3상 유도 전동기에 대한 궁극의 가이드: 구성 및 작동 원리

3상 유도 모터는 오늘날 우리 세상에서 많은 일을 하고 있습니다. 이 강력한 유도 모터는 여러 곳에서 찾아볼 수 있습니다. 매우 큰 공장 기계에도 있습니다. 물을 공급하는 펌프에도 있습니다. 이 글은 이러한 모터를 이해하는 데 도움이 되는 간단한 가이드입니다. 3상 유도 전동기가 어떻게 만들어지고 어떻게 작동하는지 쉬운 단계를 통해 설명해 드리겠습니다. 이 글을 다 읽고 나면 이 훌륭한 전기 모터가 어떻게 작동하는지 알게 될 것입니다. 또한 왜 그렇게 많이 사용되는지도 알게 될 것입니다.

3상 인덕션 모터의 원리는 무엇일까요?

3상 유도 모터는 일종의 교류 모터입니다. 이 모터에서는 전자기 유도를 사용하여 회전자 부분에 전력을 공급합니다. 이것은 변압기가 사용하는 것과 동일한 주요 아이디어입니다. 그래서 사람들은 이러한 유도 모터를 "회전 변압기"라고 부르기도 합니다. 여기서 중요한 점은 움직이는 부분, 즉 회전자에 직접 연결되는 전선이 없다는 것입니다.

이 유형의 모터는 간단하고 강력한 방식으로 제작되어 유명합니다. 다른 모터에 있는 브러시라는 부품이 없습니다. 이 때문에 많은 관리나 수리가 필요하지 않습니다. 이 인덕션 모터는 또한 저절로 시동됩니다. 이것은 단상 유도 모터와 비교할 때 큰 장점입니다. 매우 간단하고 신뢰할 수 있기 때문에 3상 유도 모터는 공장에서 가장 일반적인 유형의 교류 모터입니다. 이 위상 유도 모터의 주요 역할은 3상 전기를 운동으로 바꾸는 것입니다.

인덕션 모터 내부의 두 가지 큰 부품은 무엇인가요?

모든 위상 유도 전동기에는 두 가지 주요 부품이 있습니다. 이 부분을 이해하면 전체 모터의 작동 원리를 이해할 수 있습니다. 유도 전동기는 두 가지 중요한 부분으로 구성됩니다:

1. 스테이터: 고정자: 모터에서 고정되어 있는 부분입니다. 전혀 움직이지 않습니다. 3상 AC 전원에 연결하면 자기장을 만드는 것이 고정자의 역할입니다. 고정자는 와이어 코일을 고정하는 강철 프레임입니다. 이 코일 그룹을 권선이라고 합니다.
2. 로터: 모터에서 회전하는 부분입니다. 고정자 내부에 위치합니다. 로터에는 자체 금속 막대 또는 전선 세트가 있습니다. 고정자의 자기장이 회전자에 있는 막대를 지나가면 막대 내부에 전류가 흐릅니다. 이 전류는 자체 자기장을 만듭니다. 이것이 로터를 밀어 회전하게 하는 힘입니다. 이것이 바로 유도 모터의 마법입니다.

고정자와 회전자 사이에는 매우 작은 공간이 있습니다. 이 공간이 바로 에어 갭입니다. 에어 갭은 모터가 더 잘 작동할 수 있도록 가능한 한 작게 만들어집니다. 이 두 가지 주요 부품이 함께 작동하는 방식이 모든 유도 전동기가 축을 돌리고 작업을 수행하게 하는 원동력입니다.

삼상 유도 전동기의 고정자는 어떻게 구성되나요?

삼상 유도 전동기의 고정자는 세심한 주의를 기울여 제작됩니다. 속이 빈 튜브 모양이며 고품질 강철의 얇은 시트로 만들어집니다. 이 얇은 강판은 스택으로 함께 압착됩니다. 얇은 강판을 사용하면 낭비되는 에너지의 양을 줄이는 데 도움이 됩니다. 고정자 내부에는 슬롯이라고 하는 홈이 있습니다. 고정자 권선이 이 슬롯에 끼워집니다. 권선은 전기가 새지 않도록 특수 코팅이 된 구리선으로 만들어집니다.

