1

299P

1

299P

7.1 개 요

용도별 :

• 릴럭터스 전동기나 히스테리시스 전동기 :

시계장치, 테이프레코더, 턴테이블, 합성섬유산업과 같이 많은 요소들이 동신에 종작

하는 공정 등 일정한 속도가 필요한 곳

• 스테퍼전동기 :

디스크 드라이버, 프린터, 플로터, 로봇 및 정확한 단계적인 위치제어가 필요한 곳

펄스구동회로와 함께 기계적 시스템의 정밀한 위치제어

• 선형 유도전동기 :

직선, 곡선으로 이루어진 곳에 움직임이 필요한경우 기계적인 힘을 제공

컨베이어 시스템, 자동문 개폐기, 항공기 발사장치, 전자기총, 원자로의

액체금속펌프 고속철도 등에 사용된다

2

액체금속펌프, 고속철도 등에 사용된다.

• 유니버셜 전동기 :

진공청소기, 소형전동공구, 부엌기구와 같은 저전력기기에서 주로 사용된다.

2

300P

7.2 릴럭턴스 전동기-. 릴럭턴스 동기전동기라고도 불린다.

변형된 농형 회전자를 가진 유도전동기의 일종

-. 고릴럭턴스 영역이 등간격으로 배치된구조

노치(notch), 플랫(flat), 배리어슬롯(barrier slot) 등을 사용한다.

- 돌극(salient slot). 돌극(salient slot)

회전자 단면 원주상에서 릴럭턴스(자기저항)가 큰 영역들 사이의 중간부분

돌극의 수는 고정자 극의 수와 동일해야 하며,

고정자 권선은 3상 또는 단상으로 되어 있다.

-. 고정자에 전류가 흐르면, 농형회전자처럼 회전하기 시작하여, 회전자의 속도가

동기속도 근처에 이르면, 슬립이 매우 작아지게 되고,

-. 고정자의 회전자속(rotating flux)은 회전자의 돌극에 대하여 상대적으로

매우 느린속도로 진행한다.

3

매우 속 행 다

-. 임계속도(crtical speed)에 도달하게 되면,

돌극의 낮은 릴럭턴스경로는 고정자의 회전자속에 이끌려 동기속도로 점프하게 된다.

이 때 슬립은 영(zero)이 되면서 유도전동기의 작용은 끝나고

-. 회전자는 릴럭턴스토크(reluctance torque)라 불리는

자기인력(magnetic attraction)에 의하여 동기속도로 회전하게 된다.

300P

플랫노치 배리어 슬롯

4

3

301P

유-. 직

5

300P

그림에서 릴럭턴스 회전자가 고정자의 회전자속을 따라 동기속도로 회전하고 있을 때

여러 부하조건에서 회전자속에 대한 상대적인 위치를 나타낸다.

-. 무부하상태에서 회전손실(rotation loss)을 무시하면 회전자 극의 중심선은

(a)와 같이 고정자에서 발생되는 회전자속의 중심선과 일치한다.

-. 축에서 약간의 기계적인 부하가 증가하면, 회전자의 속도가 늦어져 회전자의 돌극이

고정자 회전자속에 뒤쳐진다.

이 지연각(angle of lag)을 토크각(torque angle)이라 한다.

-. 각도가 조정되는 과정에서 잠시 느려졌던 회전자는 새 토크각에 도달하고, 동기속도

로 회전하게 된다.

-. 토크각의 증가에 따라 릴럭턴스토크가 증가하며,

릴럭턴스토크는 부하토크 및 풍손(windage loss), 마찰손(friction loss)의 합과 같

은 값이다.

6

4

301P

-, 릴럭턴스토크는 토크각이 증가함에 따라 증가하며

-. 그림과 같이 토크각 δrel = 45˚에서 최대가 된다.

