전동기란 무엇일까 ?


1. 전동기의 종류
   1) 단상 전동기
          단상 전원은 일반 가정용의 상용 전원으로 한상으로 되어 있으며 따라서 전원 자체만으로는 모타가 회전되지 않으므로
          단상 전동기는 기동을 위한 분상 코일이나 콘덴서를 보조코일에 설치하거나 세이딩코일을 설치하여 기동 시킵니다.

  2) 삼상 전동기
          삼상 전원은 공장등 동력으로 구분되고 전원의 각상의 전압 위상이 120°씩 틀어진 3개의 전원으로 되어있으며 모타에
          직결하면 용이하게 회전 자계가 일어나 모타를 회전 시켜 사용할수 있으므로 고효율 및 비교적 높은 기동 TORQUE도
          얻을수 있습니다.

2.전동기란 무엇인가 ?  
     모타는 기기가 어떤 일을 할 때 그 기기의 구동원이 되는 것으로 전원을 넣으면 전기 작용에서 발생하는 회전력을 축(SHAFT)
     으로 꺼내어 다른 기계에 벨트 또는 GEAR를 통해 힘을 전달 시키는 작용을하며 회전축과 직결시켜 어떤 구체적인 작용을 하는
     것으로 한마디로 전기 에너지를 기계 에너지(회전 에너지)로 변환하는 장치로 대부분의 기기의 심장과 같은 중요한 역할을 합
     니다.

3. 전동기의 회전 원리   
 후레밍의 왼손 법칙       
    우측의 그림과 같이 자속이 있는 영구 자석에 자력선의 방향과 직각으로 도체를 넣고 이 도체에 화살표 방향으로 전류를
     흘리면 도체는 힘을 받아 화살표 방향인 위 쪽으로 움직입니다. 
     이와 같이 자속과 전류와의 관계에서 발생하는 힘을 전자력 이라고 하고 이 세관계는 서로 직각으로 뻗어진 왼손의 엄지,
     검지, 중지로 나타내며 이 작용을 발견 한 사람의 이름을 따서 후레밍의 왼손법칙이라고 합니다.

4. 단상 전동기의 회전 원리
    우측의 그림과 같이 주권선과 보조권선을 가지고 있어 서로 전기각으로 π / 2의 위치에 권선을 배치하고 있으며 보조권선과
    직렬로 콘덴서를 접속하고 있습니다.
    보조권선과 콘덴서가 기동장치이지만 콘덴서 운전형 모타의 경우 운전시에도 떨어지지 않고 통전을 하며 그래서 주권선의
    전류 Im에 대한 보조권선의 전류 Ia가 π / 2만큼 앞서게 흐릅니다.
    주파수그림에서 주권선 전류 Im과 보조권선 전류 Ia와의 관계를 횡축은 시간으로 1주기분을 나타내고 있으며(주파수가
    60Hz  라면 1/60초를 나타냅니다.) 고정자의 권선의 예로 아래 우측그림과 같이 2극 콘덴서 모타의 권선 배치도를 나타내고
    2극 콘덴서모타에서 주권선은 A와 B, 보조권선은 C와 D로서 A와 B 및 C와 D는 상대극으로 되도록 배치했습니다.

        지금 여기의 권선에 正의 전류가 흘렸을 때

A권선 - N극
B권선 - S극
C권선 - N극 D권선 - S극의 극성을 구성하도록 권선하고 있습니다.

    우측그림 권선 배치도에서의 正負와 이것과의 극성 관계를 결합 시키면 권선의 극성 변화은 시간 t1 - t2 - t3 - t4 - t5로
    변화시키면 극성도 변화합니다.
    권선 배치도 상에서 동심원으로 시간을 외주에서 변화하도 하면 시간 t1에 걸리는 보조권선 D의 S극은 시간t2에 걸리는
    주권선 B의 위치에, 그리고 시간 t3에 걸리는 보조권선 C의 위치에, 순서로 이동하고 시간 t5가 1주기로 본래의 보조권선
    D의 위치에 돌아옵니다.
    다른 극(N극)도 같은 모양으로서 시계 방향으로 회전하기 때문에 회전 자계를 구성하는 것이 됩니다. 여기에서 주파수가
    60Hz이면 1/60초가 되므로 1분간 회전자계의 회전수 Ns는 Ns = 60 X 60 = 3600[rpm]이 되며 이 회전수 Ns는 동기속도
    라고 하며 유도 전동기의 회전자는 동기 속도보다 늦게 회전하고 그 늦은 율을 Slip s로 나타냅니다.

