Yaskawa 전기 자동 귀환 제어 장치 모터 4.77N.m 모터 AC 자동 귀환 제어 장치 SGMP-15A3A4EPU 3000RMP

간단한 DC 모터에는 자기장에서 회전할 수 있는 와이어 코일이 있습니다. 코일의 전류는 분할 링과 이동 접촉을 이루는 두 개의 브러시를 통해 공급됩니다. 코일은 일정한 자기장 안에 있습니다. 전류가 흐르는 전선에 가해지는 힘은 코일에 토크를 생성합니다.

자기장 B에서 전류 i를 전달하는 길이 L의 도선에 작용하는 힘 F는 B와 i 사이 각도의 사인에 iLB를 곱한 것입니다. 자기장이 균일하게 수직이라면 각도는 90°가 됩니다. F의 방향은 여기에 표시된 것처럼 오른손 법칙*에 따릅니다. 여기에 표시된 두 힘은 동일하고 반대이지만 수직으로 변위되어 토크를 가합니다. (코일의 다른 두 측면에 가해지는 힘은 동일한 선을 따라 작용하므로 토크가 발생하지 않습니다.)

코일은 화살표 SN으로 표시된 것처럼 자기 쌍극자 또는 작은 전자석으로 간주될 수도 있습니다. 오른손 손가락을 전류 방향으로 구부리면 엄지 손가락이 북극이 됩니다. 오른쪽 스케치에서는 회전자의 코일에 의해 형성된 전자석이 영구자석으로 표현되어 있으며, 동일한 토크(북쪽이 남쪽을 끌어당긴다)가 중앙자석을 정렬시키는 역할을 하는 것으로 보인다.

• 전체적으로 북극에는 파란색을, 남쪽에는 빨간색을 사용합니다. 이는 방향을 명확하게 하기 위한 관례일 뿐입니다. 자석 양쪽 끝의 재질에는 차이가 없으며 일반적으로 다른 색상으로 칠해지지 않습니다.

의 효과에 주목하세요.브러쉬에분할 링. 회전 코일의 평면이 수평에 도달하면 브러시의 접촉이 끊어집니다(어쨌든 토크가 0인 지점이므로 힘이 안쪽으로 작용하므로 손실이 많지 않습니다). 코일의 각운동량은 코일을 이 중단점을 지나게 하고 전류는 반대 방향으로 흐르게 되어 자기 쌍극자가 반전됩니다. 따라서 브레이크 포인트를 통과한 후에도 로터는 시계 반대 방향으로 계속 회전하며 반대 방향으로 정렬되기 시작합니다. 다음 텍스트에서는 '자석의 토크' 그림을 주로 사용하지만 브러시나 AC 전류를 사용하면 전류 방향이 바뀔 때 문제의 전자석 극의 위치가 바뀔 수 있다는 점에 유의하세요.

사이클 동안 생성되는 토크는 두 힘의 수직 분리에 따라 달라집니다. 따라서 코일 축과 필드 사이의 각도의 사인에 따라 달라집니다. 그러나 분할 링으로 인해 항상 같은 의미입니다. 아래 애니메이션은 시간에 따른 변화를 보여주고 있으며, 오른손 법칙을 적용하면 어느 단계에서든 멈추고 방향을 확인할 수 있습니다.

이제 DC 모터는 DC 발전기이기도 합니다. 다음 애니메이션을 감상해 보세요. 코일, 분할 링, 브러시 및 자석은 위의 모터와 정확히 동일한 하드웨어이지만 코일이 회전하여 EMF를 생성합니다.

기계적 에너지를 사용하여 자기장 내에서 코일(N턴, 면적 A)을 균일한 각속도 Ω으로 회전시키면비, 코일에 정현파 EMF가 생성됩니다. EMF (EMF 또는 기전력은 전압과 거의 동일합니다). θ를 사이의 각도로 설정합니다.비코일의 법선이므로 자속 ψ는 NAB.cos θ입니다. 패러데이의 법칙은 다음을 제공합니다.

• emf = − dψ/dt = − (d/dt) (NBA cos θ)

  = NBA 죄 θ (dθ/dt) = NBAΩ 죄 Ωt.

