교류 모터
아마도 단상 교류 전원에 비해 다상 교류 전원의 가장 중요한 이점은 교류 모터의 설계와 작동일 것입니다.
이 책의 첫 번째 장에서 공부했듯이, 일부 유형의 AC 모터는 구조가 발전기(발전기) 대응 제품과 거의 동일하여 고정 와이어 권선과 회전 자석 조립으로 구성됩니다. (다른 AC 모터 설계는 이렇게 간단하지 않지만, 이러한 세부 사항은 다른 수업에서 다루겠습니다.)
시계 방향으로 AC 모터가 작동합니다.
회전하는 자석이 전자석 권선(코일)에 에너지를 공급하는 교류 전류의 주파수를 따라갈 수 있다면, 계속해서 시계 방향으로 당겨질 것입니다. (위 그림)
그러나 시계 방향이 이 모터의 샤프트가 회전하는 유일한 유효한 방향은 아닙니다. 아래 그림과 같은 AC 전압 파형에 의해 반시계 방향으로도 쉽게 전원을 공급할 수 있습니다.
반시계 방향으로 AC 모터가 작동합니다.
AC 모터 시작
정확히 동일한 극성 순환 순서(전압, 전류, 코일에서 생성되는 자기 극)로 자기 회전자는 어느 방향으로든 회전할 수 있다는 점에 유의하세요.
이것은 모든 단상 AC " 유도 " 및 " 동기 " 모터의 공통적인 특성입니다. 이들은 정상적이거나 "올바른" 회전 방향이 없습니다. 이 시점에서 자연스럽게 제기되는 질문은 모터가 어느 방향으로든 잘 작동할 수 있다면 어떻게 의도한 방향으로 시동될 수 있을까요?
답은 이 모터가 시작하는 데 약간의 도움이 필요하다는 것입니다. 특정 방향으로 회전하도록 한 번 도움을 받으면 권선에 AC 전원이 유지되는 한 계속 그 방향으로 회전합니다.
단상 AC 모터가 한 방향으로 구동되기 위해 "도움"이 어디에서 오는지는 다양할 수 있습니다.
일반적으로 이는 주 전원과 위상이 다른 AC 전압으로 전원이 공급되고 주 전원과 다르게 배치된 추가 권선 세트에서 발생합니다. (아래 그림)
단방향 시동 AC 2상 모터.
이러한 보충 코일은 일반적으로 두 권선 세트 사이에 전류의 위상 변화를 도입하기 위해 커패시터와 직렬로 연결됩니다. (아래 그림)
커패시터 위상 이동은 두 번째 위상을 추가합니다.
이러한 위상 변화로 인해 코일 2a 및 2b에서 생성되는 자기장은 코일 1a 및 1b에서 생성되는 자기장과 동일하게 위상이 어긋납니다.
그 결과, 명확한 위상 회전을 가진 자기장 세트가 생성됩니다. 회전하는 자석을 명확한 방향으로 끌어당기는 것은 바로 이 위상 회전입니다.
다상 AC 모터 시작
다상 AC 모터는 특정 방향으로 회전하기 위해 그런 속임수가 필요하지 않습니다. 공급 전압 파형이 이미 특정 회전 순서를 가지고 있기 때문에 모터의 고정 권선에서 생성되는 해당 자기장도 마찬가지입니다.
사실, 세 개의 위상 권선 세트가 함께 작동하면 회전 자기장 이라고 불리는 것이 생성됩니다 . 회전 자기장이라는 개념이 니콜라 테슬라가 세계 최초의 다상 전기 시스템(단순히 더 간단하고 효율적인 모터를 만들기 위해)을 설계하도록 영감을 주었습니다.
다상 전력이 단상 전력에 비해 선전류와 안전성 측면에서 유리하다는 사실은 나중에 발견되었습니다.
선형 스트링 조명 비유
혼란스러울 수 있는 개념도 비유를 통해 훨씬 더 명확하게 이해될 수 있습니다.
크리스마스 장식에 사용되는 것과 같은 깜빡이는 전구 줄을 본 적이 있습니까? 일부 줄은 전구가 번갈아가며 빛나고 어두워지면서 특정 방향으로 "움직이는" 것처럼 보입니다. 다른 줄은 명백한 움직임 없이 켜지고 꺼질 뿐입니다. 두 가지 유형의 전구 줄의 차이점은 무엇입니까?
