동기모터 구성 및 작동 원리

동기 모터 구조는 동기 발전기의 구조와 유사합니다. 동기 모터는 두 개의 별도 여자 소스가 있는 전기 모터 유형으로, 이중 여자 기계로 만들어지며 동기 속도로 작동합니다. 동기 모터의 구성 및 작동 원리에 대해 알아보겠습니다. 

 

 

1. 동기 모터란?

동기 모터는 동기 속도로 작동합니다. 동기 속도는 모터가 부하에 토크를 전달하는 일정한 속도입니다. 동기 모터는 유도 모터와 함께 가장 널리 사용되는 AC 모터 중 하나입니다.

 

일반적으로 사용되는 용어는 "동기 기계"이며, 필요한 경우 동일한 기계가 모터와 발전기로 작동할 수 있습니다. 동기 발전기는 교류를 생성하기 때문에 교류 발전기라고도 합니다. 이들은 발전소에서 전기를 생산하는 데 사용되는 반면 동기 모터는 주로 부하를 구동하고 역률을 수정하는 데 사용됩니다.

 

 

 

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2. 동기 모터의 구성

동기 모터의 구조는 다음과 같습니다. 

 

 

 

동기 모터에는 고정자와 회전자라는 두 가지 중요한 섹션이 있습니다. 둘 다 에어 갭으로 분리되어 있습니다. 고정자는 고정 공급 측 권선을 배치하는 외부 고정 프레임입니다. 반면에 회전자는 회전자 권선을 배치하는 모터의 회전 부분입니다.

 

DC 모터와 달리 고정자와 회전자는 에어 갭으로 물리적으로 분리되어 있습니다. 고정자와 회전자는 자기적으로 결합된 상태로 유지되어 모터가 작동합니다. 이러한 각 부분을 더 자세히 살펴보겠습니다.

 

 

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1) 고정자

고정자는 모터의 고정 부분으로, 강자성(자기 품질이 좋음)인 주철의 얇은 적층 시트로 구성됩니다. 이는 코어 손실, 즉 히스테리시스 및 와전류 손실을 줄이는 데 도움이 됩니다.

 

위의 이미지에서 알 수 있듯이 고정자는 축 슬롯에 배치된 3상 전기자 권선을 고정합니다. 모터가 3상 전원을 통해 공급되면 전기자 권선은 에어 갭에서 3상 회전 자기장을 생성합니다.

 

 

 

 

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2) 회전자

회전자는 모터의 회전 부분입니다. 그것은 자극을 생성하는 로터 필드 권선을 유지합니다. 로터의 권선은 슬립 링과 브러시의 도움으로 별도의 DC 소스에 의해 여기됩니다. 회전자에 생성된 극은 회전 자기장의 속도인 동기 속도를 달성하는 데 도움이 됩니다. 모터가 동기 속도에 도달하면 DC 소스가 로터 권선에서 차단됩니다. 일반적으로 DC 소스는 모터의 샤프트에 연결된 DC 발전기입니다.

 

동기 모터의 경우 로터는 원통형 로터와 돌출 극 로터의 두 가지 유형이 있습니다. 다음 섹션에서는 동기 모터의 원통형 및 돌출부 극 회전자의 구성에 대해 설명합니다.

 

3) 원통형 회전자

원통형 회전자는 로터 필드 권선을 고정하기 위해 면에 슬롯이 있는 원통형입니다. 로터의 슬롯이 없는 부분은 로터 극을 형성합니다. 이 경우 로터의 직경은 현저한 극 로터의 직경보다 상대적으로 작고 축 길이가 더 깁니다.

 

 

 

원통형 로터 기계의 경우 로터는 매끄럽고 대칭이므로 에어 갭 자기장 플럭스가 간단하고 매끄럽게 분포됩니다. 또한 부드러운 로터 설계로 고속 작동에 이상적입니다. 원통형 로터 기계는 전기 생산을 위해 화력 발전소에서 사용됩니다. 

 

 

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4) 사일런트 폴 로터

'사일런트'이라는 용어는 바깥쪽으로 돌출하는 것을 의미합니다. 두드러진 극 회 전자 기계의 경우, 회 전자는 고정자 전기자 권선을 향하게하는 돌출 또는 돌출 된 극을 가지고 있습니다. 로터 필드 권선은 이러한 돌출된 극 각각에 배치됩니다.

