유도 전동기는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 AC 전기 기계입니다. 인덕션 모터는 기본 가전 제품부터 중공업까지 다양한 용도로 광범위하게 사용됩니다. 이 기계에는 계산하기 어려운 응용 분야가 너무 많으며 전 세계적으로 생성 된 전력의 거의 30 %가 유도 전동기 자체에서 소비된다는 사실을 알면 규모를 상상할 수 있습니다. 이 놀라운 기계는 위대한 과학자 니콜라 테슬라에 의해 발명되었으며이 발명은 인류 문명의 과정을 영구적으로 변화 시켰습니다.
다음은 일상 생활에서 찾을 수있는 단상 및 3 상 유도 전동기의 몇 가지 응용 분야입니다.
단상 유도 전동기의 응용:
- 가정의 선풍기
- 드릴링 머신
- 슬리퍼
- 그라인더
- 장난감
- 진공 청소기
- 배기 팬
- 압축기 및 전기 면도기
삼상 유도 전동기의 응용:
- 소규모, 중규모 및 대규모 산업.
- 리프트
- 크레인
- 선반 기계 구동
- 오일 추출 공장
- 로봇 팔
- 컨베이어 벨트 시스템
- 무거운 분쇄기
유도 모터는 많은 크기 및 관련 기능과 전기 등급을 가진 형태가. 크기는 몇 센티미터에서 몇 미터까지 다양하며 전력 등급은 0.5Hp에서 10000Hp입니다. 사용자는 자신의 요구를 충족시키기 위해 모델의 바다에서 가장 적합한 것을 선택할 수 있습니다.
우리는 이미 이전 기사에서 모터의 기본 사항과 그 작업에 대해 논의했습니다. 여기 에서는 인덕션 모터의 구조와 작업 에 대해 자세히 설명합니다.
유도 전동기의 작동 원리
유도 전동기의 작동 원리를 이해하기 위해 먼저 그림과 같이 간단한 설정을 고려해 보겠습니다.
여기,
- 동일한 크기의 두 개의 철 또는 페라이트 코어를 가져와 멀리서 공중에 떠 있습니다.
- 그림과 같이 에나멜 처리 된 구리선이 상단 코어에 감겨 진 다음 하단 1 개와 2 개의 끝이 한쪽으로 취해집니다.
- 여기서 코어는 작동 중에 코일에 의해 생성 된 자속을 운반하고 집중시키는 매개체 역할을합니다.
이제 구리의 두 끝에서 교류 전압 소스 를 연결하면 아래와 같은 것을 갖게됩니다.
AC의 긍정적 인주기 동안:
여기서 첫 번째 반주기 동안 'A'지점의 양의 전압은 점차 0에서 최대로 올라간 다음 다시 0으로 돌아옵니다. 이 기간 동안 권선의 전류 흐름은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
여기,
- AC 전원의 양의주기 동안 두 권선의 전류는 점차적으로 0에서 최대로 증가한 다음 점차적으로 최대에서 0으로 되돌아갑니다. 옴 법칙에 따라 도체의 전류는 단자 전압에 정비례하기 때문이며 이전 기사에서 여러 번 논의했습니다.
- 권선은 두 권선의 전류가 같은 방향으로 흐르는 방식으로 감겨 있으며 다이어그램에서 동일한 것을 볼 수 있습니다.
이제 앞으로 나아 가기 전에 앞서 공부했던 Lenz의 법칙이라는 법칙을 기억합시다. Lenz의 법칙에 따르면, ' 전류를 전달하는 도체는 표면 주위에 자기가 채워진다',
위의 예에서이 법칙을 적용하면 두 코일의 각 루프에 의해 자기장이 생성됩니다. 코일 전체에서 발생하는 자속을 더하면 상당한 값을 얻을 수 있습니다. 이 전체 플럭스는 코일이 코어 바디에 감겼을 때 철심에 나타납니다.
편의상 양쪽 끝의 철심 에 집중된 자속 선을 그리면 아래와 같은 모습이됩니다.
여기에서 철심에 집중되는 자력선과 공극을 통한 움직임을 볼 수 있습니다.