-. 만일 토크각이 45˚가 넘도록 기계부하가 증가하게 되면

-. 고정자 회전자속의 중심선과 회전자 극의 중심선 사이의

자기회로경로가 길어지게 되어 자속이 줄고

7

자기인력이 감소하게 된다.

-. 자속선(flux line)은 과도하게 길어지고

자기인력이 회전자를 동기속도로 유지할 만큼 충분한

토크를 발생하지 못하며, 회전자는 동기속도를 이탈

-. 이 과부하에 해당하는 슬립속도를 갖는

유도전동기로 동작하게 된다.

302P

주어진 인가전압, 주파수, 토크각으로 표현되는

릴럭턴스 토크의 평균치는

축의 부하가 증가할 때마다

토크각도 증가하게 되며

8

각 증가하게 되며

탈출토크(pull-out torque)라 불리는 최대토크는 δrel = 45˚일 때 발생한다.

5

302P

릴럭턴스 전동기의 용도특징 :

-. 일정속도, 단순한구조, 튼튼함, 낮은 제조비용

용도 :

-. 저가의 타이밍 장치, 턴테이블, 테이프레코드

- 식품가공과 포장산업의 자동화공정. 식품가공과 포장산업의 자동화공정

-. 합성직물공장에서 많은 전동기가 서로 다른 부분을 구동하면서

넓은 속도범위에서 동기화되어서 동작

-. 100마력 이상의 정격을 가진 릴럭턴스 전동기는

대전력 분야에서 “표준형 동기전동기”가 복잡성과 높은 가격으로 인해

적합치 않은 곳에 사용된다.

9

302P

10

6

302P

11

303P

7.3 히스테리시스 동기전동기(hysteresis-synchronous motor)

구조

-. 히스테리시스 전동기의 고정자는 유도전동기의 고정자와 동일하다.

-. 회전자는 강자성의 영구자석합금 물질과 비자성체 지지물로 이루어진

매끄러운 원통형으로 구성된다매끄러운 원통형으로 구성된다.

12

7

303P

히스테리시스 전동기의 원리-. 자석은 고정자 자속을 나타내며

강자성의 합금회전자에 반대방향의 자극을 유기

-. A)에서 자석이 정지하고 있다면 회전자 극의 자속축(magnetic axis)은 고정자 자속

축과 일치하게 된다.

- B와 C와 같이 “회전자가 구속되어 있는 상태”에서 고정자자석이 회전하면 자석에. B와 C와 같이 회전자가 구속되어 있는 상태 에서 고정자자석이 회전하면 자석에

의하여 회전하는 자장이 만들어지고

-. 회전하는 자장과 회전자에 유기된 자극 사이에 끌어당기는 인력이 발생

13A. 자석과 회전자가 정지 B. 회전자는 고정되고 자석이 회전할 때

C. 회전자는 고정되고 자석이 회전할 때

304P

-. 고정자 극이 회전함에 따라

회전자에 유기되는 자극은 새로운 위치에 계속적으로 다시 형성되면서

회전자속을 따라 회전한다.

-. 히스테리시스 때문에

회전자 극은 고정자 극에 비하여 항상 각도 δh만큼 뒤처진다.

일정한 지연각도에 의하여 일정한 인력이 발생되고, 일정한 가속토크를 발생한다.,

-. 무부하상태라 가정하면

이 일정한 토크에 의하여 회전자는 동기속도로 회전할 수 있도록 가속된다.

고정자의 회전자속에 의하여 회전자로 전달된 에너지는

히스테리시스 에너지 형태이며, 구속된 회전자에서 열로 소비된다.

14

8

304P

히스테리시스 손실은 주파수 및 자속밀도에 대하여 다음 식으로

회전자가 자유롭게 회전한다면

히스테리시스 에너지는 기계적인 에너지로 변환된다.

15

304P

히스테리시스 손실과 슬립을

회전자가 가속되는 동안 회전자에서 발생되는 기계적인 출력으로 환산하면

식(7-2)는 유도전동기의 출력식(4-34)와 유사하다.

