2극 모터와 4극 모터: 더 깊이 있는 평이한 영어 가이드

2극 모터와 4극 모터 중 하나를 선택하는 것은 간단해 보입니다. 그렇지 않습니다. 극 수에 따라 속도가 결정됩니다. 속도는 토크, 소음, 베어링, 구동 중인 펌프 또는 팬, 에너지 요금에 영향을 미칩니다. 아래는 여러분이 실천할 수 있는 실제적인 예시입니다.

• 간단히 정리해 보세요:
  • 2극 ≈ 동일한 마력에서 빠른 속도, 낮은 토크.
  • 4극 ≈ 절반의 속도, 동일한 마력에서 약 2배의 샤프트 토크.
  • 부하가 결정합니다. 선풍기와 그라인더는 2극을 선호하는 경우가 많습니다. 펌프, 컨베이어, 컴프레서는 4극을 선호하는 경우가 많습니다.

2극 모터와 4극 모터의 차이점

극 수는 모터의 동기화 속도를 설정합니다. 이 간단한 경험 법칙을 사용하세요:

• 동기 속도(rpm) = 120 × 회선 주파수(Hz) ÷ 극 수입니다.
• 북미(60Hz): 2극 ≈ 3600rpm, 4극 ≈ 1800rpm. 실제 인덕션 모터는 슬립으로 인해 동기 속도보다 약간 느리게 작동하므로 카탈로그 정격은 ~3450rpm(2극) 및 ~1750-1775rpm(4극)에 가깝게 표시되어 있습니다. 

일상적인 용어로: 극 수 감소 → 빠른 축, 극 수 증가 → 느린 축. 한 가지 선택이 다른 모든 것에 영향을 미칩니다.

• 속도 때문에 어떤 변화가 있을까요?
  • 동일한 마력에 대한 토크: 토크 = 5252 × HP ÷ rpm(ft-lb). 속도를 절반으로 줄이면 샤프트의 토크가 약 두 배가 됩니다. 
  • 소음 및 진동: rpm이 높을수록 팬 소음이 커지고 로터 균형에 더 많은 주의가 필요하며, rpm이 낮을수록 더 조용하고 베어링에 무리가 가지 않는 경향이 있습니다. 제조업체 소음 표에는 일반적으로 동일한 프레임에서 4극보다 2극의 소음 수준이 더 높게 표시됩니다. 
  • 펌프와 팬: 속도가 빨라질수록 유량은 ~선형적으로, 압력은 ~속도², 전력은 ~속도³로 증가합니다(친화력 법칙). 2극은 훨씬 더 많은 공기/물을 밀어낼 수 있지만 속도가 빨라지면 훨씬 더 많은 전력이 필요할 수 있습니다. 
  • 효율성 기대치: 최신 효율성 규칙(예: EU 에코디자인)은 2극 및 4극 설계 모두 높은 IE 등급을 요구하므로 "2극이 항상 더 효율적이다" 또는 "4극이 항상 더 효율적이다"는 주장은 안전하지 않습니다. 데이터시트를 확인하시기 바랍니다. 

2극 및 4극 모터

"극"은 고정자가 생성하는 자기 "북/남 쌍"의 수로 생각하면 됩니다. 두 극 = 한 쌍, 네 극 = 두 쌍입니다. 그렇기 때문에 4극 필드가 "느리게" 회전하고 샤프트 속도가 따라갑니다.

2극 모터란 무엇인가요?

2극 유도 모터는 고정자 주위에 북쪽과 남쪽 자석이 하나씩 있습니다. 60Hz에서 동기 속도는 3600rpm(50Hz → 3000rpm)입니다. 실제 정격 속도는 슬립으로 인해 이보다 약간 낮습니다(보통 ~3400~3500rpm). 이 제품은 소형의 고rpm 작업에 적합합니다.

• 일반적인 사용 사례:
  • 더 작은 프레임에서 더 빠른 속도를 원할 때 중소형 팬/송풍기를 사용하세요.
  • 고속 펌프(올바른 임펠러 포함).
  • 빠른 샤프트가 필요한 그라인더, 원심분리기, 공작 기계.

2극 모터에 대해 알아야 할 사항

• 장점:
  • 작은 패키지에 빠른 기본 속도를 제공합니다.
  • 주어진 프레임 크기에서 더 높은 전력 밀도를 제공합니다.
  • 작은 정격에서 역률이 높은 경우가 많습니다.
• 주의하세요:
  • 동일한 HP에서 샤프트 토크가 낮아집니다(rpm이 더 높기 때문에).
  • 냉각 팬으로 인한 공기역학적 소음이 커지고 균형을 맞추기 위해 더 많은 주의가 필요합니다.
  • 펌프의 경우 속도가 빨라지면 필요한 NPSH가 높아질 수 있으며, 제어하지 않으면 가파르고 전력이 많이 소모되는 곡선 부분으로 이동할 수 있습니다. 

4극 모터란 무엇인가요?

4극 유도 모터는 두 개의 남북 쌍을 만듭니다. 60Hz에서 동기 속도는 1800rpm(50Hz → 1500rpm)입니다. 카탈로그에는 ~1750~1775rpm에 가까운 정격 속도가 일반적입니다. 이 모터는 속도와 토크 및 부드러움을 교환합니다.

• 일반적인 사용 사례:
  • 양변위 펌프, 컴프레서, 컨베이어.
  • 저속과 높은 토크를 선호하는 많은 HVAC 팬과 일반 산업용 드라이브가 있습니다.
  • 더 조용한 작동과 더 긴 베어링 수명이 중요한 애플리케이션.