 

 

 

사일런트 폴  로터 기계에서는 극의 수가 더 많습니다. 이 기계는 돌출된 기둥이 있기 때문에 고속 작동에 적합하지 않으며, 이는 고속 작동에서 작용하는 원심력으로 인해 더 높은 바람 손실과 마모를 초래할 수 있습니다. 사일런트 폴 기계의 경우 자기장 분포는 복잡하고 불균일하여 고조파가 더 높을 수 있습니다. 사일런트 폴 기계는 저속 작동에 적합하기 때문에 전기 생성을 위해 수력 발전소에서 사용됩니다.

 

 

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3. 동기 모터의 작동 원리

동기 모터는 서로 다른 전원이 고정자와 회전자에 전원을 공급하는 이중 여자 기계입니다. 3상 교류 전류원은 고정자 권선에 전원을 공급하는 반면, 회전자계 권선은 DC 권선에 의해 여자됩니다. 이것은 고정자와 회 전자 사이의 에어 갭에서 생성 된 회전 자기장 (RMF)의 속도 인 동기 속도로 회 전자가 회전 할 수 있도록 고정자와 회 전자 사이의 자기 잠금을 달성하기 위해 수행됩니다. 

 

동기 속도는 공급 주파수와 기계의 극 수에 따라 다릅니다. 

 

 

고정자 권선은 3상 AC 전원에 의해 공급되며, 이로 인해 에어 갭에 회전 자기장(RMF)이 생성됩니다. 이로 인해 고정자에 교대 극이 생성됩니다. 로터는 DC 소스에 의해 공급되며, 이로 인해 로터 권선에 고정 극이 생성됩니다. 아시다시피, 반대쪽 자극은 서로를 끌어당기고 같은 자극은 밀어냅니다.이 원리는 동기 모터의 경우에 사용됩니다.

 

회전자 자극이 고정자 전기자 권선의 반대쪽 자극과 정렬되자마자 회전자가 끌어당겨져 동기 속도로 회전하기 시작합니다. 정렬이 완료되면 로터 필드 권선에 대한 DC 공급이 차단됩니다.

 

 

 

회전자가 회전 자기장과 동일한 속도로 정렬 및 회전하면 부하 토크가 발생하지 않으며 회전자 위치는 평형 위치로 간주될 수 있습니다. 그러나 모터가 부하되면 로터가 해당 위치 뒤로 떨어지기 시작합니다. 그런 다음 반대쪽 고정자 자극에 의해 끌어당겨져 회전자에 의한 부하 토크가 발생하고 가속됩니다. 그러나 로터는 평형 위치를 벗어나 의도한 위치보다 앞서 움직입니다.

 

다시 고정자 극에 의해 다시 끌어당겨지지만 이로 인해 가속이 줄어들고 뒤처집니다. 회전자가 부하에 따라 평형 위치를 중심으로 진동하는 이 현상은 한동안 계속되며 '헌팅(hunting)'이라고 합니다.

 

부하가 증가함에 따라 회전 자기장과 로터 사이의 각도도 로터가 헌팅을 겪으면서 계속 증가합니다. 회전 자기장과 로터 사이의 90도 각도에서 로터는 가능한 최대 토크를 생성합니다. 이 각도가 90도를 초과하면 로터가 부하 토크를 생성하지 못하고 실속합니다.

 

 

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4. 동기 모터의 특성

• 동기 모터는 동기 속도로만 작동합니다.
• 모터의 속도는 공급 주파수를 변경하여 변경할 수 있습니다.
• 동기 모터는 자동으로 시작되지 않습니다. 동기 모터는 동기 속도에 가까운 외력이 필요하며 동기 속도에 가까워지려면 약간의 외력이 필요합니다.
• 동기 모터는 지연 역률과 선행 역률 모두에서 작동할 수 있으므로 역률 개선에 이상적입니다.

 

5. 동기 모터의 응용

• 정속 응용 분야
• 역률 보정: 동기 모터는 선행 또는 후행 역률로 작동할 수 있으므로 역률 개선에 적합합니다. 정적 커패시터를 사용할 수 없는 경우 주요 역률을 가진 동기 모터를 무부하 조건에서 전력 네트워크에 연결.
• 전압 조정
• 교류 발전기의 주파수를 변경
• 로봇 공학의 정확한 포지셔닝
• 그라인더, 펄프 비터, 암석 분쇄기, 볼 밀, 제철소, 금속 압연 공장, 시멘트 공장, 고무 및 섬유 공장, 원심 펌프, 공기 압축기, 팬, 송풍기, 라인 샤프트, 턴 테이블, 타이머, 시계, 과즙 짜는기구, 테이프 레코더 및 플레이어, 혼합물, 신호 장치, 표시, 조절 및 제어 장치.