과합니다. 다른 사람들은 DC 혈통과 거의 유사하지 않은 새로운 유형의 AC 모터를 발명했습니다.