AC 전기 모터: 부품, 유형, 배선 및 작동 방식

어떻게 AC 모터 작품

AC 모터는 전자기 유도 원리를 통해 교류 전기 에너지를 기계적 회전 에너지로 변환합니다. AC 공급 전압이 고정자 권선에 적용되면 회전 자기장(RMF)이 생성됩니다. 이 자기장이 회전하는 속도를 동기 속도 , 공급 주파수와 고정자의 자극 쌍 수에 의해 결정됩니다. Ns = 120f / P , 어디서 f 는 공급 주파수(Hz)이고 P 극의 수입니다.

가장 일반적인 AC 모터 유형인 유도 모터에서 회전 자기장은 회전자 도체를 가로질러 절단되고 패러데이 법칙에 따라 그 내부에 전류를 유도합니다. 유도된 전류는 자체 자기장을 생성하고 회전자 자기장과 고정자의 회전 자기장 사이의 상호 작용은 회전자가 회전하도록 구동하는 토크를 생성합니다. 로터는 항상 동기 속도보다 약간 느리게 작동합니다. 이 속도 차이를 미끄러짐 , 표준 유도 모터에서는 일반적으로 2~8%입니다. 슬립이 없으면 계자와 회전자 도체 사이에 상대 운동이 존재하지 않으며 전류가 유도되지 않으며 토크가 생성되지 않습니다.

동기식 AC 모터에서 회전자는 대신 DC 자기장에 의해 여자되거나 영구 자석을 사용하여 슬립 없이 정확히 동기 속도로 회전하도록 잠급니다. 이로 인해 동기식 모터는 시계 메커니즘, 특정 섬유 기계 및 고효율 가변 속도 드라이브와 같이 정밀한 정속 작동이 중요한 곳에서 선호되는 선택이 됩니다.

AC 모터의 부품

AC 모터의 내부 아키텍처를 이해하면 올바른 장치를 지정하고, 결함을 진단하고, 유지 관리 간격을 계획하는 데 도움이 됩니다. 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 고정자: 적층 철심과 구리 권선을 수용하는 고정 외부 어셈블리입니다. 고정자 코어는 와전류 손실을 최소화하기 위해 함께 적층된 얇은 실리콘 강철 적층으로 제작됩니다. 권선은 코어의 슬롯에 감겨 있으며 AC 전원에 연결됩니다.
• 로터: 출력 샤프트에 장착된 회전 내부 어셈블리. 농형 유도 전동기에서 회전자는 엔드 링에 의해 각 끝이 단락된 알루미늄 또는 구리 도체 막대로 구성됩니다. 권선형 회전자 모터에서 회전자는 슬립 링을 통해 외부 저항기에 연결된 3상 권선을 전달합니다.
• 출력 샤프트: 기계적 토크를 구동 부하에 전달하는 견고한 강철 샤프트. 샤프트 직경과 키 홈 치수는 IEC 또는 NEMA 프레임 크기 사양에 따라 표준화되어 있습니다.
• 베어링: 일반적으로 드라이브 엔드(DE) 및 비드라이브 엔드(NDE)에 깊은 홈 볼 베어링이 있습니다. 베어링은 로터와 구동 하중에 의해 부과되는 반경방향 및 축방향 하중을 지지하며 가장 일반적인 유지보수 교체 품목입니다.
• 엔드 쉴드(엔드 벨): 모터 프레임의 각 끝 부분을 덮고 베어링을 제자리에 고정하고 내부 어셈블리를 둘러싸는 주철 또는 알루미늄 하우징입니다.
• 팬 및 팬 덮개: 대부분의 AC 모터는 TEFC(Totally Enclosed Fan Cooled) 설계로, 프레스 스틸 팬 커버로 둘러싸인 비구동 엔드 샤프트 연장부에 외부 냉각 팬이 장착되어 있습니다. 팬은 열을 방출하기 위해 모터 프레임 핀 위로 주변 공기를 끌어옵니다.
• 터미널 박스(접속 박스): 권선 연결 단자(일반적으로 IEC 규정에 따라 U1, V1, W1, U2, V2, W2로 표시됨)가 포함된 모터 프레임의 내후성 하우징입니다. 여기에 공급 케이블과 스타/델타 구성 링크가 연결됩니다.
• 프레임: 외부 구조 본체는 일반적으로 골이 있는 주철 또는 알루미늄 합금으로 기계적 지지력을 제공하고 방열판 역할을 하며 설치용 장착 다리 또는 플랜지를 운반합니다.

특정 모터 유형에 존재하는 추가 구성 요소는 다음과 같습니다. 미끄러짐 rings and brushes (권선 회전자 유도 전동기), 원심 시동 스위치 (단상 커패시터 시동 모터) 및 커패시터 (단상 실행 커패시터 및 커패시터 시작/실행 설계)

AC 전기 모터의 유형

AC 모터는 유도(비동기) 및 동기의 두 가지 기본 제품군으로 구분되며 각각은 다양한 작동 요구 사항에 최적화된 여러 하위 유형을 갖습니다.

