이미지에서 볼 수 있듯이 동기 모터에는 두 가지 주요 부분이 있습니다. 외부의 고정자 그리고 중앙에 로터.고정자는 회전 자기장을 생성하는 3상 AC 전원에 연결됩니다.반대쪽에 있는 회전자에는 DC 전원이 공급되어 자석이 됩니다.모터가 작동하면 회전자는 고정자의 회전 자기장에 고정되어 동일한 속도로 회전합니다.이것이 동기 모터가 일정하고 고정된 속도로 작동하는 이유입니다.

동기 모터의 작동 방식

회전자가 회전 자기장의 속도에 가깝게 회전하면 고정자와 회전자 사이의 자기력이 서로 "고정"될 만큼 강해집니다.이런 일이 발생하면 로터는 자기장과 정확히 동일한 속도로 회전하기 시작합니다.이를 동기 속도라고 합니다.

로터가 잠긴 후 모터는 꾸준하고 일정한 속도로 작동합니다.부하의 작은 변화는 이 속도에 영향을 미치지 않습니다.로터가 회전 자기장에 고정되어 있는 한 모터는 계속 원활하게 작동합니다.그러나 부하가 너무 무거워지면 로터의 잠금이 해제되어 모터가 정지할 수 있습니다.

정상 작동 중에 회전자의 DC는 자석을 강하게 유지하고 고정자의 3상 AC는 자기장 회전을 유지합니다.둘 다 작동하는 한 모터는 미끄러짐 없이 동기 속도로 작동합니다.

동기 모터의 특징

• 일정한 속도 - 동기 모터는 무부하부터 최대 부하까지 항상 동일한 속도로 작동합니다.부하가 너무 크지 않는 한 속도가 느려지지 않습니다.

• 동기 속도로 실행 - 로터는 회전 자기장의 정확한 속도로 회전하며 미끄러짐이 없습니다.

• 두 배로 흥분되는 기계 - 두 가지 전원을 사용합니다.

– 고정자용 3상 AC

– 로터용 DC 공급

• 자체 시작되지 않음 - 자체 기동은 불가능하며 댐퍼 권선이나 외부 모터 등의 기동 방식이 필요합니다.

• 역률 제어 - DC 공급을 조정하면 모터가 지연, 진상 또는 단위 역률에서 작동할 수 있습니다.

• 고효율 - 동기 모터는 일반적으로 효율이 좋고 안정적인 성능을 제공합니다.

• 전력 시스템을 개선할 수 있음 - 과여자되면 축전기처럼 동작하여 전체 시스템의 역률을 향상시킬 수 있습니다.

동기 모터의 시동 방법

동기식 모터는 자체적으로 시작할 수 없으므로 회전자가 회전 자기장에 고정되기 전에 회전자를 동기 속도에 가깝게 만드는 데 사용되는 5가지 시동 방법은 다음과 같습니다.

첫 번째방법:댐퍼 와인딩 사용(Amortisseur 와인딩이라고도 함)

이 방법에서는 유도 전동기와 유사하게 특수 막대가 회전자에 배치됩니다.모터가 켜지면 이 막대는 모터가 유도 모터처럼 시동하는 데 도움이 됩니다.모터가 동기 속도에 가까워지면 DC 공급이 회전자에 제공되고 모터는 동기 속도로 고정됩니다.이것은 가장 일반적이고 간단한 시작 방법입니다.

두 번째방법:포니 모터 사용

포니 모터는 로터를 회전시키는 데 사용되는 작은 별도의 모터입니다.먼저 동기 모터를 동기 속도에 가깝게 만듭니다.속도가 일치하면 포니 모터의 연결이 끊어지고 동기 모터가 회전 자기장을 이어받아 고정됩니다.이 방법은 매우 큰 모터에 사용됩니다.

세 번째방법:가변 주파수 드라이브(VFD) 사용

VFD는 공급 주파수를 0에서 정격 주파수까지 천천히 증가시킵니다.주파수가 증가함에 따라 동기 모터는 특별한 시동 장치 없이도 부드럽게 속도를 높입니다.모터가 정상 주파수에 도달하면 동기 속도로 작동합니다.이것은 현대적이고 효율적인 시동 방법입니다.

