부산대_응용전기전자실험2_결과보고서8_동기전동기

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문서 내 토픽

• 1. 동기 전동기의 구조와 시동특성

  동기 전동기는 고정자 3상 권선에 3상 교류 전류를 흘려주면 회전자가 회전하는 방식으로 동작한다. 회전자는 직류 전원으로 여자된 자극으로, 고정자에 교류 전원을 인가하면 시계 방향으로 회전하는 자기장이 발생하고 이 회전 자계가 동기 속도에 도달했을 때 회전 자에 시계 방향으로 회전하는 기동 토크를 가하면 회전자는 동기속도로 운전하게 된다.

• 2. 동기 전동기의 가변 인덕턴스 또는 콘덴서로서의 역할

  교류전류전동기에서 자계를 형성하기 위해서는 무효전력이 필요하다. 동기전동기가 회전자로의 어떤 직류여자도 없는 무부하시에 작동될 때는 상당한 무효전력을 필요로 한다. 회전자가 여자되면 전동기내에 자기가 형성되며, 회전자가 모든 자기가 형성될 때까지 여자 되면, 전력선은 고정자로의 유효전력만을 공급하며 역률은 불변하고 이때 전력선에 관해 동기전동기는 3상 저항부하와 같이 보인다. 회전자가 계속 여자되어 전동기가 필요로 하는 이상의 자기를 공급할 시, 전력선은 전체 자속을 일정하게 유지하기 위해 (-) 무효전력을 고정자에 공급하기 시작한다. 동기 전동기는 이 순간 전력선에 대한 3상 콘덴서 부하처럼 보인다.

• 3. 동기 전동기의 직류전류 대 교류전류 특성곡선

  계자전류를 변화 시키면 전기자 전류의 공급 전압에 대한 위상뿐만 아니라 세기가 변화한다. 과여자일때, 전기가 전류가 앞선 전류로 콘덴서 동작, 부족여자 시 전기자 전류가 뒤진 전류로 유도 부하로 작용한다.

• 4. 동기 전동기의 기동법

  동기 전동기의 기동법으로는 자기 기동법과 유도 전동기법이 있다. 자기 기동법은 회전자극 표면에 기동 권선을 설치해서 기동 시에는 농형 유도 전동기로 동작시켜 기동시키는 방법이다. 유도 전동기법은 기동 전동기로 유도 전동기를 사용하는 것으로, 동기기의 자극수보다 2극 적은 유도기를 써서 유도 전동기의 속도가 동기 속도 이상이 되도록 가속시킨 다음 기동 전동기를 전원에서 떼어내고 동기 전동기를 여자 시키면 동기 전동기는 감속하는 도중에 동기 속도가 되면서 동기화하게 된다.

• 5. 유도 전동기와 동기 전동기의 차이

  유도 전동기의 회전자는 고정자 필드보다 느린 속도로 회전하지만, 동기 전동기의 회전자는 고정자 필드와 같은 속도로 회전한다. 또한 동기 전동기는 시동장비를 필요로 하지만 유도 전동기는 시동장비 없이 바로 기동할 수 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 동기 전동기의 구조와 시동특성

  동기 전동기는 회전자와 고정자 사이의 자기장 상호작용을 통해 회전력을 발생시키는 전동기입니다. 회전자는 영구자석 또는 전자석으로 구성되며, 고정자는 3상 권선으로 이루어져 있습니다. 동기 전동기는 회전자와 고정자의 자기장이 동기화되어 회전하기 때문에 정속 운전이 가능하며, 높은 효율과 정밀한 속도 제어가 가능합니다. 하지만 기동 시 회전자와 고정자의 자기장이 동기화되지 않아 기동토크가 낮은 단점이 있습니다. 따라서 동기 전동기는 주로 부하가 일정하고 정속 운전이 필요한 경우에 사용됩니다.