이 와인딩은 단순히 하나의 큰 와이어 루프가 아닙니다. 실제로는 세 개의 다른 권선 세트입니다. 각 권선은 3상 AC 공급의 한 위상을 위한 것입니다. 권선은 매우 특정한 패턴으로 슬롯에 삽입됩니다. 이들은 서로 120도 떨어져 있습니다. 이 3상 권선에 3상 교류 전원을 연결하면 특별한 종류의 자기장이 만들어집니다. 이 자기장은 모든 유도 전동기가 작동하는 방식의 핵심입니다. 고정자는 일정한 수의 극으로 감겨 있습니다. 극의 수는 모터의 속도를 설정하는 데 도움이 됩니다. 모터는 이 매우 중요한 부품으로 구성됩니다.

다람쥐 케이지 로터란 무엇이며 왜 그렇게 많은 모터가 이를 사용하나요?

가장 자주 볼 수 있는 로터의 종류는 다람쥐 케이지 로터입니다. 그 모양 때문에 이름이 붙여졌습니다. 작은 동물이 달리는 바퀴처럼 생겼습니다. 이 로터는 적층된 코어로 만들어집니다.얇은 강판입니다. 외부 표면에 슬롯이 있습니다. 이 로터에는 와이어 와인딩이 없습니다. 대신 구리 또는 알루미늄으로 된 두꺼운 막대를 사용합니다. 이 막대는 로터 슬롯에 끼워집니다.

모든 막대는 양쪽 끝에서 서로 연결되어 있습니다. 이들은 엔드 링이라고 하는 두꺼운 금속 링으로 연결됩니다. 이렇게 하면 완전한 전기 경로가 만들어집니다. 구리 막대와 엔드 링이 새장처럼 보이기 때문에 다람쥐 케이지라는 이름이 붙었습니다. 이 디자인은 매우 견고하고 복잡하지 않습니다. 부러지거나 마모될 수 있는 브러시나 슬립 링 부품이 없습니다. 다람쥐 케이지 유도 모터는 매우 견고한 구조를 가지고 있습니다. 따라서 믿을 수 있는 기계이며 제작 비용이 많이 들지 않습니다. 이것이 바로 인덕션 모터 10개 중 9개 이상이 이런 종류의 로터를 사용하는 이유입니다. 3상 유도 전동기의 로터는 거의 항상 이 다람쥐 케이지 유형입니다.

다른 종류의 로터도 있나요? 상처 로터에 대해 이야기해 봅시다.

예, 다른 종류의 로터가 있습니다. 사람들은 이를 와인드 로터 또는 슬립 링 모터라고 부릅니다. 이 유형의 로터는 다람쥐 케이지 버전과는 다릅니다. 권선 로터는 고정자의 권선과 마찬가지로 전체 3상 권선이 있습니다. 솔리드 바를 사용하지 않습니다. 권선은 코팅된 구리선으로 만들어지며 로터의 슬롯에 배치됩니다. 이것이 바로 위상 권선 로터라고 부르는 이유입니다.

이 로터 와인딩의 끝은 다람쥐 우리처럼 서로 연결되어 있지 않습니다. 대신 샤프트에 있는 세 개의 특수 금속 링에 연결됩니다. 이를 슬립 링이라고 합니다. 브러시라고 하는 작은 탄소 블록이 이 슬립 링을 누릅니다. 이를 통해 로터 회로의 저항과 같은 외부 부품을 연결할 수 있습니다. 저항을 추가하면 모터의 작동 방식을 더 세밀하게 제어할 수 있습니다. 예를 들어, 다람쥐 케이지 모터보다 훨씬 더 강력한 시동 토크를 모터에 제공합니다. 슬립 링 유도 모터는 시작에 많은 동력이 필요한 작업에 사용됩니다. 이 권선형 모터는 제작하기가 더 어렵고 비용도 더 많이 듭니다.

전자기 유도의 주요 아이디어는 이러한 유도 모터를 어떻게 작동시킬까요?