4극 모터에 대해 알아야 할 사항

• 장점:
  • 동일한 HP에서 더 높은 샤프트 토크.
  • 일반적으로 기계적으로 더 조용하고 관대합니다.
  • 낮은 rpm으로 인해 베어링이 더 쉽게 손상되는 경우가 많습니다.
• 주의하세요:
  • 일부 프레임 시리즈에서는 동일한 마력에 비해 더 크거나 더 무겁습니다.
  • 정말 빠른 축 속도가 필요한 경우 기어박스 또는 기본 속도보다 높은 VFD가 필요합니다.

기본 비교에서는 찾을 수 없는 추가 심층 정보

토크와 속도를 설명하는 간단한 수학

같은 마력에서 속도가 내려갈수록 토크는 올라갑니다:

• 예: 10 HP 모터
  • 2극(≈3450 rpm): T ≈ 5252 × 10 ÷ 3450 ≈ 15.2ft-lb.
  • 4극(≈1750 rpm): T ≈ 5252 × 10 ÷ 1750 ≈ 30.0ft-lb. 따라서 4극은 동일한 HP 정격에서 절반의 속도로 약 2배의 토크를 제공합니다. 이것이 샤프트에서 "더 강하게" 느껴지는 이유입니다. ²

펌프, 팬, 그리고 에너지 사용의 현실

가변 토크 부하(예: 팬 또는 원심 펌프)에서 속도를 두 배로 높이는 경우:

• 흐름 ~ 두 배로 증가합니다.
• 압력/헤드 ~ 4배.
• 전력 ~ 8배 증가합니다. 따라서 적절한 제어 없이 2극으로 펌프를 구동하면 에너지 사용량이 급증할 수 있습니다. 또한 펌프에 필요한 NPSH가 증가하여 시스템이 이를 공급할 수 없는 경우 캐비테이션이 발생할 수 있습니다. VFD로 속도를 관리하고 설정값을 조정하면 2극 및 4극 설정 모두 매우 효율적일 수 있습니다. 

소음 및 진동, 간단히 말해서

일반적으로 rpm이 높을수록 팬 소음이 커지고 기계적 공진에 부딪힐 위험이 커집니다. 공개된 모터 소음 표에는 일반적으로 2극 모터가 같은 프레임에서 4극보다 몇 dB 더 크게 표시됩니다. 사이트가 소음에 민감한 경우 이는 중요한 문제입니다. 더 나은 팬, 방음 인클로저 또는 4극을 선택하여 소음을 완화할 수 있습니다. 

베어링 및 서비스 수명

시간 단위의 베어링 수명은 속도가 증가함에 따라 감소합니다(다른 모든 조건이 동일함). 기본 ISO 281 수명 관계는 회전을 rpm으로 나누어 작동 시간으로 변환합니다. 이것이 4극 드라이브가 종종 더 차가운 베어링을 사용하고 오버홀 사이에 더 오래 지속되는 이유 중 하나입니다. 윤활 품질과 부하가 여전히 지배적이지만 속도는 계산에 포함됩니다. 

VFD, "인버터 듀티" 및 어떤 극 수가 더 좋은가?

2극 및 4극 모터 모두 모터용으로 제작된 경우 VFD를 선호합니다. 명판이나 데이터시트에서 "인버터 듀티" 또는 NEMA MG 1 Part 31 규정 준수를 확인하세요. 이러한 모터에는 빠른 전압 에지와 긴 리드를 처리할 수 있도록 절연 및 베어링 보호 기능이 있는 경우가 많습니다. 최대 토크로 매우 낮은 속도로 작동해야 하는 경우 외부 냉각 또는 TEBC 모터를 고려하세요. 

'효율성'에 대해: 소문이 아닌 라벨을 확인하세요.

규제로 인해 전반적으로 고효율이 요구되고 있습니다. EU에서는 2023년 7월 1일부터 75~200kW의 많은 2극, 4극, 6극 모터가 IE4를 충족해야 합니다. 북미에서는 2극과 4극 모두에서 "NEMA 프리미엄" 규정 준수를 보게 될 것입니다. 결론: 극 수가 효율을 결정한다고 가정하지 마세요. 모델과 프레임이 결정합니다. 명판과 테스트 데이터를 비교하세요. 

표 형식의 2극과 4극 비교

실용적인 선택 체크리스트

구매하기 전에 다음의 간단한 점검 사항을 확인하세요:

• 구동 장비가 실제로 원하는 RPM은 얼마입니까?
• 시동 시 저속에서의 토크가 중요한가요?
• 사람이나 센서 근처에서 소음 제한이나 진동에 대한 우려가 있나요?
• 펌프/팬의 경우 속도가 떨어지면 유량/수두/전력은 어떻게 되나요?
• 모터가 NEMA MG 1 Part 31에 따라 "인버터 듀티" 등급인가요? 리드 길이? 베어링 보호?
• 실제 명판(동일한 HP, 동일한 전압, 동일한 인클로저)에서 효율성을 비교합니다.

보너스: 작은 FAQ

• 4극이 2극보다 "더 많은 작업"을 하나요? 아니요. 마력은 작업 속도입니다. 동일한 마력에서 하나는 더 많은 토크로 더 느리게 회전하고 다른 하나는 더 적은 토크로 더 빠르게 회전합니다. 기어 또는 VFD를 사용하여 부하의 요구 사항에 맞게 조정하세요. 
• 2극 모터는 항상 시끄러운가요? 종종 그렇지만 항상 그런 것은 아닙니다. 프레임, 팬, 인클로저 및 장착도 중요합니다. 소음 수준이 중요한 경우 소음 데이터를 확인하세요. 
• 한 가지 유형이 항상 더 효율적일까요? 효율성은 특정 설계와 등급에 따라 다릅니다. 최신 규칙은 두 가지 모두 높은 수준으로 밀어붙입니다. 항상 데이터시트에서 확인하세요.