이 자속 강도는 두 철체에 감긴 코일에 흐르는 전류에 정비례합니다. 따라서 양의 반주기 동안 플럭스는 0에서 최대로 이동 한 다음 최대에서 0으로 감소합니다. 포지티브 사이클이 완료되면 에어 갭의 전계 강도도 0에 도달하고 그 후 음의 사이클을 갖게됩니다.
AC의 음의주기 동안:
이 정현파 전압의 음의주기 동안 'B'지점의 양의 전압은 점차적으로 0에서 최대로 이동 한 다음 다시 0으로 돌아옵니다. 평소처럼이 전압 때문에 전류가 흐르고 아래 그림에서 권선에서이 전류 흐름의 방향을 볼 수 있습니다.
전류는 전압에 선형 적으로 비례하기 때문에 두 권선의 크기는 점차적으로 0에서 최대로 증가한 다음 최대에서 0으로 감소합니다.
Lenz의 법칙을 고려 하면 양의주기에서 연구 된 경우와 유사한 전류 흐름으로 인해 자기장이 코일 주위에 나타납니다. 이 필드는 그림과 같이 페라이트 코어의 중심에 집중됩니다. 자속 강도는 두 철체에 감긴 코일에 흐르는 전류에 정비례하기 때문에이 자 속도 0에서 최대로 이동 한 다음 전류의 크기에 따라 최대에서 0으로 감소합니다. 이것은 포지티브 사이클과 유사하지만 차이가 있으며 그것이 자기장 라인의 방향입니다. 이 플럭스 방향의 차이는 다이어그램에서 볼 수 있습니다.
그의 네거티브 사이클 후에 포지티브 사이클과 또 다른 네거티브 사이클이 나오고 AC 정현파 전압이 제거 될 때까지 계속됩니다. 그리고 이러한 상호 전압 주기로 인해 철심 중심의 자기장은 크기와 방향 모두에서 계속 변합니다.
결론적으로이 설정을 사용하면
- 우리는 철심의 중심에 자기장 집중 영역을 개발했습니다.
- 에어 갭의 자기장 강도는 크기와 방향 모두에서 계속 변합니다.
- 필드는 AC 정현파 전압 파형을 따릅니다.
패러 데이즈 전자기 유도 법칙
지금까지 논의한이 설정은 전자기 유도의 패러 데이즈 법칙을 실현하는 데 가장 적합합니다. 이는 끊임없이 변화하는 자기장이 전자기 유도의 가장 기본적이고 중요한 요구 사항이기 때문입니다.
유도 모터가 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라 작동하기 때문에 여기서이 법칙을 연구하고 있습니다.
이제 전자기 유도 현상을 연구하기 위해 아래 설정을 고려해 보겠습니다.
- 도체를 가져 와서 양쪽 끝이 단락 된 사각형 모양으로 만듭니다.
- 금속 막대는 설정의 축 역할을하는 도체 사각형의 중앙에 고정됩니다.
- 이제 도체 사각형은 축을 따라 자유롭게 회전 할 수 있으며 로터라고합니다.
- 로터는 도체 루프가 로터 코일에 의해 생성 된 최대 필드를 경험할 수 있도록 에어 갭의 중앙에 배치됩니다.
우리는 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라 ' 변하는 자기장이 금속 도체를 절단하면 도체에 EMF 또는 전압이 유도됩니다 '라는 것을 알고 있습니다.
이제 유도 전동기의 작동 을 이해하기 위해이 법칙을 적용 해 보겠습니다 .
- 이 전자기 유도 법칙에 따르면 EMF는 경험하는 자기장의 변화로 인해 중심에 배치 된 회 전자 도체에서 유도되어야합니다.
- 이 유도 된 EMF와 도체가 단락 되었기 때문에 그림과 같이 전체 루프에 전류가 흐르게됩니다.
- 여기에 유도 전동기 작동의 핵심이 있습니다. 우리는 Lenz의 법칙에 따라 전류를 전달하는 도체가 전류의 크기에 비례하는 강도를 갖는 자기장을 생성한다는 것을 알고 있습니다.
- 법칙이 보편적이기 때문에 전자기 유도로 인해 전류가 흐르기 때문에 회 전자의 도체 루프도 자기장을 생성해야합니다.
