AC 모터의 작동 원리

AC 모터는 교류의 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 장치입니다. 이는 주로 회전 전기자 또는 회전자와 함께 자기장을 생성하는 데 사용되는 전자기 권선 또는 분산 고정자 권선으로 구성됩니다. 모터는 전류가 흐르는 코일이 자기장에서 힘을 받아 회전하게 되는 원리를 기반으로 작동합니다. AC 모터는 동기 AC 모터와 유도 모터의 두 가지 유형으로 분류됩니다[1].

3-상 AC 모터의 고정자 권선은 기본적으로 120도 간격으로 떨어진 3개의 코일로, 델타 또는 스타 구성으로 연결됩니다. 3상 전류가 인가되면 각 코일에 자기장이 생성되고, 이 세 가지 자기장의 조합으로 회전 자기장이 생성됩니다.

AC 모터는 고정자와 회전자로 구성되며 동기 AC 모터와 유도 모터의 두 가지 유형으로 구분됩니다. 두 유형의 모터 모두 고정자 권선에 교류 전류를 통과시켜 회전 자기장을 생성하지만, 동기식 AC 모터의 회전자 권선에는 일반적으로 여자기로부터 직류(여기 전류) 공급이 필요합니다. 반면에 유도 전동기는 회전자 권선을 통과하는 데 전류가 필요하지 않습니다.

3상 AC 모터의 고정자 권선은 기본적으로 서로 120도 간격을 두고 삼각형 또는 별 모양으로 연결된 3개의 코일로 구성됩니다. 3상 전류가 인가되면 각 코일에 자기장이 발생하고, 이 세 가지 자기장이 결합하여 회전 자기장을 형성합니다. 전류는 완전한 진동을 완료하고 회전 자기장은 정확히 한 번 회전합니다. 따라서 회전 자기장의 분당 회전수는 N=60f입니다. 공식에서 f는 전력 주파수입니다.

AC 모터는 회전자 회전 속도에 따라 동기 모터와 비동기 모터(비동기 모터라고도 함)로 구분할 수 있습니다. 부하 크기에 관계없이 동기 모터의 회전자 속도는 항상 회전 자기장의 속도와 동일하므로 이 속도를 동기 속도라고 합니다. 위에서 언급했듯이 전원 공급 장치의 주파수에만 의존합니다. 비동기 모터의 속도는 일정하지 않으며 부하 크기와 전원 전압에 따라 달라집니다. 3-상 비동기 모터에는 정류기가 없는 것과 정류기가 있는 두 가지 유형이 있습니다. 실제 응용 분야에 사용되는 대부분의 비동기 모터는 정류기가 없는 유도 모터이며(병렬 및 직렬 3{6}}상 비동기 정류기 모터는 넓은 범위에 걸쳐 속도를 조정할 수 있고 역률이 높다는 장점이 있지만) 속도는 항상 동기 속도보다 낮습니다.

 

주요 목적

AC 전기 모터의 작동 효율은 연기, 냄새, 환경 오염 및 저소음 없이 높습니다. 일련의 장점으로 인해 산업 및 농업 생산, 운송, 국방, 상업 및 가전 제품, 의료 전기 장비 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.

 

작동 원리

비동기 모터라고도 알려진 유도 전동기는 회전 자기장에 배치된 회전자가 회전 자기장의 작용으로 회전 토크를 얻어 회전자를 회전시키는 것을 말합니다.

유도 전동기의 외관과 내부 구조. 로터는 일반적으로 다람쥐 모양의 회전 가능한 도체입니다. 고정자는 전기 모터의 비회전 부분으로, 주요 임무는 회전 자기장을 생성하는 것입니다. 회전 자기장은 기계적 방법을 통해 달성되지 않습니다. 그러나 대신에 여러 쌍의 전자석에 교류 전류가 인가되어 자극 특성이 주기적으로 변경되어 회전 자기장과 동일해집니다. 이 유형의 모터에는 DC 모터와 같은 브러시나 컬렉터 링이 없습니다. 사용되는 AC 전원 유형에 따라 단상-모터와 3상-모터가 있습니다. 단상 모터는 세탁기, 선풍기 등의 장치에 사용됩니다. 3상 전기 모터는 공장의 전력 장비로 사용됩니다. 고정자(n1의 동기 속도)에서 발생하는 회전 자기장과 회전자 권선 사이의 상대 운동을 통해 회전자 권선은 자기유도선을 절단하고 유도 기전력을 발생시켜 회전자 권선에 유도 전류를 발생시킵니다. 회전자 권선에 유도된 전류는 자기장과 상호 작용하여 전자기 토크를 생성하여 회전자를 회전시킵니다. 회전자 속도가 동기 속도에 점차 가까워짐에 따라 유도 전류가 점차 감소하고 그에 따라 발생되는 전자기 토크도 감소합니다. 비동기 모터가 모터 상태에서 작동할 때 회전자 속도는 동기 속도보다 낮습니다. 회 전자 속도 n과 동기 속도 n1의 차이를 설명하기 위해 슬립 비율이 도입됩니다.