넷째방법:슬립 링 및 외부 저항기 사용

슬립 링이 있는 모터에서는 전류를 제한하고 회전자가 안전하게 더 높은 속도에 도달하도록 돕기 위해 시동 중에 외부 저항기를 연결할 수 있습니다.모터가 속도를 얻은 후 저항기가 제거되고 로터가 DC로 여자되어 동기식 작동을 달성합니다.

다섯번째방법:부하를 줄이는 것부터 시작하다

때로는 시동 중에 부하가 감소되거나 연결이 끊어지면 모터가 더 쉽게 시동될 수 있습니다.모터가 동기 속도에 가까워지고 잠기면 부하가 다시 연결됩니다.이 방법은 간단하지만 부하를 제어할 수 있는 경우에만 유용합니다.

동기 모터의 유형

동기 모터는 로터가 어떻게 구성되고 여자되는지에 따라 주로 두 가지 기본 유형으로 나뉩니다.

비돌극(원통형 로터) 모터

비돌출극 모터에는 눈에 보이는 극이 없는 부드럽고 둥근 회전자가 있습니다.로터가 균일하고 균형이 잡혀 있기 때문에 모터가 흔들리지 않고 고속으로 작동할 수 있습니다.이러한 모터는 발전소 등 빠르고 안정적인 회전이 필요한 곳에 주로 사용됩니다.

돌출극 모터

돌출 극 모터에는 작은 이빨처럼 튀어나온 극이 있는 회전자가 있습니다.이 설계는 모터가 낮은 속도에서 더 많은 토크를 생성하는 데 도움이 됩니다.이 모터는 저속에서 중속까지 강력하고 안정적인 출력이 필요한 펌프 및 압축기와 같은 기계 공장에서 사용됩니다.

여기 방법 유형에 따라:

상처장 동기 모터

권선형 동기 모터에는 DC 전원이 필요한 권선이 있는 회전자가 있습니다.DC 전원은 회전자를 자석처럼 작동하게 만듭니다.이러한 유형의 모터는 DC 양을 조정하여 모터의 성능과 역률을 제어할 수 있기 때문에 산업 분야에서 일반적입니다.

영구자석 동기모터(PMSM)

영구 자석 동기 전동기는 권선 대신 회전자에 자석이 있습니다.이는 DC 전원이나 슬립 링이 필요하지 않음을 의미합니다.이러한 모터는 효율이 매우 높으며, 에너지를 절약하고 원활하게 작동하기 때문에 전기자동차, 로봇, 가전제품에 사용됩니다.

동기식 릴럭턴스 모터

동기식 릴럭턴스 모터에는 자석이 없고 회전자에 권선도 없습니다.로터는 자기장을 따르도록 설계된 금속 모양의 금속입니다.이는 모터를 간단하고 강력하며 저렴하게 만듭니다.팬, 펌프 및 기타 일상 기계에 자주 사용됩니다.

히스테리시스 모터

히스테리시스 모터에는 특수 자성 재료로 만들어진 회전자가 있습니다.유도 전동기처럼 부드럽게 시작한 다음 동기 속도로 고정됩니다.이 모터는 매우 조용하게 작동하므로 조용하고 안정적인 작동이 필요한 시계, 타이머, 기기에 사용됩니다.

모터가 역률을 개선하는 방법

동기 모터는 회전자의 DC 여기를 조정하여 역률을 향상시킬 수 있습니다.회전자에 더 많은 DC 전류(과여자)가 공급되면 모터는 유도성 부하로 인해 발생하는 지연 무효 전력을 상쇄하는 선행 무효 전력을 생성합니다.결과적으로 시스템의 전체 역률은 더 좋아지고 종종 1에 가까워집니다.이것이 바로 동기 모터가 부하 구동용일 뿐만 아니라 산업계의 역률 보정 장치로도 사용되는 이유입니다.