식(1-11)을 식(7-2)에 대입하고 Pmech를 회전자 속도를 이용하여 표현하면

16

9

305P

회전자 주파수

17

305P

식(7-5)에서 히스테리시스 토크는

주파수 및 속도에 무관하게 일정하다.

히스테리시스 토크는 회전자의 히스테리시스 루프의 면적에 의해서만 결정된다.

히스테리시스 전동기는

구속시부터 동기속도만을 제외한 모든 속도범위에서 일정한 히스테리시스토크를

발생한다.

동기속도에서 히스테리시스출력은 0(zero)이며 히스테리시스 토크 또한 영이다.

전동기는 영구자석 동기전동기로서 자석토크(magnet torque)를 발생하면서

운전한다

18

10

305P

-. 그림에서 동기속도로 운전시 서로 다른 부하조건에서 히스테리시스 회전자의 고정자

자석에 대한 상대위치를 나타낸다

19

자석에 대한 상대위치를 나타낸다.

-. 축에 부하가 없고 회전손실을 무시한다면

회전자 자석의 중심축은 고정자에서 발생하는 회전자속의 중심축과 일치된 상태를

유지하면서 회전한다.

306P

축의 부하가 갑자기 증가하면

-. 회전자는 잠시 속도가 늦어지며, 회전자에 유기된 회전자 자석은 그림(b)와 같이

고정자의 회전자속 보다 지연된다.

-. 각도 조정과정에서의

과도적인 속도저감 이후 회전자는 새로운 토크각을 가지고 동기속도로 회전한다과도적인 속도저감 이후, 회전자는 새로운 토크각을 가지고 동기속도로 회전한다.

-. 토크각의 증가에 따라

자석토크가 증가하게 되는데, 축의 부하토크와 같은 값이다.

*. 히스테리시스 토크는

축의 부하가 증가할 때마다 과도기적인 기간 동안만 발생한다.

-. 자석토크는 동기속도로 운전시에만 발생하며,

토크각에 사인을 취한 값에 비례한다.

20

11

306P

21

306P

유-. 직

22

12

307P

히스테리시스 전동기의 몇가지 고유한 특징1. 구속상태에서 동기속도까지

일정한 히스테리시스 토크를 유지하므로 가속시킬 수만 있으면, 어떤 부하라도

동기속도까지 가속할 수 있다.

(다른 전동기에서는 이러한 동작이 불가능하다)

2 회전자가 매끄러워 조용하게 작동한다2. 회전자가 매끄러워 조용하게 작동한다.

다른 전동기의 슬롯, 덜극에 의한 자기적 맥동이 존재하지 않는다.

3. 상대적으로 큰 회전자저항과 리액턴스에 의하여 기동전류가 정격전류의 150%정도로

제한된다.

릴럭턴스전동기는

적은 리액턴스와 저항 때문에 회전자 구속시 전류가 정격전류의 600%정도에 비해

매우 적은 값이다.

23

주요용도 :

1. 같은 출력에서 릴럭턴스 전동기에 비해 가격은 비싸지만 조용한 운전특성으로

전축이나 테이프레코드에서 선호한다.

2. 어떠한 부하에서도 동기속도로 운전이 가능하고, 부드럽게 동기속도에 이르므로

순간적인 동기화 진입이 제품에 손상을 가져올 수 있는

합성섬유 생산분야에서 구동원으로 사용

308P

히스테리시스-릴럭턴스 전동기-. 히스테리시스 전동기의 토크특성과 릴럭턴스 전동기의 토크 특성을 결합한 특성

-. 돌극효과를 발생하기위해

히스테리시스 링에 릴럭턴스 노치를 만들어 주어서 얻는다.

- 용도는 로봇 전동공구 직물산업에 주로 사용된다. 용도는 로봇, 전동공구, 직물산업에 주로 사용된다.

