교류 모터는 전기를 생성할 수 있지만, 그 생성 능력은 작동 모드에 따라 달라집니다. 교류 모터는 본질적으로 "모터"와 "발전기"의 결합체이며, 핵심 원리는 전자기 유도 법칙에 기반합니다. "전기" 또는 "발전" 기능 간의 전환은 에너지 입력 방식(전기 에너지 → 기계 에너지 또는 기계 에너지 → 전기 에너지)을 변경해야만 가능합니다.
1. 핵심 원리 : 전자기 유도의 "양방향성"
AC 모터의 "전기 모드"와 "발전 모드"는 모두 전자기 유도를 중심으로 돌아가며 유일한 차이점은 "에너지 흐름 방향"입니다.
전기 모드(전력 소비): 외부 입력 AC 전원 → 고정자 권선에서 회전 자기장 생성 → 자기장이 회전자(도체 또는 권선)를 구동하여 자기 유도선을 절단 → 회전자에서 유도 전류 생성 → 전류가 자기장에서 암페어 힘을 받음 → 회전자 회전 구동(전기 에너지 → 기계적 에너지).
발전모드(발전) : 외부의 기계적 힘(엔진, 풍차, 수차 등)으로 회전자를 회전시킨다 → 회전자(영구자석 또는 여자권선)에서 발생한 자기장이 회전자와 함께 회전한다 → 고정자 권선에 의해 자기유도선이 절단되어 회전한다 → 고정자 권선이 교류기전력을 유도한다 → 부하에 연결된 후 교류전류를 출력한다(기계적 에너지 → 전기 에너지).
2. 교류 모터 발전의 3가지 핵심 조건
모든 AC 모터가 단순히 전원을 켜는 것만으로 전기를 생성할 수 있는 것은 아닙니다. 효과적인 전기 에너지를 출력하려면 다음 세 가지 핵심 조건이 충족되어야 합니다.
1. "회전 자기장"(자기원)이 있어야 합니다.
고정자 권선에 기전력을 유도하기 위해서는 먼저 “가변 자기장”이 필요하며(회전 자기장이 가장 전형적인 형태임), 자기장의 발생원은 크게 두 가지로 구분된다.
영구자석형: 회전자 자체가 영구자석(예: 영구자석 동기 전동기)으로 되어 있어 추가 전원 공급이 필요 없고 회전 시 직접 회전 자기장을 생성합니다. 구조가 간단하여 소형 발전기(예: 가정용 풍력 터빈, 휴대용 발전 장비)에 널리 사용됩니다.
여자형: 회전자는 일반적인 권선(비동기 모터 및 동기 발전기 등)으로, 회전자에서 자기장(전자석과 유사)을 생성하기 위해 외부 "여자 전류"(DC 또는 AC)가 필요합니다.
2. “기계적 구동력”(역 토크 극복)이 있어야 합니다.
발전의 본질은 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것이므로 회전자를 회전시키기 위한 외부 기계적 힘이 필요하며 속도는 두 가지 요구 사항을 충족해야 합니다.
"동기 속도"보다 높음(동기 전동기의 경우): 동기 전동기의 발전 주파수(예: 50Hz)는 속도와 엄격히 관련되어 있습니다(수식: 속도 n=60f/p, f는 주파수, p는 극수). 속도는 기계적 힘으로 정밀하게 제어되어야 안정적인 출력 주파수를 확보할 수 있습니다(예: 발전소의 증기 터빈 발전기).
슬립율에 해당하는 임계 속도 이상(비동기 모터의 경우): 비동기 모터가 전기를 생성할 때, 고정자 권선이 자기장을 차단하고 전기 에너지를 생성하기 위해서는 회전자 속도가 고정자 회전 자기장의 속도보다 약간 높아야 합니다("초동기 속도")(그렇지 않으면 단지 "전기적 동작"일 뿐입니다).
3. "폐쇄 루프"(부하 또는 에너지 저장)가 있어야 합니다.
고정자 권선은 "교류 기전력"을 유도하는데, 이 기전력은 "교류 전류"를 형성하기 위해 폐쇄 회로(저항 부하, 배터리 또는 전력망 등)에 연결되어야 합니다. 개방 회로(부하 없음)가 있는 경우 기전력만 존재하고 전기 에너지 출력은 없으며 고전압으로 인해 권선 절연이 손상될 수 있습니다.