모든 유도 전동기의 작동 원리는 전자기 유도라는 과학 법칙에서 비롯됩니다. 이 법칙에 따르면 자기장 속에서 전선(도체)을 움직이면 전선에 전압(emf)이 발생하거나 유도됩니다. 자기장이 움직이고 있고 전선이 가만히 있어도 같은 일이 일어납니다. 중요한 것은 한쪽이 다른 쪽에 비해 움직이고 있다는 것입니다. 이를 상대 운동이라고 합니다.

3상 유도 전동기에서 고정자 권선은 자기장을 만들어 회전합니다. 이 회전 자기장은 로터의 금속 막대를 지나갑니다. 로터 바가 모두 연결되어 완전한 원을 그리며 전기가 흐릅니다. 유도된 EMF는 이들을 통해 전류를 흐르게 합니다. 이 전류는 로터 바에 흐릅니다. 이제 전류가 흐르는 도체(로터)가 자기장(고정자) 안에 들어와 있습니다. 이렇게 하면 로터에 회전력, 즉 토크가 생깁니다. 이 토크는 로터를 회전시키는 힘입니다. 고정자에서 전자기 유도를 사용하여 고정자에서 회전자로 동력이 전달됩니다.

회전 자기장이란 무엇이며 왜 중요한가요?

회전 자기장은 3상 유도 전동기가 잘 작동하는 비결입니다. 좋은 3상 전원을 고정자 권선에 연결하면 멋진 일이 일어납니다. 세 개의 권선 각각이 자체 자기장을 생성합니다. 이 자기장은 교류 전원이 변함에 따라 점점 더 강해지고 약해집니다. 하지만 권선은 서로 120도 간격으로 떨어져 있기 때문에 자기장이 합쳐져 하나의 큰 자기장이 만들어집니다.

이 새로운 결합 자기장은 한 곳에 머물지 않습니다. 고정자 주위를 일정한 속도로 회전합니다. 우리는 이 속도를 동기 속도라고 부릅니다. 동기 속도는 AC 전원의 주기 속도(주파수)와 고정자의 극 수라는 두 가지 요소에 의해 결정됩니다. 회전자의 도체를 지나 모든 것을 시작하는 것은 바로 이 회전 자기장입니다. 이 자기장이 없다면 위상 유도 모터는 스스로 시동할 수 없습니다. 고정자의 자기장이 회전해야 합니다.

인덕션 모터에서 '슬립'이란 무엇인가요?

유도 전동기의 회 전자는 항상 고정자의 회전 자기장보다 약간 느리게 회전합니다. 자기장의 동기 속도와 회 전자의 실제 속도 사이의 속도 차이를 슬립이라고 합니다. 슬립은 보통 백분율로 표현합니다. 회 전자가 자기장과 정확히 같은 속도(동기 속도)로 회전할 수 있다면 자기장이 회 전자를 지나가지 않을 것입니다.

두 도체 사이에 움직임이 없으면 자기장이 로터 도체를 통과하지 못합니다. 즉, EMF가 생성되지 않고 로터에 전류가 흐르지 않습니다. 전류가 없으면 토크도 없습니다. 토크가 없으면 로터의 속도가 느려집니다. 따라서 모터가 작동하려면 로터가 자기장보다 느리게 회전해야 합니다. 이것이 토크를 만드는 유일한 방법입니다. 이것이 유도 모터를 비동기 모터(동기화되지 않는다는 의미)라고 부르는 이유이기도 합니다. 모터에 더 많은 작업을 하면 슬립의 양이 커집니다. 일반 인덕션 모터는 가장 세게 작동할 때 3%에서 5%의 슬립을 가질 수 있습니다.

3상 인덕션 모터를 연결하는 올바른 방법은 무엇인가요?

대부분의 3상 유도 전동기는 6개의 연결 지점이 있는 상자가 있습니다. 이 지점은 고정자 내부의 세 권선의 끝입니다. 이를 연결하는 방법에는 크게 두 가지가 있습니다: 스타(Wye라고도 함)와 델타. 연결 방식에 따라 모터의 작동 방식이 달라집니다.