- 고정자 권선 및 철심 설정에 의해 생성 된 자기장을 주 자속 또는 고정자 자속이라고 부르면. 그런 다음 로터의 도체 루프에서 생성 된 자기장을 로터 자속이라고 부를 수 있습니다.
- 메인 플럭스와 로터 플럭스 사이의 상호 작용으로 인해 로터는 힘을 경험합니다. 이 힘은 로터의 위치를 조정하여 로터로의 EMF 유도를 반대합니다. 따라서 우리는 이때 샤프트 위치에서 움직임을 경험할 것입니다.
- 이제 자기장은 교류 전압으로 인해 계속 변하면서 힘도 로터 위치를 멈추지 않고 계속해서 조정합니다.
- 따라서 로터는 교류 전압으로 인해 계속 회전하므로 샤프트 또는 로터 축에서 기계적 출력이 있습니다.
이를 통해 우리는 로터로의 전자기 유도로 인해 샤프트에서 기계적 출력을 얻는 방법을 보았습니다. 따라서이 설정에 주어진 이름은 유도 모터라고합니다.
지금까지 우리가 논의한 것은 유도 전동기의 작동 원리이지만 이론과 실제가 모두 다르다는 것을 기억하십시오. 그리고 유도 전동기의 작동을 위해서는 아래에서 논의 할 추가 설정이 필요합니다.
단상 유도 전동기
단상 AC 전원에서 작동하는 유도 전동기를 단상 유도 전동기 라고 합니다.
가정에서 사용할 수있는 전력선은 240V / 50Hz AC 단상 전력선이며 가정에서 일상 생활에서 사용하는 인덕션 모터를 단상 인덕션 모터라고합니다.
단상 유도 전동기의 작동 원리를 더 잘 이해하기 위해 단상 유도 전동기의 구성을 살펴 보겠습니다.
여기,
- 그림과 같이 여러 개의 도체를 사용하여 자유롭게 회전하는 샤프트에 장착합니다.
- 또한 금속 링으로 모든 도체의 끝을 단락시켜 이전에 연구 한 여러 도체 루프를 만듭니다.
- 이 로터 설정은 자세히 보면 다람쥐 케이지처럼 보이므로 다람쥐 케이지 유도 전동기라고합니다. 다람쥐 케이지 로터의 3D 구조를 살펴 보겠습니다.
- 완전한 철 조각으로 간주되었던 고정자는 실제로 함께 쌓인 얇은 철판의 그룹입니다. 그들은 너무 밀착되어 말 그대로 그들 사이에 공기가 없을 것입니다. 철 손실을 줄이기 위해 변압기의 경우 압연 철판을 사용하는 것과 같은 이유로 단일 철판 대신 철판 스택을 사용합니다. 스태킹 방식을 사용하면 성능을 그대로 유지하면서 전력 손실을 크게 줄일 수 있습니다.
이 설정 의 작동은 유도 전동기의 작동 원리를 설명 하는 데 사용되는 설정과 유사합니다 .
- 먼저 AC 전압을 제공하고이 전압으로 인해 전류가 상단 및 하단 세그먼트에 감긴 고정자 권선을 통해 흐릅니다.
- 전류로 인해 상단 및 하단 권선 모두에서 자기장이 생성됩니다.
- 대부분의 철판은 코일에서 생성 된 자기장을 전달하는 핵심 매체 역할을합니다.
- 철심에 의해 전달되는이 교류 자기장은 의도적 인 구조 설계로 인해 중앙 공극에 집중됩니다.
- 이제 로터가이 에어 갭에 배치 되었기 때문에 로터에 고정 된 단락 된 도체도이 교류 필드를 경험합니다.
- 자기장 때문에 로터의 도체에 전류가 유도됩니다.
- 전류가 회 전자 도체를 통과하기 때문에 자기장이 회 전자 주변에서 생성됩니다.
- 생성 된 회 전자 자기장과 고정자 자기장 사이의 상호 작용시 회 전자에 힘이 발생합니다.
- 이 힘은 로터를 축을 따라 움직이게하여 회전 운동을합니다.
