아머처: 정의, 기능 및 부품

아마추어란 무엇인가?

아마추어는 전기 기계(예: 모터 또는 발전기)의 구성 요소로, 교류 전류(AC)를 운반합니다. 아마추어는 직류(DC) 기계에서도 커뮤테이터(주기적으로 전류 방향을 역전시키는 장치) 또는 전자적 코뮤테이션(예: 브러시리스 DC 모터)을 통해 AC를 운반합니다.

아마추어는 아마추어 와인딩을 수용하고 지지하며, 이는 스태터와 로터 사이의 공기 간극에서 형성된 자기장과 상호 작용합니다. 스태터는 회전 부품(로터) 또는 고정 부품(스태터)일 수 있습니다.

아마추어라는 용어는 19세기에 "자석의 보관자"라는 기술 용어로 도입되었습니다.

전동기에서 아마추어는 어떻게 작동하는가?

전동기는 전자기 유도를 통해 전기 에너지를 기계 에너지로 변환합니다. 이것은 플레밍의 왼손 법칙에 따라 자기장 내의 전류를 흐르게 하는 도체가 강제로 움직일 때 발생합니다.

전동기에서는 스태터가 영구 자석이나 전자석을 사용하여 회전 자기장을 생성합니다. 아마추어는 일반적으로 로터이며, 아마추어 와인딩이 연결되어 있으며, 이는 커뮤테이터와 브러시에 연결됩니다. 커뮤테이터는 아마추어 와인딩이 회전할 때마다 전류 방향을 전환하여 항상 자기장과 일치하도록 합니다.

자기장과 아마추어 와인딩 사이의 상호 작용은 아마추어를 회전시키는 토크를 생성합니다. 아마추어에 연결된 샤프트는 기계적 파워를 다른 장치로 전달합니다.

발전기에서 아마추어는 어떻게 작동하는가?

발전기는 전자기 유도 원리를 사용하여 기계 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 도체가 자기장에서 움직일 때, 패러데이의 법칙에 따라 전동력(EMF)이 유도됩니다.

발전기에서 아마추어는 일반적으로 디젤 엔진이나 터빈과 같은 주 동력으로 구동되는 로터입니다. 아마추어는 아마추어 와인딩을 수용하며, 이는 커뮤테이터와 브러시에 연결됩니다. 스태터는 영구 자석이나 전자석을 사용하여 정지 자기장을 생성합니다.

자기장과 아마추어 와인딩 사이의 상대적인 움직임은 아마추어 와인딩에서 EMF를 유도하며, 이는 외부 회로를 통해 전류를 생성합니다. 커뮤테이터는 아마추어 와인딩이 회전할 때마다 전류 방향을 전환하여 교류 전류(AC)를 생성합니다.

아마추어 부품 및 다이어그램

아마추어는 코어, 와인딩, 커뮤테이터, 샤프트 등 네 가지 필수 구성 요소로 구성됩니다. 아래는 이러한 부품을 나타내는 다이어그램입니다.

아마추어 손실

전기 기계의 아마추어는 여러 가지 손실을 입어 효율과 성능이 저하됩니다. 이러한 손실에는 다음이 포함됩니다:

• 구리 손실: 이는 아마추어 와인딩의 저항으로 인한 전력 손실입니다. 이는 아마추어 전류의 제곱에 비례하며, 더 두꺼운 선이나 병렬 경로를 사용하여 줄일 수 있습니다. 구리 손실은 다음과 같은 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:

여기서 Pc는 구리 손실, Ia는 아마추어 전류, Ra는 아마추어 저항입니다.

에디 전류 손실: 이는 아마추어 코어에서 유도되는 전류로 인한 전력 손실입니다. 이러한 전류는 변화하는 자기 유량으로 인해 발생하며, 열과 자기 손실을 생성합니다. 에디 전류 손실은 라미네이트 코어 재료를 사용하거나 공기 간극을 늘림으로써 줄일 수 있습니다. 에디 전류 손실은 다음과 같은 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:

여기서 Pe는 에디 전류 손실, ke는 코어 재료와 형태에 따른 상수, Bm은 최대 자기 유량 밀도, f는 유량 역전 주파수, t는 각 라미네이트의 두께, V는 코어의 부피입니다.