위의 애니메이션을 DC 생성기라고 합니다. DC 모터에서와 마찬가지로 코일의 끝은 분할 링에 연결되며, 분할 링의 두 반쪽은 브러시와 접촉됩니다. 브러시와 분할 링은 생성된 EMF를 '수정'합니다. 접점은 전류가 항상 같은 방향으로 흐르도록 구성됩니다. 왜냐하면 코일이 브러시가 링의 간격과 만나는 데드 스팟을 지나 회전할 때 코일 끝과 외부 단자 사이의 연결이 반전되기 때문입니다. 여기서 EMF(0V에서 편리하게 발생하는 데드 스팟을 무시함)는 스케치된 대로 |NBAΩ sin Ωt|입니다.

AC를 원한다면 정류가 필요하지 않으므로 분할 링이 필요하지 않습니다. (분할 링이 스파크, 오존, 무선 간섭 및 추가 마모를 유발하기 때문에 이것은 좋은 소식입니다. DC를 원한다면 교류 발전기를 사용하고 다이오드로 정류하는 것이 더 나은 경우가 많습니다.)

다음 애니메이션에서는 두 개의 브러시가 두 개의 연속 링과 접촉하므로 두 개의 외부 터미널이 항상 코일의 동일한 끝에 연결됩니다. 그 결과는 NBAΩ sin Ωt에 의해 제공되는 수정되지 않은 정현파 EMF이며, 이는 다음 애니메이션에 표시됩니다.

이제 처음 두 애니메이션에서 볼 수 있듯이 DC 모터와 발전기는 동일할 수 있습니다. 예를 들어, 열차의 모터는 열차의 속도가 느려지면 발전기가 됩니다. 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하고 전력을 다시 그리드에 공급합니다. 최근 일부 제조업체에서는 합리적으로 자동차를 만들기 시작했습니다. 이러한 자동차에서는 자동차를 운전하는 데 사용되는 전기 모터가 자동차가 정지할 때 배터리를 충전하는 데에도 사용됩니다. 이를 회생 제동이라고 합니다.

여기 흥미로운 결과가 있습니다.모든 모터는 발전기이다. 어떤 의미에서는 모터로 작동하는 경우에도 마찬가지입니다. 모터가 생성하는 EMF를역기전력. 패러데이의 법칙으로 인해 역기전력은 속도에 따라 증가합니다. 따라서 모터에 부하가 없으면 매우 빠르게 회전하고 역기전력과 손실로 인한 전압 강하가 공급 전압과 같아질 때까지 속도가 빨라집니다. 역기전력은 '조절기'로 생각할 수 있습니다. 이는 모터가 무한히 빠르게 회전하는 것을 중지합니다(따라서 물리학자들의 당혹감을 덜어줍니다). 모터에 부하가 걸리면 전압의 위상이 전류의 위상에 가까워지고(저항성이 있는 것처럼 보이기 시작함) 이 겉보기 저항이 전압을 제공합니다. 따라서 필요한 역기전력은 더 작아지고 모터는 더 느리게 회전합니다. (유도성 역기전력을 저항성 구성요소에 추가하려면 위상이 다른 전압을 추가해야 합니다. AC 회로를 참조하세요.)

코일에는 일반적으로 코어가 있습니다.

실제로(그리고 우리가 그린 다이어그램과 달리) 발전기와 DC 모터는 코일 내부에 높은 투자율 코어를 갖는 경우가 많으므로 적당한 전류에 의해 큰 자기장이 생성됩니다. 이는 아래 그림의 왼쪽에 표시되어 있습니다.고정자(고정형 자석)은 영구 자석입니다.

고정자 자석 역시 위의 오른쪽 그림과 같이 전자석으로 만들 수 있습니다. 두 개의 고정자는 동일한 방향으로 자기장을 제공하기 위해 동일한 방향으로 감겨져 있으며, 회전자는 브러시에 연결되어 있으므로 사이클당 2번 역전되는 자기장을 가지므로 여기서는 생략합니다. 모터에 권선형 고정자를 갖는 한 가지 장점은 소위 AC 또는 DC에서 작동하는 모터를 만들 수 있다는 것입니다.범용 모터. AC로 이러한 모터를 구동하면 코일의 전류는 각 사이클마다 두 번 변경되지만(브러시 변경에 추가로) 고정자의 극성도 동시에 변경되므로 이러한 변경이 상쇄됩니다. (불행하게도 이 스케치에서는 브러시를 숨겼음에도 불구하고 여전히 브러시가 있습니다.)