정답은 위상 변화입니다!
(아래 그림)과 같이 주어진 시간에 전구가 하나씩 켜지는 전구줄을 조사해 보세요.
위상 순서 1-2-1-2: 램프가 움직이는 것처럼 보입니다.
모든 "1" 전구가 켜지면 "2" 전구는 어두워지고 그 반대도 마찬가지입니다. 이러한 깜박임 시퀀스에서는 전구의 빛에 대한 명확한 "움직임"이 없습니다.
당신의 눈은 오른쪽에서 왼쪽으로와 마찬가지로 왼쪽에서 오른쪽으로 "움직임"을 쉽게 따를 수 있습니다. 기술적으로, "1"과 "2" 전구 깜박임 시퀀스는 180° 위상이 다릅니다(정확히 서로 반대).
이는 단상 AC 모터와 유사합니다. 단상 AC 모터는 어느 방향으로든 쉽게 작동할 수 있지만 자기장 변화에 명확한 "회전"이 없기 때문에 스스로 시작할 수 없습니다.
이제 두 세트의 전구 대신 세 세트의 전구를 순서대로 배열한 전구 줄을 살펴보겠습니다. 그리고 이 세 세트는 아래 그림과 같이 서로 위상이 모두 다릅니다.
위상 순서: 1-2-3: 전구가 왼쪽에서 오른쪽으로 움직이는 것처럼 보입니다.
조명 순서가 1-2-3인 경우(위 그림 참조) 전구가 왼쪽에서 오른쪽으로 "움직이는" 것처럼 보입니다.
원형 전구줄 비유
이제 아래 그림처럼 깜빡이는 전구줄이 원형으로 배열되어 있는 것을 상상해보세요.
원형 배열; 전구가 시계 방향으로 회전하는 것처럼 보입니다.
이제 위 그림의 빛은 직선 대신 원 주위에 배열되었기 때문에 시계 방향으로 "움직이는" 것처럼 보입니다.
전구의 위상 순서가 반전되면 운동의 모습도 반전되는 것은 놀라운 일이 아닙니다.
깜박임 패턴은 위상 순서에 따라 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 움직이는 것처럼 보입니다.
이는 아래 그림에서 3개의 서로 다른 위상 변이의 전압원에 의해 활성화되는 3세트의 권선을 갖춘 3상 AC 모터와 유사합니다.
3상 AC 모터: 1-2-3 위상 순서는 자석을 시계 방향으로 회전시키고, 3-2-1 위상 순서는 자석을 시계 반대 방향으로 회전시킵니다.
180° 미만의 위상 변화로 우리는 자기장의 진정한 회전을 얻습니다. 단상 모터의 경우, 자체 시동에 필요한 회전 자기장은 용량성 위상 변화를 통해 생성되어야 합니다. 다상 모터의 경우, 필요한 위상 변화가 이미 존재합니다.
또한 다상 모터의 샤프트 회전 방향은 매우 쉽게 반전됩니다. 모터로 가는 두 개의 "핫" 와이어를 바꾸기만 하면 반대 방향으로 작동합니다!
검토:
- AC "유도" 및 "동기" 모터는 고정된 와이어 권선에서 생성된 교류 자기장을 따라 회전 자석이 움직이는 방식으로 작동합니다.
- 이 유형의 단상 AC 모터는 특정 방향으로 회전을 시작하는 데 도움이 필요합니다.
- 이러한 모터의 자기장에 180° 미만의 위상 변화를 도입함으로써 샤프트 회전의 확실한 방향을 확립할 수 있습니다.
- 단상 유도 전동기는 종종 커패시터와 직렬로 연결된 보조 권선을 사용하여 필요한 위상 변화를 생성합니다.
- 다상 모터의 경우 이런 조치가 필요하지 않습니다. 회전 방향은 전원을 공급하는 전압의 위상 순서에 따라 고정됩니다.
- 다상 AC 모터에서 두 개의 "핫" 와이어를 바꾸면 위상 순서가 반전되어 샤프트 회전이 반전됩니다.