동기 모터에 대한 부하의 영향
동기 모터는 부하와 관계없이 일정한 동기 속도로 작동합니다. 이제 부하 변화가 모터에 미치는 영향을 살펴보겠습니다. 동기 모터가 초기에는 전도력 인자(leading power factor) 상태에서 작동한다고 가정해봅시다. 이 경우의 위상 도표는 다음과 같습니다:
축에 걸리는 부하가 증가하면, 로터는 순간적으로 느려집니다. 이는 모터가 전기 회선으로부터 추가적인 전력을 끌어들일 시간이 필요하기 때문입니다. 즉, 로터는 동기 회전 속도를 유지하지만, 증가된 부하 요구로 인해 공간 위치에서 효과적으로 "뒤처지게" 됩니다. 이 과정에서 토크 각 δ가 확장되며, 이로 인해 유도 토크가 증가하게 됩니다.
유도 토크의 방정식은 다음과 같이 표현됩니다:
그 후, 증가된 토크가 로터를 가속시키고, 모터는 다시 동기 속도를 달성합니다. 그러나 이것은 더 큰 토크 각 δ로 복원됩니다. 자극 전압 Ef 는 ϕω에 비례하며, 필드 전류와 모터의 회전 속도에 의존합니다. 모터가 일정한 동기 속도로 작동하고 필드 전류가 변하지 않는다면, 전압 |Ef| 의 크기는 일정하게 유지됩니다. 따라서 우리는 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다:
위의 방정식에서, 전력 P가 증가할 때, Ef sinδ 과 Ia cosϕ의 값도 함께 증가함을 알 수 있습니다.다음 그림은 부하 증가가 동기 모터의 작동에 미치는 영향을 보여줍니다.
위 그림에서 볼 수 있듯이, 부하가 증가할수록 jIaXs는 점점 증가하고, 방정식 V=Ef+jIaXs 는 유효하게 유지됩니다. 동시에 암전류도 증가합니다. 전력 인자 각은 부하 변화에 따라 변형되며, 점점 덜 전도력인 상태로 바뀌고, 나아가 지연 상태로 전환되는 것을 명확히 보여줍니다.
요약하자면, 동기 모터의 부하가 증가할 때, 다음의 주요 관찰 사항을 얻을 수 있습니다:
동기 모터가 처리할 수 있는 기계적 부하에는 한도가 있다는 점에 유의해야 합니다. 부하가 계속 증가하면서 토크 각 δ가 증가하여 임계점에 도달하면, 로터는 동기 상태에서 벗어나 멈추게 됩니다.
풀아웃 토크는 동기 모터가 정격 전압 및 주파수에서 동기 상태를 유지하면서 생성할 수 있는 최대 토크를 의미합니다. 일반적으로, 이 값은 전체 부하 토크의 1.5배에서 3.5배 사이입니다.
