찰스 프로테우스 슈타인메츠가 미국에 도착한 후 처음 맡은 일은 브러시 정류 모터의 교류 버전 설계에서 발생한 문제를 조사하는 것이었습니다. 상황이 너무 나빠서 실제 건설 전에 모터를 설계할 수 없었습니다.
모터 설계의 성공 여부는 실제로 제작되고 테스트되기 전까지 알 수 없습니다. 그는 해결책을 찾기 위해 자기 히스테리시스 법칙을 공식화했습니다. 히스테리시스는 자화력에 비해 자기장 강도가 뒤떨어지는 것입니다. 이것은 DC 자기장에는 없는 손실을 발생시킵니다.
낮은 히스테리시스 합금과 합금을 얇은 절연 적층판 으로 분쇄하는 기술 을 사용하면 제작하기 전에 AC 정류자 모터를 정확하게 설계할 수 있었습니다.
비슷한 DC 모터와 마찬가지로 AC 정류자 모터는 AC 유도 모터 보다 시동 토크가 더 높고 속도가 더 빠릅니다 .
시리즈 모터는 기존 AC 모터의 동기 속도보다 훨씬 더 높은 속도로 작동합니다. AC 정류자 모터는 단상 또는 다상일 수 있습니다. 단상 AC 버전은 다상 모터에는 없는 이중선 주파수 토크 맥동을 겪습니다.
정류자 모터는 유도 모터보다 훨씬 더 빠른 속도로 작동할 수 있으므로 비슷한 크기의 유도 모터보다 더 많은 전력을 출력할 수 있습니다. 그러나 정류자 모터는 브러시와 정류자 마모로 인해 유도 모터만큼 유지 관리가 필요하지 않습니다.
단상 직렬 모터
적층된 자기장을 갖춘 DC 시리즈 모터가 AC에 연결되면, 자기장 코일의 지연 리액턴스가 자기장 전류를 상당히 감소시킵니다. 그러한 모터는 회전하지만 작동은 미미합니다.
시동 시, 브러시에 의해 단락된 정류자 세그먼트에 연결된 전기자 권선은 필드로 단락된 변압기 턴처럼 보입니다. 이로 인해 전기자가 회전하기 시작하면서 브러시에서 상당한 아크와 스파크가 발생합니다.
속도가 증가함에 따라 이 문제는 덜 심각해지고, 이는 정류자 세그먼트 간에 아크와 스파크를 공유합니다. 지연 리액턴스와 아크 브러시는 고속으로 작동하는 매우 작은 무보상 시리즈 AC 모터에서만 허용됩니다. 핸드 드릴과 주방 믹서보다 작은 시리즈 AC 모터는 무보상일 수 있습니다. (아래 그림)
보상되지 않은 시리즈 AC 모터
보상형 시리즈 모터
아크와 스파크는 고정자에 보상 권선을 배치하고 전기자가 전기자의 AC mmf와 상쇄되도록 전기자의 자기기전력(mmf)을 상쇄하도록 함으로써 완화됩니다.
더 작은 모터 공기 간격과 더 적은 필드 턴은 전기자와 직렬로 지연 리액턴스를 줄여 역률을 개선합니다 . 매우 작은 AC 정류자 모터를 제외한 모든 모터는 보상 권선을 사용합니다. 주방 믹서에 사용되는 모터만큼 크거나 더 큰 모터는 보상된 스테이터 권선을 사용합니다.
보상형 시리즈 AC 모터
유니버셜 모터
DC 또는 AC에서 작동하는 소형(300와트 미만) 범용 모터를 설계하는 것이 가능합니다 . 매우 작은 범용 모터는 보상되지 않을 수 있습니다. 더 큰 고속 범용 모터는 보상 권선을 사용합니다.
모터는 AC에서 발생하는 리액턴스로 인해 DC보다 AC에서 더 느리게 작동합니다. 그러나 사인파의 피크는 자기 경로를 포화시켜 총 플럭스를 DC 값 아래로 줄여 "시리즈" 모터의 속도를 높입니다.
따라서 상쇄 효과는 DC에서 60Hz까지 거의 일정한 속도를 초래합니다. 3000~10,000rpm이 필요한 드릴, 진공 청소기, 믹서와 같은 소형 라인 작동 기기는 범용 모터를 사용합니다.
하지만 고체 정류기와 저렴한 영구 자석의 개발로 인해 DC 영구 자석 모터가 실행 가능한 대안이 되고 있습니다.
반발 모터
반발 모터는 AC 라인 전압에 직접 연결된 필드와 필드 축에서 15 ° ~25 ° 오프셋된 한 쌍의 단락된 브러시로 구성됩니다 . 필드는 단락된 전기자로 전류 흐름을 유도하며, 전기자의 자기장은 필드 코일의 자기장과 반대입니다.
속도는 필드 축에 대해 브러시를 회전시켜 제어할 수 있습니다. 이 모터는 동기 속도 아래에서 우수한 정류를 가지고, 동기 속도 위에서는 열등한 정류를 가지고 있습니다. 낮은 시동 전류는 높은 시동 토크를 생성합니다.
반발 AC 모터
반발 시동 유도 전동기
유도 모터가 압축기와 같은 하드 스타팅 부하를 구동할 때, 반발 모터의 높은 스타팅 토크가 활용될 수 있습니다. 유도 모터 로터 권선은 단락된 브러시 한 쌍으로 스타팅하기 위해 정류자 세그먼트로 나옵니다.
주행 속도에 가까워지면 원심 스위치가 모든 정류자 세그먼트를 단락시켜 다람쥐 케이지 로터 효과를 냅니다. 브러시를 들어올려 브러시 수명을 연장할 수도 있습니다. 시작 토크는 순수 유도 모터의 경우 200% 미만인 반면, 전체 속도 값의 300%~600%입니다.
요약: AC 정류자 모터
- 단상 시리즈 모터는 DC 정류자 모터와 같은 모터를 만들려는 시도입니다. 그 결과 모터는 가장 작은 크기에서만 실용적입니다.
- 보상 권선을 추가하면 보상된 시리즈 모터가 생성되어 과도한 정류자 스파크를 극복합니다. 대부분의 AC 정류자 모터는 이 유형입니다. 고속에서 이 모터는 동일한 크기의 유도 모터보다 더 많은 전력을 제공하지만 유지 관리가 필요 없습니다.
- AC 또는 DC로 구동되는 소형 가전제품 모터를 생산할 수 있습니다. 이를 범용 모터 라고 합니다 .
- AC 라인은 브러시에 의해 단락된 정류자를 통해 반발 모터 의 고정자에 직접 연결됩니다 .
- 수축식 단락 브러시는 권선형 로터 유도 모터를 시동할 수 있습니다. 이를 반발 시동 유도 모터라고 합니다 .