24

13

308P

7.4 스테퍼전동기(stepper motor)-. 스테핑모터(stepping motor), 스텝 모터(step motor)라고도 불린다.

-. 펄스구동방식의 아주 정밀한 전동기이다.

-. 디지털방식으로 제어되는 시스템에서 나오는 입력펄스에 대응하여

스텝단위로 회전자각도를 바꾼다스텝단위로 회전자각도를 바꾼다.

-. 피드백(feed back)이 없이 기계적인 시스템에서 정밀한 위치제어가 필요한 경우

적용분야 :

-. 컴퓨터 디스크 드라이브의 헤드위치제어

-. 타이프라이터나 프린터에서

캐리지(carriage), 리본(ribbon), 프린터헤드, 용지공급의 위치정렬

-. 로봇 등에 사용된다.

25

봇 등에 사용 다

308P

입력펄스당 스텝각(step angle)은 스테퍼전동기의 구조 및 제어시스템과의 관계이다.

-. 45도 스텝각을 가지는 경우 분해능은 한 회전당 360/45 = 8이며,

1.8도의 스텝각은 한 회전당 360/1.8 = 200 분해능을 제공한다.

회전자가 회전한 총회전각도는 스텝각과 스텝수의 곱과 같다

스테핑전동기의 속도는 스텝각(step angle)과 스테핑주파수(stepping frequency,

펄 레이 ( ))의 함수이다

26

펄스레이트(pulse rate))의 함수이다.

14

309P

27

309P

7.5 가변릴럭턴스 스테퍼전동기

28

15

310P

구조 및 원리-. 치(teeth)가 있는 고정자 및 회전자 철심은

잔류자속이 아주 적은 연철(soft iron)으로 제조

-. 고정자 치(stator teeth)에 감겨 있는 코일은

회전자의 위치를 결정하는 자기인력(magnetic attraction)을 발생

- 고정자 및 회전자치가 이루는 자기회로의 자기저항인 릴럭턴스(reluctance)가. 고정자 및 회전자치가 이루는 자기회로의 자기저항인 릴럭턴스(reluctance)가

회전자의 위치에 따라 가변적이기 때문에

가변릴럭턴스 스테퍼전동기라고 부른다.

-. 한 개 또는 그 이상의 고정자코일에 전류를 흘리면 자화된 고정자치에 대하여

릴럭턴스가 최소가 되는 회전자가 정방향으로 또는 역방향으로 움직이게 된다.

-. 고정자코일에 순서대로 전류를 흐르게 하는 회로는 그림(f)에 나타나며

8개의 고정자코일은 두개씩 연결되어 상(phase)이라 불리는

29

개의 정자 일 두개씩 결되어 상(p )이라 불리

네 개의 독립적인 회로를 구성하며, 각 상은 각자 독립적인 스위치를 갖고 있다.

기계적인 스위치로 나타나지만, 실제 구성에서는 반도체소자를 이용한

각상의 스위칭이 일어난다.

310P

동작순서1.그림(a)에서

SW1가 닫혀 상A가 여자(energizing)된 경우 회전자의 위치를 나타내며, 회전자치 1

과 4가 고정자치 1과 5에 각각 최소 릴럭턴스가 되도록 위치한다.

2.SW2를 닫고 SW을 개방하면

상B가 여자되며 그림(b)와 같이 회전자치 3과 6이 고정자치 4와 8에 각각 정렬한다상B가 여자되며 그림(b)와 같이 회전자치 3과 6이 고정자치 4와 8에 각각 정렬한다.

이때의 회전하는 각도는 15도이다.

3.SW3을 닫고 SW2를 개방하면

상C가 여자되며, 그림(c)와 같이 회전자치 2과 5가 고정자치 3과 7에 각각 정렬한다.

각 스위치를 닫고 이전의 스위치를 열면 회전자는 15도씩 회전하게 된다.