대부분의 산업 응용 분야에서는 3상 농형 유도 전동기 기본 선택으로 유지됩니다. 브러시, 슬립 링 또는 외부 여자가 필요하지 않으므로 유지 관리가 가장 적고 정속 부하에 가장 비용 효과적인 옵션입니다. 가변 주파수 드라이브(VFD)는 이전에 DC 또는 권선형 회전자 모터가 필요했던 가변 속도 애플리케이션으로 가용성을 확장했습니다.

AC 모터 배선 다이어그램 기본 사항

AC 모터를 올바르게 배선하는 것은 안전한 작동과 올바른 토크 및 속도 특성 달성을 위해 필수적입니다. 터미널 박스 구성은 모터 유형 및 공급 전압에 따라 다르지만 다음은 가장 널리 발생하는 시나리오를 다룹니다.

3상 이중 전압 모터(스타/델타)

대부분의 3상 유도 모터는 두 가지 전압 레벨(일반적으로 230V/400V 또는 400V/690V)에 대해 권선되어 있으며 터미널 박스에는 U1, V1, W1(권선 시작) 및 U2, V2, W2(권선 끝) 라벨이 붙은 6개의 리드가 포함되어 있습니다. 공급 전압에 따라 연결이 결정됩니다.

• 스타(Y) 연결 - 더 높은 전압: U2, V2 및 W2를 함께 연결하여 중성 별점을 형성합니다. 3상 공급 장치를 U1, V1, W1에 연결합니다. 각 권선에는 상-중성 전압이 표시됩니다. 공급 전압이 모터의 더 높은 정격 전압과 일치할 때 사용됩니다(예: 230/400V 모터의 400V 공급).
• 델타(Δ) 연결 — 더 낮은 전압: U1을 W2에, V1을 U2에, W1을 V2에 연결하여 폐루프를 형성합니다. 결합된 각 터미널 쌍에 3상 공급 장치를 연결합니다. 각 권선에는 전체 선간 전압이 표시됩니다. 공급 전압이 모터의 낮은 정격 전압과 일치할 때 사용됩니다(예: 230/400V 모터의 230V 공급).

스타-델타 출발 대형 모터에 대한 일반적인 소프트 스타트 방법입니다. 모터는 스타 모드(각 권선의 감소된 전압 = 낮은 시동 전류, 일반적으로 직기입 돌입의 1/3)로 시작한 다음 최대 속도에 도달하면 델타로 전환합니다. 이는 공급 방해를 줄이면서 시동 토크도 동일한 1/3 요소로 감소하므로 저부하 시동 애플리케이션에만 적합합니다.

단상 모터 배선

단상 AC 모터는 단상 공급만으로는 회전 자기장을 생성할 수 없기 때문에 보조 시동 회로가 필요합니다. 터미널 배열에는 일반적으로 다음이 포함됩니다.

• 주 권선 단자(M): 선과 중성선을 가로질러 직접 연결됩니다.
• 권선 단자 시작(S): 주 권선과 병렬로 연결되지만 시동 커패시터와 직렬로 연결됩니다. 커패시터는 주 권선 전류와 보조 권선 전류 사이에 위상 변위(약 90°)를 생성하여 시동 토크를 발생시킬 만큼 강한 회전 자기장을 생성합니다.
• 원심 스위치 또는 PTC 릴레이: 모터가 동기 속도의 약 75~80%에 도달하면 시작 권선을 분리합니다. 이 스위치의 고장(열림 상태(모터가 시작되지 않음) 또는 닫힌 상태(권선 시작 과열 및 소손))은 가장 빈번한 단상 모터 결함 중 하나입니다.

모터 회전 반전

3상 모터의 회전 방향을 바꾸려면 모터 단자의 3개 공급 위상 중 2개를 바꿔야 합니다. 예를 들어 U1과 V1의 연결을 교환해야 합니다. 이는 회전 자기장의 방향을 바꾸어 결과적으로 로터의 방향을 바꿉니다. 단상 모터의 경우 주 권선을 기준으로 시작 권선 연결을 교체하면 반전이 이루어집니다. 일부 모터는 이러한 목적을 위해 전용 단자 표시를 제공하는 반면 다른 모터는 내부 재연결이 필요합니다.

접지 및 과부하 보호

모든 AC 모터 설치에는 다음이 포함되어야 합니다. 보호 접지(PE) 연결 모터 프레임에 접착되고 터미널 박스의 공급 접지에 연결됩니다. 게다가 제대로 평가받은 열 과부하 릴레이 또는 전자 모터 보호 계전기를 공급 회로에 설치하고 모터의 전부하 전류(FLC) 정격으로 설정해야 합니다. 과부하 보호는 가장 일반적인 모터 고장 모드(기계적 과부하로 인한 장기간의 과전류, 단상 또는 권선 온도를 절연 등급 한도 이상으로 높이는 제한된 환기)에 대한 기본 방어입니다.