이 간단하지만 이상한 모터를 만들려면 상당히 강한 자석 2개(직경이 10mm 정도인 희토류 자석은 큰 막대 자석과 마찬가지로 괜찮습니다), 단단한 구리선(최소 50cm), 양쪽 끝에 악어 클립이 달린 전선 2개, 6볼트 랜턴 배터리, 청량음료 캔 2개, 나무 블록 2개, 접착 테이프 및 날카로운 못이 필요합니다.

코일은 단단한 구리선으로 만들어 외부 지지대가 필요하지 않습니다. 바람 5~20개는 직경 약 20mm의 원을 그리며 두 끝이 반대 방향으로 방사상 바깥쪽을 향합니다. 이 끝은 축과 접점이 됩니다. 와이어에 래커나 플라스틱 절연체가 있는 경우 끝 부분을 벗겨냅니다.

AC 전류를 사용하면 브러시를 사용하지 않고도 자기장 방향을 바꿀 수 있습니다. 이는 좋은 소식입니다. 브러시로 인해 발생할 수 있는 아크, 오존 생성 및 에너지 저항 손실을 방지할 수 있기 때문입니다. 또한 브러시는 움직이는 표면과 접촉하기 때문에 마모됩니다.

AC 모터에서 가장 먼저 해야 할 일은 회전 필드를 생성하는 것입니다. 2핀 또는 3핀 소켓의 '일반' AC는 단상 AC입니다. 즉, 활성 전선과 중성 전선, 두 전선 사이에서만 생성되는 단일 정현파 전위차가 있습니다. (접지선은 전기적 결함이 있는 경우를 제외하고는 전류를 전달하지 않습니다.) 단상 AC를 사용하면 예를 들어 커패시터를 사용하여 위상이 다른 두 전류를 생성하여 회전 필드를 생성할 수 있습니다. 표시된 예에서 두 전류는 90° 위상차가 있으므로 자기장의 수직 성분은 사인파형인 반면 수평 성분은 공현파형입니다. 이는 시계 반대 방향으로 회전하는 필드를 제공합니다.

(* 이에 대해 설명해 달라는 요청을 받았습니다. 코일이나 커패시터 모두 전류와 위상이 일치하는 전압이 없습니다. 커패시터에서 전압은 전하가 커패시터로 흘러들어가다가 막 흐르기 시작할 때 최대가 됩니다. 따라서 전압은 전류보다 뒤에 있습니다. 순수 유도성 코일에서는 전류가 가장 빠르게 변화할 때, 즉 전류가 0일 때 전압 강하가 가장 큽니다. 전압(강하)이 전류보다 앞서 있습니다. 모터 코일에서 위상 각도는 보다 작습니다. 90°, 전기에너지가 기계에너지로 변환되기 때문입니다.)

이 애니메이션에서 그래프는 수직 및 수평 코일의 전류 시간 변화를 보여줍니다. 필드 구성 요소 B의 플롯_엑스그리고 B_와이이 두 필드의 벡터 합이 회전 필드임을 보여줍니다. 주요 그림은 회전 필드를 보여줍니다. 또한 자석의 극성도 표시됩니다. 위와 같이 파란색은 북극을 나타내고 빨간색은 남극을 나타냅니다.

회전하는 자기장이 있는 이 영역에 영구 자석을 놓거나 전류가 항상 같은 방향으로 흐르는 코일을 넣으면 이것은 다음과 같습니다.동기 모터. 다양한 조건에서 모터는 자기장의 속도로 회전합니다. 여기에 표시된 두 쌍의 고정자가 아니라 많은 고정자가 있는 경우 이를 스테퍼 모터로 간주할 수 있습니다. 각 펄스는 회전자를 다음 작동 극 쌍으로 이동시킵니다. 이상적인 기하학에 대한 나의 경고를 기억하십시오. 실제 스테퍼 모터에는 수십 개의 극과 매우 복잡한 기하학이 있습니다!

