동기 전동기의 작동 원리

동기 전동기의 구조와 자극

동기 전동기는 두 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다: 스태터(정지 부분)와 로터(회전 부분). 스태터는 3상 교류 전원에 의해 에너지가 공급되며, 로터는 직류 전원에 의해 자극됩니다.

자극 원리:
자극이란 스태터와 로터에 자기장을 유도하여 이를 전자석으로 변환하는 과정을 의미합니다. 이 자기 결합은 전기 에너지를 기계적 회전으로 변환하는 데 필수적입니다.

동기 전동기에서의 자기장 생성

3상 교류 전원은 스태터에 교대하는 북극과 남극을 유도합니다. 전원이 사인파 형태이므로, 그 파형 극성(양/음)은 반주기마다 바뀌어 스태터의 북극과 남극이 교대로 변합니다. 이렇게 하여 스태터 내에서 회전하는 자기장이 생성됩니다.

로터의 자기장은 직류 전원에 의해 설정되며, 이는 극성을 고정하고 정지된 자기장을 생성합니다. 즉, 그 북극과 남극은 일정하게 유지됩니다.

스태터의 자기장의 회전 속도를 동기 속도라고 부르며, 이는 공급 주파수와 모터의 폴 수에 의해 결정됩니다.

동기 전동기에서의 자기극 상호작용

스태터와 로터의 서로 다른 극이 일치할 때, 그들 사이에 인력이 발생하여 반시계 방향 토크를 생성합니다. 토크는 힘의 회전적 상당물로서 로터를 스태터의 자기극을 따라 움직이게 합니다.

각 반주기마다 스태터의 극성이 바뀝니다. 그러나 로터의 관성, 즉 운동 변화에 대한 저항성 때문에 위치를 유지합니다. 같은 극(북-북 또는 남-남)이 일치하면 반발력이 시계 방향 토크를 생성합니다.

이를 시각화하기 위해 2폴 모터를 고려해 보겠습니다. 아래 도면에서 스태터와 로터의 반대 극(N-S 또는 S-N)이 인력을 유도하는 것을 볼 수 있습니다.

반주기 후 스태터의 극이 바뀝니다. 스태터와 로터의 같은 극이 서로 마주하게 되고, 그들 사이에 반발력이 발생합니다.

일방향이 아닌 토크는 로터를 한 곳에서만 진동시키므로, 이로 인해 동기 전동기는 자체적으로 시작하지 않습니다.

동기 전동기의 시작 메커니즘

운전을 시작하려면 먼저 외부 구동 장치로 로터를 회전시켜 스태터의 회전 자기장과 극성을 일치시킵니다. 스태터와 로터의 극이 맞물리면서 일방향 토크가 생성되어 로터가 스태터의 자기장의 동기 속도로 회전하도록 끌어당깁니다.

동기화되면, 모터는 공급 주파수와 폴 수에 의해 고정된 동기 속도로 일정한 속도로 작동합니다.