트랙션 모터와 인덕션 모터 비교: 명확하고 실용적인 가이드

'트랙션 모터'와 '인덕션 모터'를 비교하고 계신다면, 여러분은 혼자가 아닙니다. 이 문구는 노련한 엔지니어도 당황하게 만듭니다. 하나는 애플리케이션입니다. 다른 하나는 모터 유형입니다. 이 차이로 인해 모든 것이 달라집니다. 교과서적인 용어가 아닌 실제 맥락에서 이 개념을 풀어보겠습니다.

• 요약: "트랙션 모터"는 추진(전기차, 철도, 오프로드)을 위해 제작 및 튜닝된 모터를 의미합니다. 유도, 영구 자석 동기(PMSM) 또는 기타 유형이 될 수 있습니다. "인덕션 모터"는 특정 AC 모터 유형입니다. 많은 트랙션 모터가 인덕션 기계이지만 전부는 아니며 모든 인덕션 모터가 트랙션 등급인 것은 아닙니다.

1) 첫 번째 원칙: 유도 전동기의 정의

유도 모터(일명 비동기 모터)는 회전자에 전류를 유도하는 고정자의 회전 자기장에서 토크를 생성합니다. 로터는 슬립, 전류 및 토크를 생성하기 위해 동기 속도와 지연되어야 합니다. 견고하고 브러시가 없으며 주로 다람쥐 케이지 및 와인드 로터 형태로 제공됩니다. 

• 주요 요점
  • 항상 동기 속도(슬립) 이하로 실행됩니다.
  • 다람쥐 케이지와 슬립 링이 일반적인 로터 유형입니다.
  • 간단하고 견고하며 경제적이기 때문에 인기가 높습니다. 

2) 트랙션 모터의 실제 의미

"트랙션 모터"는 추진을 위해 특별히 제작된 모터입니다. 높은 발사 토크, 강력한 정출력 영역의 넓은 속도 범위, 미세한 제어 기능, 효율적인 회생 제동 기능을 제공해야 합니다. 트랙션 모터는 전기차, 기관차, 트램 및 중장비에 사용됩니다. 트랙션 모터는 성능, 비용, 패키징에 가장 적합한 AC 인덕션, PMSM 등으로 제작됩니다. 

• 모터를 "트랙션 등급"으로 만드는 요소:
  • 저속에서는 높은 토크, 고속에서는 제어 가능한 토크.
  • 명판 한 지점이 아니라 드라이브 주기 전반에 걸쳐 효율적입니다.
  • 잦은 출발/정지 및 언덕 오르막길에 대한 열 복원력.
  • 충격, 진동, 먼지, 분무에 대한 기계적 내구성.
  • 필드 약화 및 재생을 위한 인버터와의 긴밀한 통합. 

3) 사과 대 사과: 산업용 유도 전동기 대 트랙션 등급 유도 전동기

대부분의 혼동은 기성 산업용 유도 모터와 트랙션 등급 유도 모터가 동일하지 않다는 데서 비롯됩니다. 둘은 물리학을 공유합니다. 우선순위를 공유하지 않습니다.

• 실질적으로 눈에 띄는 차이점이 있습니다:
  • 속도 범위: 견인 기계는 전계 약화를 통해 넓은 정전력 작동을 위해 설계되며 산업용 모터는 종종 한 작동 지점 근처에서 작동합니다.
  • 과부하: 견인력은 일반적으로 높은 단기 피크를 견딜 수 있지만 산업용 모터는 서비스 계수와 안정적인 부하를 중심으로 설계됩니다.
  • 냉각 및 밀봉: 트랙션은 액체 재킷, 트랜스액슬 오일 또는 통합형 전자 액슬 냉각을 선호하며 산업용 모터는 TEFC 또는 개방형 설계를 사용하는 경우가 많습니다.
  • 제어: 트랙션에는 고급 인버터 제어(FOC/DTC) 및 안전 기능이 필요하며, 산업용은 라인 전체 또는 단순 VFD를 사용할 수 있습니다.
  • 환경: 트랙션은 충격, 물 튀김, 단단한 포장을, 산업은 고정된 견고함과 표준화된 마운트에 중점을 둡니다. 

비교 표: 산업용 IM과 트랙션 등급 IM 비교

4) 각각이 빛나는 곳

트랙션 등급 유도 모터와 다른 트랙션 모터 유형 중에서 선택하는 것은 라벨이 아니라 작업에 관한 것입니다.

• 트랙션 등급의 유도 모터를 고려하세요:
  • 자석이 없는 설계와 공급망 복원력을 원합니다.
  • 듀티 사이클에는 로터 자화 위험이 바람직하지 않은 고온 및 반복되는 피크가 포함됩니다.
  • 비용과 제조 가능성 측면에서 희토류보다 구리와 강철을 선호합니다.

이제 타이트한 패키지에서 최고의 토크 밀도와 부분 부하 효율이 필요한 경우 PMSM과 같은 다른 트랙션 유형을 고려해 보세요. PM 기계는 로터 자석 덕분에 동일한 출력에 비해 크기가 수십 퍼센트까지 작아지는 경우가 많습니다. 