4.그림(a)에서 그림(e)까지의 순서대로 스위칭을 하면

회전자의 회전방향은 시계방향이 된다.

5 스위치를 닫는 순서를 4-3-2-1로 반대로 하면

30

5.스위치를 닫는 순서를 4 3 2 1로 반대로 하면

6.펄스의 순서도 반대가 되어 회전자의 회전방향은 반시계방향으로 회전한다.

16

310P

31

311P

스텝각(step angle), 회전자치의 수와 고정자치의 수 사이의 관계는

stator

rotor

32

17

311P

반스텝운전(half-step operation)반스텝운전은

개선된 펄스순서인 A A&B, B, B&C, C의 순서를 사용함으로써 이루어진다.

33

• 상A만을 여자하면 회전자의 위치는 그림(a)와 같이 되며

• 상A와 B를 여자시키면 회전자의 위치는 그림(b)와 같이 된다.

• 상B만을 여자하면 회전자의 위치는 그림(c)와 같이 된다.

• 각 펄스마다 회전자는 시계방향(CW)으로 7.5도씩 회전한다.

311P

마이크로스테핑(micro-stepping)-. 다른 값의 전류가 흐르는 두상을 사용한다.

-. 그림에서 상A와 상B에 같은 크기의 전류를 흘리지 않고, 상A의 전류는 일정하게 유

지하고, 상B의 전류를 아주 조금씩 단계적으로 증가한다.

-. 그런 다음, 상A에 흐르는 전류를 영까지 단계적으로 아주 조금씩 같은 크기로 감소

시킨다시킨다.

결과적으로 마이크로스텝(micro-step)이라는 아주 작은 스텝각의

높은 분해능으로 부드러운 저속운전이 가능하다.

예를 들면

200steps/rev(1.80e도의 스텝각)을 가지는 스테퍼전동기를 마이크로스테핑을

이용하여 20,000steps/rev(0.0180도의 스텝각)의 분해능을 갖도록 만들 수 있다.

34

이용하여 , p / ( 의 텝각)의 해능을 갖 록 들 수 있다

18

311P

35

312P

홀딩토크(holding torque)-. 정지토크(static torque)라고도 하며,

여자된 스테퍼전동기에 극의 미끄러짐이 발생하지 않는 범위 내에서 인가할 수 있는

부하토크의 최대치이다.

36

19

312P

유-. 직

회전자 정지상태 회전자가 강제로 15도 만큼시계방향으로 회전

회전자가 강제로 30도 만큼시계방향으로 회전(불안정) 회전자가 강제로 60도 만큼

시계방향으로 이동

37

312P

-. 그림(a)에서 처럼 상A가 여자되어 있고, 회전자가 정지되어 있을 때

그림(b)처럼 회전자가 기계적으로 15도 강제적으로 시계방향으로 회전된다면,

-. 자화된 고정자치 1과 5에 의하여, 회전자치 1과 4에는 인력이 형성되며

복원토크(restoring torque)가 발생한다.

-. 회전자를 놓으면 그림(a)의 원래 위치로 돌아간다.

상A를 여자시키고, 회전자를 시계방향으로 두 스텝인 30도 만큼 회전시키면

그림(c)와 같은 회전자 위치를 갖는다.

회전자치 1과 6이 동일한 크기의 인력을 가지기 때문에 불안정한 평형위치

(unstable equilibrium position)가 되며 이 때의 합성토크는 영이 된다.

이 상태에서 회전자를 놓으면 회전자는 어느 방향으로든 움직일 수 있다.

두 스텝을 거슬러 가서 그림(a)의 최초위치로 갈수도 있으며

그림(d)의 위치가 될 수도 있다.

38

20

312P

정적-토크 곡선(static-torque curve)-. 강제적으로 움직인 거리에 대한 복원 토크의 곡선

-. 최대복원토크는 한 스텝위치에서 발생한다.

