3상 유도 전동기 로터 기술 발전, 효율성 증대

현대 산업 환경에서 안정적인 전원 공급이 없다면, 무거운 짐을 들어 올릴 수 없는 크레인, 시간 속에 멈춰버린 공장 조립 라인, 심지어 기본적인 생산 활동까지 중단되는 상황을 상상해 보세요. 이것은 디스토피아적인 비전이 아니라, 산업 운영의 생명선인 3상 유도 전동기의 중요성을 극명하게 보여주는 것입니다. 산업 응용 분야에서 가장 널리 사용되는 전력 장비인 3상 유도 전동기의 성능은 생산 효율성과 장비 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다.

이 정밀 기계의 핵심에서, 회전자 권선 설계 및 유지 관리는 전체 산업 시스템을 구동하는 복잡한 기어와 같은 역할을 합니다. 이러한 구성 요소 뒤에 있는 기술은 현대 산업의 증가하는 요구를 충족하기 위해 크게 발전했습니다.

산업 응용 분야에서 가장 흔한 전원인 3상 유도 전동기는 고정자와 회전자가 완벽한 조화를 이루어 전기 에너지를 기계적 운동으로 변환하는 우아한 원리로 작동합니다.

전동기의 핵심 구성 요소인 고정자는 내부에 3상 권선이 내장된 적층 실리콘 강판으로 구성됩니다. 3상 AC 전원에 연결되면 이 권선은 일정한 속도로 움직이는 회전 자기장을 생성하여 회전자의 움직임을 안내하는 보이지 않는 도체 역할을 합니다.

전동기의 액추에이터인 회전자는 고정자의 회전 자기장을 기계적 에너지 출력으로 변환합니다. 회전자 권선은 회전자의 핵심 구성 요소 역할을 하며, 고정자의 자기장과 상호 작용하여 회전을 구동하는 전자기 토크를 생성합니다.

산업 응용 분야에서는 주로 두 가지 유형의 회전자를 사용합니다.

• 농형 회전자: 이들은 단순한 구조, 내구성, 신뢰성 및 비용 효율성으로 인해 산업 응용 분야에서 지배적입니다. 회전자 코어 슬롯에 내장된 절연되지 않은 도체 바(일반적으로 알루미늄 또는 구리)가 특징이며, 양쪽 끝에서 엔드 링으로 연결되어 "농형" 구성을 형성합니다.
• 권선형 회전자: 이들은 고정자와 유사한 권선 구조를 사용하며, 권선 끝은 브러시를 통해 외부 저항에 연결되는 슬립 링에 연결됩니다. 이 설계는 외부 저항 값을 수정하여 시동 토크와 속도를 조정할 수 있습니다.

회전 자기장은 전자기 유도 원리에 따라 회전자 권선에 기전력을 유도하여 유도 전류를 생성합니다. 이러한 전류는 자체 자기장을 생성하여 고정자의 자기장과 상호 작용하여 회전을 구동하는 전자기 토크를 생성합니다.

유도 전동기의 중요한 특징은 회전자 속도가 항상 고정자 자기장의 동기 속도보다 약간 뒤쳐진다는 것입니다. 이 속도 차이, 즉 "슬립"은 토크 생성에 필수적입니다. 슬립이 없으면 회전 자기장이 회전자 권선을 가로지르지 않아 유도 전류와 토크 생성을 방지합니다.

다양한 유도 전동기 설계 중에서 농형 회전자는 까다로운 환경에서 굳건한 전력 공급자 역할을 하며 뛰어난 성능과 신뢰성으로 광범위한 산업적 선호를 얻었습니다.

회전자 코어, 도체 바 및 엔드 링으로만 구성된 농형 회전자의 단순한 구조는 가혹한 산업 조건을 견딜 수 있는 뛰어난 신뢰성과 내구성을 제공합니다.

농형 회전자는 일반적으로 도체 바에 알루미늄 또는 구리를 사용합니다. 알루미늄은 중소형 전동기에 가볍고 비용적인 이점을 제공하는 반면, 구리는 고출력 응용 분야에 우수한 전도성과 강도를 제공합니다.

농형 회전자는 두 가지 제조 범주로 나뉩니다.

• 주조 회전자: 일반적으로 전체 주조에 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용하며, 중소형 전동기에 적합합니다. 높은 생산 효율성과 저렴한 비용을 제공하지만, 전도성 성능은 상대적으로 제한적입니다.
• 용접 회전자: 고출력 전동기에 일반적으로 사용되는 엔드 링에 용접된 구리 또는 구리 합금 도체 바를 사용합니다. 이들은 우수한 전도성과 강도를 제공하지만 생산 비용이 더 많이 듭니다.