동기 모터의 V 곡선 동작

Figure 3. V Curve Behavior of Synchronous Motor.png

그림 3. 동기 모터의 V 곡선 동작

V-곡선은 동기 모터의 역률이 DC 계자 전류에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다.낮은 DC 여기에서 모터는 지연 역률로 작동합니다.DC 공급을 늘리면 역률이 향상되어 1에 도달합니다.DC 계자 전류를 계속 증가시키면 모터는 선행 역률로 이동합니다.이 값을 그래프로 그리면 문자 "V" 모양의 곡선이 형성되므로 이를 V 곡선이라고 합니다.

동기모터의 장점과 단점

동기 모터의 장점:

• 일정하고 고정된 속도로 실행됩니다.

• DC 공급을 조정하여 역률을 개선할 수 있습니다.

• 효율성이 높습니다.

• 저속, 고전력 작업에 적합합니다.

• 과도하게 여자되면 커패시터처럼 작동할 수 있습니다.

동기 모터의 단점:

• 자체적으로 시작할 수 없습니다.

• 유도 전동기에 비해 더 복잡하고 비용이 많이 듭니다.

• 로터에는 별도의 DC 공급이 필요합니다.

• 과부하 상태에서 동기성을 잃으면 정지할 수 있습니다.

• 더 많은 유지 관리가 필요합니다(특히 슬립 링 및 브러시).

동기 모터 응용

정속 기계 - 모터가 항상 동일한 속도를 유지하므로 펌프, 압축기 및 컨베이어에 적합합니다.

역률 개선 - 과여자 시 모터는 전기 시스템의 열악한 역률을 교정하여 에너지를 절약하고 손실을 줄이는 데 도움을 줍니다.

대형 송풍기 및 팬 - 꾸준하고 안정적인 공기 흐름이 필요한 환기 및 냉각 시스템에서 잘 작동합니다.

중공업 장비 - 강한 토크와 안정적인 작동이 요구되는 압연기, 파쇄기, 믹서기에 적합합니다.

발전소의 동기식 콘덴서 - 무효전력을 공급하거나 흡수하여 전압을 조절하고 시스템의 안정성을 유지하는데 도움을 줍니다.

정밀기계 - 타이머, 테스터, 측정 장비 등 정확하고 일정한 속도가 필요한 기계를 지원합니다.

현대 기술(PMSM 유형) - 영구 자석 버전은 효율적이고 콤팩트하기 때문에 전기 자동차, 로봇 및 가전 제품에 사용됩니다.

동기식 대 유도 전동기

특징	동기식 모터	유도 모터
속도	일정하게 달리고, 고정 동기 속도(슬립 없음).	약간 아래에서 실행됩니다. 동기 속도(슬립 있음).
시작	자체 시작이 아닙니다. 추가 시작 방법이 필요합니다.	자체 시작 및 작동하기 쉽습니다.
로터 자극	DC 공급이 필요하거나 영구 자석.	DC 공급이 필요하지 않습니다. 인덕션으로 작동합니다.
역률	뒤쳐질 수 있고, 선도 또는 단결;시스템 역률을 개선하는 데 도움이 됩니다.	늘 뒤쳐지고, 특히 낮은 부하에서.
속도 제어	통제하기 어렵다. 속도는 공급 주파수에 따라 달라집니다.	제어하기가 더 쉽고, 특히 VFD의 경우.
비용 및 유지보수	더 비싸고 더 많은 유지 관리가 필요합니다.	더 저렴하고, 더 간단하고, 낮은 유지 보수.
응용	다음에 가장 적합 정속 작업, 무거운 부하 및 역률 보정.	팬들 사이에서 흔히 볼 수 있는, 펌프, 일반기계 등.

결론

동기 모터는 일정하고 고정된 속도로 작동하며 시스템의 역률을 개선하는 데 도움이 되는 모터입니다.특별한 시동 방법과 좀 더 주의가 필요하지만 기계와 산업 분야에서는 매우 가치가 있습니다.작동 방식과 사용 위치를 알면 모터가 중요한 유형의 모터인 이유를 더 쉽게 이해할 수 있습니다.

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