5) 성능 트레이드 오프에 대한 빠르고 솔직한 한마디

인덕션 트랙션 모터는 자석을 사용하지 않습니다. 따라서 소싱과 수명이 다한 제품의 재활용이 간편해집니다. 그러나 로터 I²R 손실은 슬립에 따라 증가하므로 경부하에서의 효율이 우수한 PMSM보다 뒤처질 수 있습니다. PMSM은 일반적으로 토크 밀도와 피크 효율에서 우위에 있기 때문에 많은 전기차가 이를 사용합니다. 그럼에도 불구하고 많은 최신 전기차와 철도 시스템은 각각에 가장 적합한 AC 인덕션과 PM 설계를 모두 사용합니다. 

• 모든 모터에서 실제로 요구되는 견인력:
  • 발사 시 강력한 저속 토크.
  • 고속도로 속도를 위한 넓은 필드 약화.
  • 인버터 친화적인 전자기 설계.
  • 언덕길, 견인, 더운 기후를 위한 열적 헤드룸. 

6) 유도 모터가 자기장 약화에서 작동하는 방식(이것이 견인에 중요한 이유)

인덕션 모터는 동기 속도에 고정되지 않습니다. 슬립은 로터 전류와 토크를 생성합니다. 기본 속도 이상에서는 인버터가 자속(자계 약화)을 줄여 전력을 거의 일정하게 유지하면서 속도를 확장합니다. 이는 하나의 장비로 시내, 고속도로, 산악 주행을 모두 소화하는 데 핵심적인 기능입니다. 

• 선택에 대한 결론:
  • 드라이브 사이클이 가벼운 토크에서 장시간 지속되는 경우 PMSM은 종종 더 많은 에너지를 절약합니다.
  • 사용 패턴이 로터에 열을 가하거나 자석이 없는 탄력성을 원한다면 트랙션이 조정된 유도 모터를 사용하는 것이 좋습니다. 

7) 엔지니어링 체크리스트: 공급업체(또는 팀)에 문의할 사항

모터 인버터 세트에 서명하기 전에 다음을 잠그세요. 여기서 명확성이 브랜드 이름이나 유행어보다 중요합니다.

• 연속 및 피크 엔벨로프가 포함된 토크-속도 곡선과 열 흡수 거동을 제공합니다.
• 관심 있는 드라이브 주기에 대한 효율성 맵(단일 수치만이 아닌)을 제공합니다.
• 냉각수 경로, 유량 및 압력 강하, 고도/주변 한계.
• 인버터 정격, 스위칭 기술 및 제어 기능(전계 약화, 재생 제한, 안전).
• NVH 시그니처 및 베어링/기어 인터페이스 제약 조건.
• 환경 밀봉 및 부식 방지.
• 과부하 정격 규칙(연속, 10초, 60초) 및 열 시간 상수.
• 유지보수 주기 및 고장 모드(센서, 단열재, 베어링).
• 규정 준수 및 테스트: EMC, 기능 안전, 침입 및 충격/진동.
• 해당되는 경우 연속 전력과 1시간 전력에 대한 명확한 정의(레일에서 광범위하게 사용)를 제공합니다. 

8) 피해야 할 일반적인 오해

사람들은 종종 필요성 대신 이름에 집착하는 경우가 많습니다. 그러지 마세요.

• "트랙션 모터 = 하나의 특정 디자인." 그렇지 않습니다. 트랙션 모터는 인덕션, PMSM 등을 포함하는 애플리케이션 클래스입니다. 
• "모든 산업용 유도 전동기는 견인력을 발휘할 수 있습니다." 안전하거나 효율적이지는 않습니다. 추진 듀티 사이클, 밀봉, 피크 및 제어가 다릅니다.
• "PMSM이 항상 더 낫습니다." 더 효율적이고 더 작은 경우가 많습니다. 그러나 자석은 비용과 위험을 추가하지만 인덕션은 견고성과 공급망에서 우위를 점할 수 있습니다. 

9) 신뢰할 수 있는 빠른 정의

• 유도 전동기: 고정자의 회전장에 의해 회전자 전류가 유도되는 AC 모터로, 토크를 만들기 위해 슬립이 필요합니다. 유형에는 다람쥐 케이지형과 권선형 로터가 있습니다. 
• 트랙션 모터: 일반적으로 높은 발사 토크, 넓은 속도 범위 및 회생 기능을 갖춘 추진에 최적화된 모든 모터로, 오늘날에는 일반적으로 AC 유도 또는 PMSM으로 구현됩니다. 

10) 단순하고 인간적인 의사 결정 규칙

애플리케이션이 추진력인 경우 드라이브 사이클과 환경을 매핑하는 것부터 시작하세요. 그런 다음 그에 맞는 모터 기술을 선택하세요.

• 장시간의 경부하 순항과 소형 포장? PMSM일 가능성이 높습니다.
• 혹독한 열 사이클, 자석이 없는 공급망, 검증된 견고성? 견인 등급 인덕션 모터.
• 듀티 또는 비용 민감도가 혼합되어 있나요? 두 가지 모두에 대해 드라이브 사이클 에너지 및 열 시뮬레이션을 실행하고 시스템 수준의 소유 비용을 비교하세요.

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