-. 두 스텝만큼 움직이면 복원력은 영(zero)이 되며

이 때 회전자가 구속에서 풀리면 불안정한 상태가 되어

원래 위치로 되돌아 갈 수도 있으며 원래 위치에서 네 스텝 떨어진 위치로 움직여원래 위치로 되돌아 갈 수도 있으며, 원래 위치에서 네 스텝 떨어진 위치로 움직여

갈 수도 있다.

39

313P

스텝정확도(step accuracy)-. 백분율로 표현되는 스텝정확도는 스테퍼전동기가 단일스텝(single step)을 움직였을

때 발생되는 총 오차를 나타낸다.

-. 오차는 축적되지 않으며

또 하나의 스텝이 있더라도 오차는 증가하지 않는다.

- 상품화 된 스테퍼전동기에서 스텝정확도는. 상품화 된 스테퍼전동기에서 스텝정확도는

대략 스텝크기의 1에서 10%정도이다.

40

21

314P

7.6 영구자석 스테퍼전동기

-. 그림은 영구자석 스테퍼전동기를 간순화시켜, 전동기의 특성을 나타낸다.

그림(b)의 회전자는 영구자석에 의해 분리된 두개의 치 섹션을 가진다

41

-. 그림(b)의 회전자는 영구자석에 의해 분리된 두개의 치 섹션을 가진다.

-. 두개의 섹션은 치 피치의 ½만큼 뒤틀어져 있다.

-. 자석은 각 섹션에 반대방향의 극성을 만드는데, 한족 섹션에 5개의 N극을 만들고

다른 섹션에 5개의 S극을 만든다.

-. 그림(a)와 (c)는 회전자와 고정자가 도합된 두 개의 양쪽 단면이다.

-. 고정자 코일은 회전자의 양쪽 섹션 모두에 걸쳐 있다.

315P

-. 조립된 스테퍼전동기의 축방향 단면 그림

42

22

314P

각 회전자 섹션은 모두 토크를 발생시킨다.

실제 각섹션은 평행하며, 다섯개의 치가 있는 회전자와 4개의 치가 있는 고정자에서

실제 토크가 발생한다.

스테퍼전동기의 스텝각은

43

316P

영구자석 스테퍼전동기의 기본원리-. 회전자 위치에 대응되는 회로 및 스위칭 테이블에 의해 설명된다.

-. 단순화된 그림으로 회전자의 S극 부분만 나타내며

-. 회전자가 시계방향(CW)방향으로 회전하도록 하는 회전자 스위치 순서이다.

-. SW1에 의하여 상A가 여자되고, SW2에 의하여 상B가 여자된다.

- 반스텝운전(half-stepping)과 마이크로스테핑운전(microstepping)은 가변릴럭턴스. 반스텝운전(half stepping)과 마이크로스테핑운전(microstepping)은 가변릴럭턴스

스테퍼전동기와 비슷한 방법으로 운전이 가능하다.

44

23

316P

45

317P

7.7 스테퍼전동기의 구동회로그림은 가변릴럭턴스 스테퍼전동기의 구동회로의 일반적인 구조이다.

-. 전동기 제어 입력펄스는 블록F의 필터를 거쳐, 양방향 카운터 C로 전달되고,

카운터의 출력비트는 디코더D의 입력이 된다.

-. 전자스위치 S1, S2, S3, S4는 입력된 펄스 명령에 따라 권선을 여자 또는 전원을

끊는다끊는다.

46

24

317P

freewheeling

반도체 스위치-. 증폭기 A는 디코더에서 나오는 로직레벨의 신호를 트랜지스터 QA 를 켜거나 끄는데

적절한 크기의 전압 또는 전류로 변환하고, 저항 RS는 QA 가 꺼질 때 에너지를

소모한다.

47

318P

영구자석 스테퍼전동기의 구동회로-. 기본구조는 스테퍼전동기 구동회로와 같이

필터(filter), 카운터(counter), 디코더(decoder)로 거의 같다.