5. 전동기가 가지는 일반적인 특성
   1) TORQUE란?
     모타의 토르크란 회전체를 돌리기 위한 회전력으로서 그 단위는 그람 센티미터(g-cm) 또는 키로그람 센티미터(Kg-cm)가
     사용되며 미국의 경우 뉴톤 메타(N-m), 인치 온스(In-oz)로 사용합니다.
     1Kg-cm의 토르크라는 것은 회전체의 반경이 1cm인 외주의 한 점에서 직각 방향으로 1Kg의 힘을 가한 경우의 회전력으로
     토르크 T(Kg-cm)와 출력 P(KW)와의 관계와 회전수 N(rpm)과의 관계는 다음과 같습니다.
              T = 974 P/N (Kg-cm)
                   P : 정격출력 (KW)
                   N : 회전수 (rpm)
          ① 시동 토르크 (STARTING TORQUE)
          모타가 기동 할 때 발생되는 회전력으로 회전자 구속회전력 (LOCKED ROTOR TORQUE)이라고도 하고 기동 토르
          크라하기도 하며 이 회전력 보다 큰 힘을 모타에 가하면 모타는 회전되지 않습니다.
          ② 정격 토르크 (RATED TORQUE)
          전동기의 정격 속도 시의 토르크로 이때 모타에는 정격 전압을 가해 정격 출력을 연속적으로 낼 때의 토르크라고
          하며 정상 운전시에는 이토오크 이하에서 사용하며 전부하 토르크라고도 합니다.
          ③ 최대 토르크 (정동 TORQUE)
          전동기가 낼 수 있는 회전력의 최대치로서 정동 회전력이라고도 하며 운전중에 최대 토르크 이상의 부하가 걸리면
          전동기는 정지됩니다.
          ④ 정마찰 토르크
          電磁 브레이크, 크러치 브레이크 등이 정지해 있는 상태에서 부하를 유지 할 때의 토르크입니다.
          ⑤ 허용 토르크
          모타룰 운전 할 때 사용 가능한 최대 토르크를 말하며 모타의 정격 토르크, 온도 상승, 조립된 기어 헤드 강도에 따라
          한정됩니다.

  2) 회전수란?
① 동기 회전수
전원 주파수와 모타의 극수로 결정되어지는 회전수입니다.
Ns = 120f / P (rpm)
Ns : 동기 회전수 (rpm)
f : 전원 주파수 (Hz)
P : 모타의 극수
120 : 정수
rpm : 1분 당 회전수 (Revolution Per Minute)

예) 전원 주파수가 50Hz에서 모타가 2극 인 경우 Ns = 120*50 / 2 = 3000 (rpm)이 됩니다.
② 무부하 회전수
모타 출력축에 무부하로 모타를 회전 시켰을 때의 회전수로 인덕션모타나, 리버시블모타에서는 동기 속도보다 약 20 - 60
rpm 정도 낮게 회전합니다.
③ 정격 회전수
모타에 정격 부하를 걸고 정격 출력을 낼 때의 회전수로 이때의 회전수가 최적인 회전수로 동기 전동기의 경우에는 동기
회전수가 정격 회전수입니다.
④ SLIP
회전수를 다른 방법으로 표현하는 것이며 다음 식으로 표시합니다.
S = Ns - N / Ns 또는 N = Ns X (1 - S)
Ns : 동기 회전수 (rpm)
N : 임의 부하시 회전수 (rpm)
S : 슬립
예) 4극 60Hz의 인덕션모타로 슬립 S = 0.1로 운전시킨다면
      N = 120 - 60 / 4 (1 - 0.1) = 1800 (1 - 0.1) = 1620 (rpm)이 됩니다.
3) 정격이란?
모타에 정해진 사용 조건에 적합하도록 설계되어 있는 것으로 그 사용 조건에 맞았을 때의 사용 한도를 정격이라고 하며
출력에 대한 사용 한도 및 전압, 전류, 회전수, 주파수등을 지정합니다.
그것은 정격 출력, 정격 전압, 정격 전류, 정격 회전수, 정격 주파수라 칭하며 정격에는 연속 정격, 단시간 정격, 반복 정격
등이 있습니다.
① 연속 정격
지정된 조건에서 계속하여 사용 할 때 규정된 온도 상승과 제반 조건을 초과하지 않고 연속 사용 가능 한 것을 연속 정격
이라 합이다.
② 단시간 정격
지정된 조건으로 규정된 시간동안 운전 할 때에 규정된 온도 상승등 제반 조건을 초과하지 않고 사용하는 것을 단시간 정
격이라고 하며, 5분, 10분, 15분, 30분, 1시간, 2시간의 6가지를 표준으로 합니다.
③ 반복 정격
지정된 조건에서 일정한 부하로 운전과 정지를 주기적으로 반복 사용 할 때에 규정된 온도 상승 등 기타의 제반 조건을 초
과하지 않는 정격이다.
4) 출력이란?
① 모타가 단위 시간에 할 수 있는 일을 나타내며 회전수와 힘(토르크)을 곱한 값으로 결정되며 이 정격 출력 값을 모타에
표시합니다.
출력 = 1.027 X 10-5 X T X N (Watts)
1.027 : 정수
T : Torque (g-cm)
N : 회전수 (rpm)

