AC 모터가 연속 회전을 달성할 수 있는 이유는 무엇입니까?

AC 모터가 연속 회전을 달성할 수 있는 이유는 전자기 유도 원리와 회전 자기장의 효과를 활용하고, 전기 에너지를 기계 에너지로 안정적으로 변환하는 특수 구조 설계에 있습니다. AC 모터의 주요 구조와 작동 원리는 다음 두 가지 측면에서 분석할 수 있습니다.

AC 모터는 주로 고정자와 회전자라는 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 이 두 부분의 협력적인 작동은 회전을 실현하는 데 필수적입니다.

스테이터: 모터의 고정부인 고정자의 핵심 구성 요소는 고정자 코어와 고정자 권선입니다. 고정자 코어는 일반적으로 실리콘 강판을 적층하여 형성되며, 이는 와전류 손실을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 코어 안쪽에는 고정자 권선을 매립하기 위한 슬롯이 고르게 분포되어 있습니다. 고정자 권선은 일반적으로 에나멜 구리선으로 만들어지며, 특정 규칙에 따라 3상 권선으로 연결됩니다(대부분의 산업용 AC 모터는 3상 모터입니다). 이 권선은 3상 AC 전원 공급 장치에 연결됩니다. 권선에 전류가 흐르면 고정자는 회전 자기장을 생성하고, 이 자기장이 모터를 회전시키는 "전원" 역할을 합니다.

축차: 로터는 모터의 회전 부분이며 일반적으로 농형 로터와 권선형 로터의 두 가지 유형으로 나뉩니다.농형 로터는 로터 코어, 로터 권선(구리 막대 또는 알루미늄 막대), 엔드 링으로 구성된 간단한 구조를 가지고 있습니다.로터 권선은 "케이지"처럼 코어의 슬롯에 내장되어 있으며 양쪽 끝에서 엔드 링을 통해 단락됩니다.반면에 권선형 로터는 코어의 슬롯에 내장된 절연층이 있는 권선을 가지고 있습니다.권선의 두 끝은 슬립 링과 브러시를 통해 유도되며 외부 저항을 연결하여 모터의 성능을 조정할 수 있습니다.로터의 핵심 기능은 고정자의 회전 자기장의 작용으로 유도 전류를 생성한 다음 전자기력에 의해 회전하도록 밀어내는 것입니다.

AC 모터의 회전은 "회전 자기장 생성 - 유도 전류 형성 - 전자기력에 의한 회전"의 완전한 과정에 의존합니다. 가장 널리 사용되는 3상 비동기 AC 모터를 예로 들어 보겠습니다.

회전 자기장 생성: 고정자의 3상 권선이 대칭 3상 AC 전원 공급 장치에 연결되면 권선의 각 상은 시간에 따라 사인파로 변하는 교류 전류를 생성합니다. 3상 전류 간의 120° 위상 차이로 인해 고정자 코어에서 이들에 의해 공동으로 여기되는 결합 자기장은 정지하지 않고 모터 축을 중심으로 안정적인 속도(동기 속도라고 함)로 회전하여 "회전 자기장"을 형성합니다. 동기 속도의 크기는 전원 공급 주파수와 모터 고정자 권선의 극 쌍 수에 따라 다음 공식에 따라 결정됩니다. n₀ = 60f/p(여기서 n₀는 동기 속도(r/min), f는 전원 공급 주파수(Hz), p는 극 쌍 수).

로터 유도 전류 및 전자기력: 회전 자기장의 자기장 선은 회전자 권선(또는 회전자 막대)을 절단합니다. 전자기 유도 법칙에 따라 회전자 권선에 유도 기전력이 발생합니다. 회전자 권선은 엔드 링(또는 외부 회로)을 통해 폐회로를 형성하므로, 유도 기전력은 회전자 권선에 전류를 흐르게 하여 "회전자 유도 전류"를 생성합니다. 이 시점에서 유도 전류가 흐르는 회전자 도체는 고정자의 회전 자기장 내에 있습니다. 플레밍의 왼손 법칙에 따라 회전자 도체는 전자기력의 작용을 받습니다. 이러한 전자기력이 모터의 회전자 축에 가하는 총 토크를 "전자기 토크"라고 합니다.

연속 회전 및 "비동기" 특성: 전자기 토크에 의해 구동되는 모터의 회전자는 회전 자기장 방향으로 회전하기 시작하여 점차 가속됩니다. 그러나 회전자의 속도(회전자 속도 n이라고 함)는 고정자 회전 자기장의 동기 속도 n₀에 도달할 수 없다는 점에 유의해야 합니다. 이는 회전자 속도가 동기 속도와 같으면 회전자 도체와 회전 자기장 사이에 상대 운동이 없고, 자기장 선이 회전자 도체를 절단할 수 없기 때문입니다. 결과적으로 회전자 유도 전류와 전자기 토크가 모두 사라지고, 회전자는 저항으로 인해 감속합니다. 따라서 회전자 속도는 항상 동기 속도보다 낮습니다. 이러한 "속도 차이"는 회전자 유도 전류와 전자기 토크를 유지하는 데 필요한 조건이며, "비동기 전동기"라는 명칭의 유래이기도 합니다(속도 차이와 동기 속도의 비를 슬립율 s라고 하며, s = (n₀ – n)/n₀이고, 정상 운전 시 s는 일반적으로 0.01~0.05 사이입니다). 이러한 "회전 자기장이 회전자를 구동하고 속도 차이가 동력을 유지한다"는 메커니즘을 통해 AC 전동기는 연속적이고 안정적인 회전을 달성하여 다양한 기계 장비를 구동합니다.