-. 상권선(phase winding), 스위치, 전원 등의 상호연결은 자속반전(flux reversal)의

필요성 때문에 상당히 다르다필요성 때문에 상당히 다르다.

48

25

318P

그림 7.15 영구자석 스테퍼전동기의 구동회로

전원이 차단된 회로 Q1이 켜진상태

49

Q1이 꺼지고, 다이오드 D1이 방전경로를 제공

318P

영구자석 스테핑전동기의 스위칭회로-. 다이오드는

전류가 흐르던 트랜지스터가 꺼질 때 상전류를 감소시키는 경로이다.

-. 그림(b)에서 Q1은 도통되어 있고, 전류 i1은 상A에 전류를 공급하고 있다.

-. Q1이 꺼질 때 상 A에 존재하는 인덕턴스는

흐르는 전류의 즉각적인 감소를 방해한다흐르는 전류의 즉각적인 감소를 방해한다.

-. 그림(c)와 같이 다이오드 D2가 역방향의 V2를 통해 방전되도록 함으로써

전류를 빨리 감소시키게 된다.

-. 이 방식의 단점은

두 개의 전원이 필요하다

50

26

319P

선형 유도전동기(Linear-induction-motor, LIM)

원리

-. 3상 유도전동기 및 단상유도전동기의 원리와 같다.

-. 농형회전자 표면을 회전자계가 스쳐 지나가는 형태이나.

LIM에서는 사다리형 회전자의 도전성레일이나 도체를 직선운동하는 자장이LIM에서는 사다리형 회전자의 도전성레일이나 도체를 직선운동하는 자장이

스쳐 지나가도록 한다.

그림에서 알루미늄 사다리의 가로대를 이동시키기 위한 자장이 속도 Us로 움직이는

표현이다

51

319P

-. 렌쯔의 법칙에 따라

도체와 자장 사이의 상대적인 속도에 따라 발생되는 전압, 전류, 자속은

상대적인 운동을 방해하는 방향으로 형성된다.

-. 렌쯔의 법칙을 만족시키기 위해

사다리의 가로대에는 자장이 이동하는 것과 같은 방향으로 기계적인 힘이 발생된다.

- 그림과 같이 도체 가로대의 왼편에 자속의 집중-. 그림과 같이 도체 가로대의 왼편에 자속의 집중

이 일어난다.

-. 가로대에 유기되는 전류의 방향은 오른나사의

법칙에 따른다.

-. 유도전동기와 유사하게 이동하는 자속을 1차측

(primary)이라 한다.

도체레일 또는 사다리 부분을 2차측(secondary)

이라 한다.

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이라 한다.

-. 만일, 1차 측이 고정되어 있으면 2차측(사다리)

이 우측으로 이동하고, 1차측이 자유롭게 움직이

고 2차측이 고정되어 있다면 1차측이 왼쪽으로 움직이게 된다.

-. 선형 유도전동기의 이동방향을 바꾸기 위해서는 1차측 전원의 상순서를 바꾼다.

-. 실제 3상 LIM의 1차측은 농형유도전동기와 같은 형태의 권선이다.

다른 점은 일직선상에 권선이 있다는 것이다.

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1차측 자계의 이동방향

전류의 방향

2차측의 이동방향

1차 자속의 방향

2차 전류에 의한

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차 류에 의자속의 방향

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그림에서는 1극 1상당 한 개의 코일이 있는 2극 선형 유도전동기이다.

-. 2차측은 구리 또는 알루미늄으로 되어 있는 도체 판 또는 레일로 구성된다.

-. 도체레일에 농형바(squirrel-cage bar)는 없지만, 레일에 유기된 와전류(eddy

current)는 상대적인 운동을 방해하는 방향으로 힘을 발생한다.