 

 

제어 전략

전력 전자 기술, 마이크로 전자 기술, 디지털 제어 기술 및 제어 이론의 개발을 통해 AC 드라이브 시스템의 동적 및 정적 특성은 DC 드라이브 시스템과 완전히 비교할 수 있습니다. AC 드라이브 시스템은 널리 사용되어 왔으며 DC 드라이브를 AC 드라이브로 교체하는 것이 점차 현실화되었습니다.

AC 모터는 본질적으로 비선형성, 다중 변수, 강한 결합, 시간-변수 매개변수 및 큰 외란을 갖는 복잡한 객체라는 사실로 인해 AC 모터의 효과적인 제어는 국내외적으로 항상 뜨거운 연구 주제였으며 다양한 제어 전략 및 방법이 제안되었습니다. 그 중 기존 선형 제어는 부하, 모델 매개변수의 대규모-변화 및 비선형 요인의 영향을 극복할 수 없어 제어 성능이 저하됩니다. 벡터 제어와 직접 토크 제어에도 몇 가지 문제가 있습니다. 최근 몇 년 동안 현대 제어 및 지능형 제어 이론이 개발되면서 고급 제어 알고리즘이 AC 모터 제어에 적용되어 특정 결과를 얻었습니다[2].

정상상태 모델 제어 방법

일반적으로 사용되는 정상 상태{0}}모델 제어 방식에는 개방형-루프 상수 v/f 비율 제어(예: 전압/주파수=상수) 및 폐쇄형-루프 슬립 주파수 제어가 포함됩니다.

(1) 정전압 주파수 비율 제어

이 방식은 가변 전압 및 주파수 변환의 기본 제어 모드에서 시작하며 속도 피드백을 포함하지 않는 개방형{0}}루프 제어 방식입니다. 정격 주파수 이하에서 전압을 일정하게 유지하고 주파수만 감소시키면 공극 자속이 너무 커져서 자기 포화가 발생하고 심한 경우 모터가 소손됩니다. 일정한 공극 자속을 유지하기 위해 유도 전위 대 주파수의 일정한 비율이 제어에 사용됩니다.

 

 

일반적인 결함

AC 모터는 마찰, 진동, 절연 노화 및 기타 이유로 인해 작동 중 오작동을 일으키기 쉽습니다. 이러한 결함을 적시에 점검하고 발견하여 제거하면 사고 발생을 효과적으로 예방할 수 있습니다.

공통 결함 검사

1. 소리를 듣고 고장 지점을 주의 깊게 파악합니다. AC 비동기 모터 작동 중에 변동 없이 희미한 "윙윙" 소리가 발견되면 이는 정상적인 소리입니다. 소리가 거칠고 날카로운 "윙윙" 또는 "쉭쉭" 소리가 나면 결함의 전조입니다. 다음과 같은 이유를 고려해야 합니다.

(l) 철심이 헐거워진 모터의 진동 및 온도변화는 철심의 고정볼트의 변형을 초래하여 실리콘강판이 헐거워지고 큰 전자파 소음을 발생시킬 수 있습니다.

(2) 냉각팬에서 발생하는 로터의 회전에 의해 발생하는 소리는 '우우우' 소리입니다. 드럼을 두드리는 듯한 "동동" 소리가 나는 경우는 급출발, 정지, 역제동 및 기타 변속 상황에서 모터의 가속 토크로 인해 로터 철심과 샤프트 사이의 끼워맞춤이 느슨해져서 발생합니다. 가벼운 케이스는 계속 사용할 수 있고, 심각한 케이스는 분해하여 점검 및 수리가 가능합니다.

(3) 베어링 소음 모터 작동 중에는 베어링 소리의 변화에 ​​주의할 필요가 있습니다. 드라이버의 한쪽 끝을 베어링 커버에, 다른 쪽 끝을 귀에 대면 모터 내부 소리의 변화를 들을 수 있습니다. 부품과 결함에 따라 소리가 다릅니다. "삐걱거리는" 소리는 베어링 내부의 롤링 건의 불규칙한 움직임으로 인해 발생하며 이는 베어링의 간극 및 윤활 그리스 상태와 관련이 있습니다. "지글지글" 소리는 금속 마찰음으로, 일반적으로 마모로 인해 베어링에 오일이 부족하여 발생합니다. 베어링을 분해하고 그리스 등으로 윤활해야 합니다.

2. 후각을 이용하여 고장난 모터가 정상 작동 시 냄새가 나지 않는지 분석합니다. 냄새가 난다면 결함 신호입니다. 예를 들어, 타는 냄새는 단열재 그릴에서 방출되며 모터 온도가 올라가면 연기가 날 수도 있습니다. 기름 탄 냄새가 나는 경우는 대부분 베어링 내부에 기름이 부족하기 때문이며, 건식 분쇄 상태에 가까워졌을 때 기름과 가스가 증발하여 발생하는 냄새입니다.

3. 촉각을 사용하여 결함을 확인하십시오. 손으로 TV 케이스를 만지면 대략적인 온도를 확인할 수 있습니다. 모터 케이싱을 손으로 만졌을 때 매우 뜨겁고 온도 값이 높다면 과도한 부하, 고전압 등 원인을 확인하고 원인에 따라 문제를 해결해야 합니다.