출력의 단위로는 Watts와 마력으로 표시하며 1마력(HP)은 746(W)입니다.
② 정격 출력
지정된 전압, 주파수의 조건에서 연속적으로 발생되는 출력으로 이 지정된 전압, 주파수를 정격 전압, 정격 주파수라 하고
이 정격 출력을 일반적으로 출력이라 합니다.
 5) 전압, 전류, 전기저항이란?
        ① 전압
        물은 수위가 높은 곳에서 수위가 낮은 곳으로 흐릅니다. 이 경우 수위의 차를 낙차라고 하며 메타(m)로 표시하고 전기
        현상에서는 물의 낙차에 상당하는 것을 전위차 또는 전압이라고 하여 단위를 볼트(V)로 표시하고 이것을 재는 것을
        전압계라고 합니다.
        ② 전류
        물이 수위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐를 때 물은 연결된 수로를 타고 흐르게 됩니다. 이 경우를 전기 현상으로 나
        타내면 수로를 전기 회로라 하며 물이 흐르는 것, 즉 수류를 전류라고 하고 물이 수위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐
        르는 것과 같이,전류도 고전위에서 저전위쪽으로 흐릅니다.
        전기가 움직이는 빠르기는 1초에 지구를 7바퀴 반이라고 하는 상당한 속도이며 단위는 암페어 (A)라고 표시하며 이
        것을 재는것을 전류계라고 합니다.
        ③ 전기 저항 (저항)
        물의 유량(流量)은 같은 수압에도 수로의 내부에 凹凸 등의 형상이나 수로의 형태의 따라, 재질의 종류에 의해 크게
        달라집니다.
        이를테면 내면에 凹凸이 많을 경우 단면적이 작은 경우 또 수로위 길이가 길 때에는 장해가 되는 저항으로 인해 유
        량(流量)은 작게 되는 것처럼 전기의 저항도 전기 회로의 성질에 따라 회로에 흐르는 전류의 크기을 변하 시키며 이
        것을 전기 저항 이라고 하고, 간단하게 저항이라고 부르며 단위는 옴(Ω)으로 표시합니다.
        저항의 크기는 도체의 재질에 따라 다르고 재질이 일정하면 길이에 비례하고 단면적에 반비례 합니다.
6) Ohm의 법칙이란?
       전압, 전류, 저항의 사이에는 다음과 같은 관계가 있고 그 관계를 OHM의 법칙이라고 합니다.(직류의 경우)
       전류(電流) I (A)   = 전압 (V) / 저항(Ω)
       저항(抵抗) R (Ω)  = 전압 (V) / 전류 (A)
       전압(電壓) E (V)    = 전류 I(A) X 저항 R(Ω)
7) 전력 및 전력량이란?
     ① 전력
     우리 옛 조상들의 지혜의 산물인 물래방아은 물을 높은 곳에서 낮은 곳으로 흘려 수차에 닿아 이것을 돌려 쌀을 찧는
     것처럼 수차를 돌리는 일을 수력이라 하고 그 힘은 수량 X 낙차에 의해 결정되며 전기에서도 마찬가지로 일을 시킬 때
     에는 전력이 필요합니다.
     전력이란? 전기가 단위 시간 (Sec)에 하는 일 (Joule)의 단위로서 왓트(W) = Joule / Sec 또는 키로 왓트(KW)로 표