동기속도(synchronous speed)라 불리는 1차측 자속의 속도는y p

인가전압의 주파수 및 1차 코일의 스팬(span, 극피치(pole pitch)에 대한 함수이다.

인가전압의 한주기 동안 자속은 두 극피치에 해당하는 직선거리를 이동한다.

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321P

-. 선형유도전동기의 동기속도는 회전형 유도전동기와는 달리 극수와는 무관하다.

-, 많은 수의 극이 있다면 발생되는 힘의 총량이 커진다.

2차측의 속도를 동기속도 및 슬립으로 표현하면

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LIM은 비교적 큰 공극 때문에 정격부하상태에서 슬립은 같은 용량의 농형 유도전동기

보다 더 크다.

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321P

LIM(linear induction motor) 용도대형 3상 LIM

-. 이동크레인, 항공기 및 미사일 발사장치, 고속철도의 견인전동기, 컨베이어,

액체금속펌프 등 선형운동이 필요한 대전력 응용분야에 사용된다.

소형선형 유도전동기소형선형 유도전동기

-. 분상형(split-phase-type) 1차측을 가진 소형 선형 유도전동기

-. 도어잠금장치, 저전력의 위치정돈이 필요한 분야에 사용된다.

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7.9 유니버셜 전동기(universal motor)-. 직류전원 및 교류전원에서

같은 속도와 같은 출력을 가지고 작동되도록 특별히 설계된

비교적 소형의 직권전동기이다.

-. 교류전원은 단상으로 60Hz나 그 이하, 전압의 실효치는 직류전압에 해당된다.

용량 : NEMA표준으로 정격이 0.010hp에서 1.0hp 정도이며

정격속도는 5,000 r/min 또는 그 이상이다.

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-. 그림에서 기본적인 유니버셜 전동기의 모양이 나타나 있다.

-. 그림에서 교류전원의 극성이 바뀔때의 회전자의 회전방향을 나타내며

회전방향은 자속의 집중에 의해 결정된다.

-. 전기자(armature)라 불리는 회전자 부분이 직권계자(series-field)에 직렬접속되고

회전하는 정류자(commutator)와 고정되어 있는 브러쉬(brush)가 코일이 회전함에

따라 전기자코일에 흐르는 전류의 방향을 바꾸는 회전스위치(rotary switch)역할을y

하도록 구성되어 있다.

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그림은 등가회로이다.

-, 발생되는 토크의 방향(전기자의 회전방향)은 교류전원의 극성과 무관하다.

유니버셜 전동기에 발생되는 토크는

직권계자의 자속밀도와 전기자도체에 흐르는 전류에 비례한다.

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직권계자에 흐르는 전류는 전기자전류와 같다.

자기포화효과(magnetic saturation effect)을 무시하면

식(7-17)에서 유니버셜 전동기에서 발생되는 토크는 대략

전기자전류의 제곱에 비례한다.

유니버셜 전동기는 같은 정격의 유도전동기에 비해

높은 토크를 발생하며, 고속으로 가속할 수 있으며, 무게당 출력의 비가 높다.

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324P

유니버셜 전동기의 회전방향의 변경

-. 직권계자와 전기자에 흐르는 전류의 방향중 하난만을 바꿈으로써 가능하다.

속도조정

단권변압기, 반도체제어회로를 이용하여 전동기 인가전압을 줄임으로써 가능하다.

낮은 전압으로

전기자전류가 줄고, 발생되는 토크를 낯추어 속도가 낮아진다.

토크-속도 특성은

교류나 직류이나 본질적으로 같으며

상대적으로 작은 크기 때문에, 전동기에 무리없이 무부하에서 12,000r/min 이상의

운전이 가능하다.

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용도는

진공청소기, 이동식전동공구, 부엌 기구 등에 사용된다.

일부 전기청도시스템에서는 25Hz 단상전원으로 구동되는 직권전동기를

견인용으로 사용하고 있다.