• 히스테리시스 손실: 이는 아마추어 코어의 반복적인 자화와 탈자화로 인한 전력 손실입니다. 이 과정은 코어 재료의 분자 구조에서 마찰과 열을 생성합니다. 히스테리시스 손실은 낮은 강제력과 높은 투자율을 가진 연자재를 사용하여 줄일 수 있습니다. 히스테리시스 손실은 다음과 같은 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:

여기서 Ph는 히스테리시스 손실, kh는 코어 재료에 따른 상수, Bm은 최대 자기 유량 밀도, f는 유량 역전 주파수, V는 코어의 부피입니다.

총 아마추어 손실은 이러한 세 가지 손실을 더하여 얻을 수 있습니다:

아마추어 효율은 아마추어의 출력 전력과 입력 전력의 비율로 정의할 수 있습니다:

여기서 ηa는 아마추어 효율, Po는 출력 전력, Pi는 아마추어의 입력 전력입니다.

아마추어 설계

아마추어 설계는 전기 기계의 성능과 효율에 중요한 역할을 하며, 다음과 같은 몇 가지 핵심 요소에 의해 영향을 받습니다:

• 슬롯 수: 슬롯은 아마추어 와인딩을 수용하고 기계적 지지를 제공합니다. 슬롯 수는 와인딩 유형, 극 수, 기계 크기에 따라 달라집니다. 일반적으로 더 많은 슬롯은 플럭스와 전류의 더 나은 분포, 더 낮은 반응 및 손실, 더 부드러운 토크를 제공합니다. 그러나 더 많은 슬롯은 아마추어의 무게와 비용을 증가시키고, 절연 및 냉각 공간을 줄이며, 누설 플럭스와 아마추어 반응을 증가시킵니다.

• 슬롯의 형태: 슬롯은 공기 간극에 노출되는지 여부에 따라 개방형 또는 폐쇄형일 수 있습니다. 개방형 슬롯은 와인딩과 냉각이 쉽지만, 공기 간극의 reluctivity와 누설 플럭스를 증가시킵니다. 폐쇄형 슬롯은 와인딩과 냉각이 어렵지만, 공기 간극의 reluctivity와 누설 플럭스를 줄입니다.

• 와인딩 유형: 와인딩은 코일이 커뮤테이터 세그먼트에 연결되는 방식에 따라 랩 와인딩 또는 웨이브 와인딩일 수 있습니다. 랩 와인딩은 고전류 및 저전압 기계에 적합하며, 전류 흐름을 위한 여러 병렬 경로를 제공합니다. 웨이브 와인딩은 저전류 및 고전압 기계에 적합하며, 코일의 직렬 연결을 제공하고 전압을 합산합니다.

• 전도체의 크기: 전도체는 아마추어 와인딩에서 전류를 운반하는 데 사용됩니다. 전도체의 크기는 전류밀도, 즉 단면적 대비 전류의 비율에 따라 달라집니다. 높은 전류밀도는 더 높은 구리 손실과 온도 상승을 초래하지만, 더 낮은 전도체 비용과 무게를 제공합니다. 낮은 전류밀도는 더 낮은 구리 손실과 온도 상승을 초래하지만, 더 높은 전도체 비용과 무게를 제공합니다.

• 공기 간극의 길이: 공기 간극은 스태터와 로터 극 사이의 거리입니다. 공기 간극의 길이는 기계의 플럭스 밀도, reluctivity, 누설 플럭스, 아마추어 반응에 영향을 미칩니다. 더 작은 공기 간극은 더 높은 플럭스 밀도, 더 낮은 reluctivity, 더 낮은 누설 플럭스, 더 높은 아마추어 반응을 초래합니다. 더 큰 공기 간극은 더 낮은 플럭스 밀도, 더 높은 reluctivity, 더 높은 누설 플럭스, 더 낮은 아마추어 반응을 초래합니다.

아마추어 설계 (계속)

아마추어를 설계하기 위해 사용되는 일부 방법은 다음과 같습니다:

• EMF 방정식: 이 방정식은 아마추어에서 유도된 EMF를 플럭스, 속도, 그리고 와인딩의 회전 수와 관련시킵니다. 이를 사용하여 주어진 출력 전압과 전력에 대한 아마추어의 필요한 차원과 매개변수를 결정할 수 있습니다.