• 2. 동기 전동기의 가변 인덕턴스 또는 콘덴서로서의 역할

  동기 전동기는 회전자와 고정자 사이의 자기 결합을 통해 전력을 전달하므로, 회전자의 위치에 따라 고정자와 회전자 사이의 인덕턴스가 변화합니다. 이러한 가변 인덕턴스 특성을 이용하여 동기 전동기는 무효 전력을 보상하는 콘덴서 역할을 할 수 있습니다. 즉, 동기 전동기는 부하의 역률을 개선하여 전력 효율을 높일 수 있습니다. 또한 동기 전동기의 가변 인덕턴스 특성은 전동기의 속도 제어에도 활용될 수 있습니다. 따라서 동기 전동기는 단순한 구동 장치 이상의 역할을 할 수 있는 유용한 전동기 기술이라고 볼 수 있습니다.

• 3. 동기 전동기의 직류전류 대 교류전류 특성곡선

  동기 전동기의 직류전류 대 교류전류 특성곡선은 전동기의 운전 특성을 나타내는 중요한 지표입니다. 이 곡선은 동기 전동기의 토크-속도 특성을 보여주며, 전동기의 최대 토크, 정격 토크, 정격 속도 등을 확인할 수 있습니다. 직류전류 대 교류전류 특성곡선에서 직류전류는 회전자 전류를 나타내며, 교류전류는 고정자 전류를 나타냅니다. 이 두 전류의 상호작용에 의해 발생하는 토크가 전동기의 출력 토크가 됩니다. 따라서 이 특성곡선을 통해 동기 전동기의 운전 영역, 과부하 능력, 효율 등을 종합적으로 파악할 수 있어 전동기 설계 및 운전 관리에 매우 유용한 정보를 제공합니다.

• 4. 동기 전동기의 기동법

  동기 전동기는 기동 시 회전자와 고정자의 자기장이 동기화되지 않아 기동토크가 낮은 단점이 있습니다. 따라서 동기 전동기의 기동법은 매우 중요한 기술적 과제입니다. 대표적인 동기 전동기의 기동법으로는 다음과 같은 방법들이 있습니다: 1) 유도 전동기 기동 후 동기화: 유도 전동기로 기동한 후 동기화 회로를 투입하여 동기 운전으로 전환하는 방법 2) 보조 권선 기동: 별도의 보조 권선을 이용하여 기동토크를 높이는 방법 3) 전압 제어 기동: 기동 시 전압을 낮추어 기동토크를 높이는 방법 4) 주파수 제어 기동: 기동 시 주파수를 낮추어 기동토크를 높이는 방법 이러한 다양한 기동법을 통해 동기 전동기의 기동 특성을 개선할 수 있으며, 적용 환경에 따라 최적의 기동법을 선택할 수 있습니다.

• 5. 유도 전동기와 동기 전동기의 차이

  유도 전동기와 동기 전동기는 전동기의 기본 원리와 구조, 특성 등에서 다음과 같은 차이점이 있습니다: 1. 회전자 구조: 유도 전동기는 회전자에 도체 바 또는 권선이 있는 반면, 동기 전동기는 영구자석 또는 전자석으로 구성됩니다. 2. 운전 원리: 유도 전동기는 회전자에 유도되는 전류에 의해 회전력이 발생하지만, 동기 전동기는 고정자와 회전자의 자기장 상호작용으로 회전력이 발생합니다. 3. 속도 특성: 유도 전동기는 부하에 따라 속도가 변동되지만, 동기 전동기는 동기화되어 정속 운전이 가능합니다. 4. 기동 특성: 유도 전동기는 기동토크가 크지만, 동기 전동기는 기동토크가 작아 별도의 기동 방법이 필요합니다. 5. 효율 및 역률: 동기 전동기가 유도 전동기에 비해 일반적으로 효율과 역률이 높습니다. 이와 같은 차이점으로 인해 유도 전동기와 동기 전동기는 각각 적합한 용도와 응용 분야가 다릅니다. 따라서 전동기 시스템 설계 시 이러한 특성을 고려하여 최적의 전동기를 선택해야 합니다.