"스킨 효과"는 고주파 전류가 도체 표면에 집중되어 회전자의 저항을 증가시키고 리액턴스를 감소시켜 시동 토크와 작동 효율에 영향을 미치는 현상을 설명합니다. 전략적인 회전자 슬롯 설계를 통해 이 현상을 활용하여 시동 특성을 개선할 수 있습니다.

농형 회전자와 달리 권선형 회전자는 고정자와 유사한 권선 구조를 사용하여 브러시를 통해 슬립 링과 외부 저항에 연결됩니다. 이 독특한 설계는 강력한 시동 토크와 유연한 속도 조정 기능을 제공합니다.

권선형 회전자는 고정자 권선과 유사한 다중 턴 코일 권선을 중심으로 하며, 끝은 브러시를 통해 외부 저항에 연결되는 샤프트 장착 금속 슬립 링에 부착됩니다.

권선형 회전자는 외부 저항 값을 수정하여 시동 토크와 속도를 조정합니다. 저항이 증가하면 회전자 전류가 감소하고 시동 토크가 증가하며, 저항이 감소하면 그 반대 효과가 발생합니다.

권선형 전동기는 일반적으로 파형 패턴과 유사한 특수 코일 연결인 파형 권선을 사용하여 더 높은 유도 전압과 더 낮은 손실을 달성합니다. 이 구성은 효율성을 향상시키기 위해 유도 전압을 효과적으로 증가시키면서 권선 저항을 감소시킵니다.

권선형 회전자는 고부하 시동 및 속도 제어가 필요한 응용 분야에서 탁월하며, 강력한 시동과 부드러운 속도 조절을 제공하는 크레인, 호이스트 및 압연기에서 광범위하게 사용됩니다.

권선형 회전자는 슬립 링 및 브러시 마모로 인해 추가적인 유지 관리가 필요하므로 더 복잡한 구조와 더 높은 유지 관리 요구 사항을 나타냅니다. 전력 전자 장치 및 가변 주파수 드라이브 기술의 발전으로 속도 조절 성능, 효율성 및 신뢰성 측면에서 우수한 대안이 생산되어 권선형 회전자의 응용 분야가 점차 감소하고 있습니다.

농형 및 권선형 회전자는 모두 모든 전동기 성능 지표를 신중하게 고려해야 합니다. 예를 들어, 회전자 슬롯 고조파는 소음과 진동을 유발할 수 있으며, 적절한 슬롯 수/형상 설계 및 스큐 기법을 통해 완화됩니다. 회전자 스큐 - 고정자 슬롯에 상대적인 회전자 슬롯 각도 -는 코깅 토크와 소음을 효과적으로 줄입니다.

주요 소음 및 진동원인 회전자 슬롯 고조파는 다음을 통해 적극적으로 억제해야 합니다.

• 최적의 회전자 슬롯 수 선택
• 자기장 분포 개선을 위한 슬롯 형상 최적화
• 코깅 토크 및 소음 최소화를 위한 회전자 스큐 구현

회전자 스큐 - 회전자와 고정자 슬롯 사이의 각도 오프셋 -는 코깅 토크와 소음을 크게 줄이는 동시에 작동의 부드러움을 향상시킵니다. 첨단 전자기 시뮬레이션은 최대 소음 감소를 위해 최적의 스큐 각도를 정밀하게 계산합니다.

적절한 권선 절연은 단락 및 전동기 손상을 방지하여 안정적인 전동기 작동의 초석을 형성합니다. 고품질 절연 재료는 가혹한 산업 환경을 견디기 위해 고온, 습도 및 부식에 견딥니다.

작동 중 회전자 권선은 전자기력과 원심력을 견딥니다. 견고한 지지 및 결합 시스템은 변형 및 풀림을 방지하고, 작동 조건 전반에 걸쳐 안정적인 성능을 위해 열, 부식 및 진동에 강한 고강도 재료를 사용합니다.

권선형 회전자의 경우 슬립 링 및 브러시 유지 관리가 특히 중요하며, 적절한 전도성을 유지하기 위해 정기적인 검사 및 교체가 필요합니다. 이러한 구성 요소의 마모는 전동기 성능과 신뢰성을 손상시키는 불량한 접촉으로 이어집니다.

3상 유도 전동기 회전자 권선 설계 및 유지 관리는 효율적이고 안정적인 작동을 보장하는 중요한 요소입니다. 다양한 회전자 구조, 작동 원리 및 특성에 대한 깊은 이해와 최적화 기술 및 유지 관리 필수 사항에 대한 숙달은 유지 보수 담당자 및 전기 기술자에게 매우 중요합니다.

산업 수요가 진화하고 기술이 발전함에 따라 회전자 기술은 더 높은 효율성, 더 큰 신뢰성 및 향상된 성능을 제공하기 위해 계속 발전하고 있습니다. 새로운 재료, 제조 공정 및 설계 방법론의 지속적인 개발은 산업 전력 시스템의 이 기본 구성 요소를 더욱 혁신할 것을 약속합니다.