이제 시간에 따라 변하는 자기장이 있기 때문에 코일에 유도된 EMF를 사용하거나 심지어 도체에 있는 와전류만 사용하여 회전자를 자석으로 만들 수 있습니다. 맞습니다. 회전하는 자기장이 생기면 도체를 넣으면 회전합니다. 이는 다음 중 몇 가지를 제공합니다.유도 전동기의 장점: 브러시나 정류자가 없다는 것은 제조가 더 쉽고, 마모가 없고, 스파크가 없고, 오존 생성이 없고, 이와 관련된 에너지 손실이 없다는 것을 의미합니다.

오른쪽의 애니메이션은다람쥐 모터. 농형집에는 여러 개의 직선 막대로 연결된 두 개의 원형 도체가 있습니다(이 단순화된 기하학에서는 어쨌든!). 애니메이션에서 파란색 대시로 표시된 것처럼 두 개의 막대와 이를 연결하는 호가 코일을 형성합니다. (단순화를 위해 가능한 많은 회로 중 2개만 표시했습니다.)

이 회로도는 왜 이 모터가 농형 모터라고 불리는지 제시합니다. 현실은 다릅니다. 사진과 자세한 내용은 다릅니다. 이 애니메이션에 표시된 유도 및 농형 모터의 문제점은 높은 가치와 높은 전압 정격의 커패시터가 비싸다는 것입니다. 한 가지 해결책은 'Shaded Pole' 모터이지만 회전 필드에는 토크가 작은 일부 방향이 있으며 일부 조건에서는 뒤로 회전하는 경향이 있습니다. 이를 방지하는 가장 좋은 방법은 다중 위상 모터를 사용하는 것입니다.

단상은 저전력 애플리케이션을 위한 가정용 애플리케이션에 사용되지만 몇 가지 단점이 있습니다. 하나는 초당 100번 꺼진다는 점이다. (눈이 너무 느리기 때문에 이 속도에서 형광등이 깜박이는 것을 눈치채지 못한다. TV에서 초당 25장의 사진도 연속적으로 움직이는 것처럼 보일 만큼 빠르다.) 두 번째는 회전하는 자기장을 생성하는 것을 어색하게 만든다는 것이다. 이러한 이유로 일부 고전력(수 kW) 가정용 장치에는 3상 설치가 필요할 수 있습니다. 산업용 애플리케이션에서는 3상을 광범위하게 사용하며, 3상 유도 모터는 고전력 애플리케이션을 위한 표준 장치입니다. 세 개의 전선(접지는 제외)은 아래 애니메이션에 표시된 것처럼 서로 120° 위상이 다른 세 가지 가능한 전위차를 전달합니다. 따라서 3개의 고정자는 부드럽게 회전하는 자기장을 제공합니다.

이러한 고정자 세트에 영구 자석을 넣으면동기 삼상 모터. 애니메이션은 다람쥐 케이지를 보여 주며, 단순화를 위해 많은 유도 전류 루프 중 하나만 표시됩니다. 기계적 부하가 없으면 회전 필드와 사실상 동일한 위상으로 회전합니다. 회전자는 농형일 필요가 없습니다. 실제로 와전류를 전달하는 모든 도체는 회전하여 회전 자기장을 따르는 경향이 있습니다. 이 배열은 다음을 제공할 수 있습니다.유도 전동기다양한 회전율에 걸쳐 고효율, 고출력, 고토크가 가능합니다.

코일 세트를 사용하여 회전하는 대신 변환하는 자기장을 생성할 수 있습니다. 아래 애니메이션의 코일 쌍은 왼쪽에서 오른쪽으로 펄스가 발생하므로 자기장의 영역이 왼쪽에서 오른쪽으로 이동합니다. 영구 자석이나 전자석은 자기장을 따라가는 경향이 있습니다. 간단한 전도성 물질 슬래브도 마찬가지입니다. 왜냐하면 그 안에 유도된 와전류(표시되지 않음)가 전자석을 구성하기 때문입니다. 또는 패러데이의 법칙에 따르면 금속 슬래브의 EMF는 자속의 변화에 ​​저항하도록 항상 유도되며 이 EMF에 의해 구동되는 전류에 대한 힘은 슬래브의 자속을 거의 일정하게 유지한다고 말할 수 있습니다. (이 애니메이션에는 와전류가 표시되지 않습니다.)