- 전압이 지속적으로 정현파 전압을 변경하기 때문에 회전자는 축을 따라 계속해서 회전합니다. 따라서 주어진 단상 입력 전압에 대해 연속적인 기계적 출력을 갖게됩니다.
우리는 단상 모터에 전원이 공급 된 후 로터가 자동으로 회전한다고 가정했지만 그렇지 않습니다. 단상 유도 전동기에 의해 생성 된 자기장은 회전 자기장이 아니라 교류 자기장이기 때문입니다. 따라서 모터가 시작될 때 하단 코일과 상단 코일로 인해 발생하는 힘이 동일한 크기이고 방향이 반대이기 때문에 로터는 위치에 고정됩니다. 따라서 처음에 로터가 경험하는 순 힘은 0입니다. 이를 방지하기 위해 유도 모터에 보조 권선을 사용하여 자동 시동 모터로 만듭니다. 이 보조 권선은 시작시 로터를 움직이는 데 필요한 필드를 제공합니다. 이 경우의 예는 우리가 일상에서 보는 선풍기입니다.이것은 커패시터 시작이며 커패시터와 직렬로 연결된 보조 권선으로 유도 전동기를 작동시킵니다.
삼상 유도 전동기
삼상 교류 전력으로 작동하는 유도 전동기를 삼상 유도 전동기라고합니다. 일반적으로 삼상 유도 모터는 산업 분야에서 사용되며 가정용 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.
산업에서 사용할 수있는 전력선은 400V / 50Hz 3 상 4 선 AC 전원이며 산업에서이 공급에 사용되는 인덕션 모터를 3 상 인덕션 모터라고합니다.
삼상 유도 전동기의 작동 원리를 더 잘 이해하기 위해 삼상 유도 전동기의 구성을 살펴 보겠습니다.
여기,
- 위상 A 권선은 그림과 같이 상단 세그먼트에서 시작하여 하단 세그먼트가 이어집니다.
- 위상의 두 끝은 A 권선이 3 상 전원 공급 장치의 A 상 전원 라인에 연결되고 다른 쪽 끝은 동일한 3 상 4 선 전원 공급 장치의 중성선에 연결됩니다. 이는 3 상 4 선 전원 공급 장치에서 처음 3 개의 선이 3 개의 선 전압을 전달하는 반면 네 번째 선은 중성이기 때문에 가능합니다.
- 다른 2 상 권선은 A 상과 동일한 패턴을 따릅니다. B 상 권선의 두 끝에서 하나는 3 상 전원 공급 장치의 B 상 전력선에 연결되고 다른 쪽 끝은 동일한 3 상 중성선에 연결됩니다. 4 선 전원 공급 장치.
- 로터의 구조는 다람쥐 케이지와 유사하며 단상 유도 전동기에 사용되는 동일한 유형의 로터입니다.
이제 고정자의 3 상 권선에 전력을 공급하면 전류가 3 개의 권선 모두에 흐르기 시작합니다. 이 전류 흐름으로 인해 코일에 의해 자기장이 생성되고이 필드는 적층 코어에서 제공하는 자기 저항률이 적은 경로를 통해 흐릅니다. 여기서 모터의 구조는 코어가 전달하는 자기장이 로터가 배치 된 중앙의 에어 갭에 집중되도록 설계되었습니다. 따라서 중심 갭에서 코어에 의해 집중된 자기장은 로터의 도체에 영향을 주어 전류를 유도합니다.
도체 전류가있는 경우 회전자는 주어진 시간에 고정자 필드와 상호 작용하는 자기장도 생성합니다. 그리고 이러한 상호 작용으로 인해 로터는 모터의 회전으로 이어지는 힘을 경험합니다.
여기서 고정자에 의해 생성 된 자기장은 단상 모터에서 논의한 교류 유형과 달리 3 상 전력으로 인해 회전 유형입니다. 그리고이 회전 자기장으로 인해 로터는 초기 푸시가 없어도 자체적으로 회전하기 시작합니다. 이로 인해 삼상 모터는 자동 시동 유형 이되며 이러한 유형의 모터에는 보조 권선이 필요하지 않습니다.