• 별 연결(Y): 이 연결에서는 세 권선의 한쪽 끝을 한 지점에서 함께 연결합니다. 그런 다음 3상 전원을 다른 세 개의 끝에 연결합니다. 사람들은 종종 이 연결을 사용하여 모터를 시동합니다. 이 연결은 각 권선의 전압을 낮춥니다. 이렇게 하면 시동 전류가 낮아져 건물의 전력 시스템에 더 좋을 수 있습니다. 하지만 시동 토크도 낮아집니다.
• 델타 연결(Δ): 이 연결에서는 와인딩을 끝에서 끝까지 연결합니다. 이렇게 하면 권선이 삼각형 모양을 형성합니다. 그런 다음 권선이 만나는 세 지점에 3상 전원을 연결합니다. 델타 연결에서는 모든 권선이 전력선으로부터 전체 전압을 공급받습니다. 이렇게 하면 더 많은 시동 토크를 얻을 수 있지만 시동 전류도 훨씬 더 많이 끌어옵니다. 많은 대형 인덕션 모터는 특별한 "스타-델타 스타터"를 사용합니다. 이 스타터는 스타 연결에서 시작하여 모터가 속도를 올리면 델타로 변경됩니다.

단점이 있을까요? 3상 인덕션 모터의 단점.

3상 인덕션 모터는 훌륭한 기계이지만 완벽하지는 않습니다. 알아야 할 몇 가지 약점이 있습니다. 다음은 3상 인덕션의 주요 단점입니다.

• 경부하 시 역률 불량: 유도 모터의 역률은 많은 작업 없이 작동할 때 그다지 좋지 않습니다. 역률이 낮으면 전력 회사에도 좋지 않습니다.
• 속도 제어가 어려움: 일반 다람쥐 케이지 유도 모터의 속도를 변경하는 것은 쉽지 않습니다. 속도는 공급되는 전력의 주파수와 매우 밀접한 관련이 있습니다. 3상 인덕션의 속도를 잘 제어하려면 가변 주파수 드라이브와 같은 특수하고 값비싼 기어가 필요합니다.
• 낮은 시동력(다람쥐 케이지 타입의 경우): 다른 종류의 모터(예: DC 모터 또는 슬립 링 모터)와 비교할 때, 일반 다람쥐 케이지 유도 모터는 시동 토크가 매우 강하지 않습니다. 즉, 매우 무거운 부하로 시작해야 하는 작업에는 적합하지 않습니다.
• 높은 시동 전류: 위상 유도 모터가 처음 시동될 때 엄청난 양의 전기가 유입될 수 있습니다. 이는 정상 작동 전류의 5~7배에 달하는 경우가 많습니다. 이로 인해 전력선의 전압이 떨어지면서 조명이 잠시 어두워질 수 있습니다.

이러한 문제에도 불구하고 인덕션 모터의 장점은 매우 안정적이고 비용이 많이 들지 않는다는 점으로 인해 많은 작업에서 최고의 선택이 되고 있습니다.

기억해야 할 주요 사항

• 인덕션 모터는 전자기 유도의 개념을 사용합니다. 회전하는 로터에 직접 연결되는 전선이 없습니다.
• 두 개의 주요 부품은 고정되어 있는 스테이터와 회전하는 로터입니다.
• 고정자는 3상 전원에 연결되면 회전 자기장을 생성합니다.
• 가장 일반적인 로터는 다람쥐 케이지 로터입니다. 간단하고 튼튼하며 비용이 많이 들지 않기 때문에 많이 사용됩니다.
• 슬립 링 모터라고도 하는 와인드 로터는 매우 강력한 시동 토크와 더 많은 제어 기능을 제공합니다. 하지만 더 복잡하고 비용이 더 많이 듭니다.
• 슬립은 스테이터의 필드와 로터 사이의 속도 차이입니다. 토크를 만들려면 슬립이 필요합니다.
• 인덕션 모터를 별(Y) 또는 델타(Δ) 모양으로 연결할 수 있습니다. 이렇게 하면 시작 전류와 토크가 변경됩니다.