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비동기 기계라고도하는 유도기(Induction machine)는 다양한 산업 분야에서 모터 및 발전기로 널리 사용되는 전기기기입니다. 회전 자기장이 회전자 권선에 전압과 전류를 유도하는 전자기 유도 원리에 따라 작동합니다. 이 자세한 설명에서는 유도 기계의 원리, 구조, 이론, 특성 및 작동을 알아보도록 합시다.
작동 원리:
유도기의 작동 원리는 회전 자기장과 회전자의 도체 사이의 상호 작용을 기반으로 합니다. 3상 교류(AC)전원이 고정자 권선에 공급되면 회전 자기장이 생성됩니다. 이 자기장은 전자기 유도를 통해 회전자 권선에 전압을 유도합니다. 회전자 권선에 유도된 전압은 전류를 흐르게 하여 자기장을 생성합니다. 회전 자기장과 회전자의 유도된 자기장 사이의 상호 작용은 토크를 생성하여 회전자가 회전할 수 있도록 합니다.
유도기의 구조:
고정자:
고정자는 기계의 고정 부분이며 고정자 권선을 포함합니다. 고정자 권선은 일반적으로 3상 평형으로 연결되어 3상 시스템을 생성합니다. 고정자 권선은 고정자 코어 주위에 고르게 분포되어 회전 자기장을 생성합니다.
회전자:
회전자는 기계의 회전 부분이며 회전자 권선 또는 전도성 막대로 구성됩니다. 유도 기계에는 두 가지 유형의 회전자가 있습니다.
다람쥐 케이지 회전자: 이 유형의 회전자는 다람쥐 케이지와 유사한 전도성 링으로 끝이 단락된 전도성 막대로 구성됩니다. 바는 구리 또는 알루미늄으로 만들어지며 회전자 코어의 슬롯에 내장됩니다.
권선 회전자: 이 유형의 회전자에서 권선은 외부 저항 또는 슬립 링에 연결됩니다. 권선은 단상 또는 3상일 수 있습니다. 권선 회전자는 회전자의 저항과 리액턴스를 제어할 수 있어 추가적인 작동 유연성을 제공합니다.
베어링: 베어링은 회전자를 지지하고 고정자 내에서 부드럽게 회전할 수 있도록 합니다. 기계의 크기와 용도에 따라 볼 베어링 또는 슬리브 베어링과 같은 다양한 유형의 베어링이 사용됩니다.
작동 이론:
회전 자기장:
고정자 권선에 3상 교류 전류가 공급되면 회전 자기장이 발생합니다. 3상 전원에 의해 발생하는 자기장의 벡터를 합산하게 되면 자기장은 크기가 일정하지만 시간에 따라 회전하게 됩니다. 회전 자기장의 속도는 AC 전원 공급 장치의 주파수에 의해 결정됩니다.
자기장 상호 작용:
회전하는 자기장이 회전자 도체를 통과하면서 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라 전압을 유도합니다. 유도 전압은 회전자 권선에 전류를 생성하여 자기장을 생성합니다. 고정자에 의해 생성된 회전 자기장과 회전자에 유도된 자기장 사이의 상호 작용은 회전자를 회전시키는 토크를 생성합니다.
슬립:
유도기에서는 회전하는 자기장의 속도와 회전자의 실제 속도 사이에 항상 약간의 차이가 있습니다. 이 차이를 슬립이라고 하며 얼마나 속도가 손실되었는가를 나타내며 백분율로 표시합니다. 유도기가 토크를 생성하려면 슬립이 필요합니다. 회전자가 가속함에 따라 슬립이 감소하고 회전자가 동기 속도에 도달하면 슬립이 0이 됩니다.
유도 기계의 특성:
기동:
유도기는 별도의 기동장치를 필요로하지 않습니다. 이는 회전자에 전류를 유도하여 회전에 필요한 토크를 생성하는 고정자의 회전 자기장 때문입니다. 이와 달리 단상 유도기의 경우 회전 자기장을 형성할 수 없으므로 별도의 기동장치를 통해 기동하여 유도기를 사용하여야 합니다.
견고하고 신뢰할 수 있음:
유도기는 간단하고 견고한 구조로 되어 있어 다양한 작동 조건에서 높은 신뢰성을 제공합니다. 기계적 및 열적 응력에 강하고 무거운 하중과 빈번한 시작 및 정지를 견딜 수 있습니다. 또한 크기와 디자인에 따라 일반적으로 85%에서 98%에 이르는 높은 효율성을 제공합니다. 효율은 모터 설계, 부하 조건 및 작동 속도와 같은 요소의 영향을 받습니다.
가변 속도 작동:
유도기는 주로 고정 속도 작동을 위해 설계되었지만 전압 제어, 주파수 제어 또는 속도 조절을 위한 전력 전자 장치 사용과 같은 기술을 사용하여 가변 속도 제어를 할 수 있습니다.
유도 기계의 응용:
산업용 응용 분야:
유도 전동기는 안정적이고 효율적인 모터 작동이 필요한 산업용 기계, 펌프, 압축기, 컨베이어, 팬 및 기타 장비에 널리 사용됩니다.
HVAC 시스템: 인덕션 머신은 공조기, 송풍기 및 냉각탑을 포함한 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템에 전원을 공급합니다.
운송: 유도전동기는 전동차, 전차, 전기자동차, 하이브리드 자동차 등에서 추진 및 보조계통으로 사용된다.
발전: 유도 발전기는 소규모 수력 발전소, 풍력 터빈 및 기타 재생 가능 에너지 시스템에 사용됩니다.
가전제품: 냉장고, 세탁기, 에어컨, 진공청소기 등의 가전제품에는 유도전동기가 있습니다.
요약하면, 유도 기계는 전자기 유도의 원리와 회전 자기장과 회전자 도체 사이의 상호 작용을 기반으로 작동합니다. 다재다능하고 신뢰할 수 있으며 다양한 산업, 상업 및 주거용 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 자체 시작 기능, 효율성 및 견고한 구조로 인해 광범위한 전력 시스템에 널리 사용됩니다.