     시하며 직류에서는 전력(W) = 전압 (V) X 전류(A)로 나타내지만 교류의 경우에는 전압도 전류도 시간과 함께 변화하고
    위상의 관계로 인하여 일에 관계하지 않는 전류도 있기 때문에 간단하게 전압과 전류의 적으로는 나타낼 수 없으며 교
    류의 경우는 다음의 식으로 나타냅니다.
         전력 (W) = 전압 (V) X 유효전류 (A)
     ② 전력량
    전력량이란 단위 시간의 전력의 총량을 말하며 전력량 [Wh(왓트아워)] = 전력(W) X 시간(h) 으로 나타내고 1W의 전
    력이 2시간 일하면 2Wh로 표시합니다.(실제에는 1,000배의 KWh를 사용합니다.)
    전력과 전력량의 관계는 전력 (W)는 전압 (V)에 전류 (A)를 곱한 면적으로 나타내며, 전력량은 그 면적에 시간(h)을 곱
    한 체적과 같은 것입니다.
8) 직류, 교류란?
   ① 직류 (DC : Derect Current)
   직류에는 전지와 같이 (+)극과 (-)극이 항상 일정한 전원에서 흘러내는 전류로 전류의 방향은 불변이고 크기도 일정하며
   전압의 방향도 일정합니다.
   직류 발생 장치로서는 건전지, 축전지, 직류 발전기의 각종 정류기 등이 있습니다.
   ② 교류 (AC : Altenating Current)
   교류는 직류와 달라서 (+)극과 (-)극이 일정한 시간적 주기를 가지고 서로 교차되도록 전원에서 흘러내는 전류로 전류
   및 전압의 방향도 값이 일정한 주기를 가진 정현파가 되어 변화하는 것이로 정확히 시계의 추가 일정의 리듬으로 좌우로
   왔다갔다하고 있는 것과 같습니다.
9) 주파수란?
   주파수는 교류가 1초간에 반복한 주기의 수로 단위는 헬스(Hz)로 나타냅니다.
   우측그림의 정현파로서 설명하면 A1에서 화살표 방향으로 일주하고 다시 그 위치 A5까지 왔을 때 이것을 1사이클(Cycle)
   이라고 하고 전기각으로는 360°가 됩니다.
   우리 나라에서는 60Hz의 주파수가 표준으로 채용되고 있으며, 이것은 1초간에 60회 전류의 방향이 (+)에서 (-)로 변할 때
   일시적으로 전원은 정지하는 형태가 되어 전등은 1초간에 120회가 꺼졌다 켜졌다 하지만 교류의 점멸은 빠른 속도이므로
   사람의 눈으로 판별은 곤란합니다.
10) 효율이란?
   효율은 출력(MOTOR가 외부에 전달할 수 있는 일량)의 입력(MOTOR의 공급되는 전기 에너르기의 총량으로 MOTOR
   스스로 소비하는 손실과 출력과의 합계)에 대한 비율이므로 다음과 같이 나타냅니다.
        효율 (%) = 출력 / 입력 X 100 다른 방법으로는
        효율 (%) = 입력 - 손실 / 입력 X 100
        효율 (%) = 출력 / 출력 + 손실 X 100
   MOTOR의 효율은 대용량의 것일수록 좋고 소용량의 것일수록 나쁘며 표준 농형 삼상 MOTOR의 효율은 약 75% ∼ 85%
   전후이고 100W 이하의 단상 MOTOR에 있어서는 대개 50% 전후입니다.
   또 손실은 MOTOR 내에서 열, 진동, 소음 등의 에너지(열)로 바뀌고 MOTOR에 있어 대부분 유익하지 않은 요소이므로 이
   손실은 될 수있는한 최소로 해야하며 손실에는 다음과 같은 것이 있습니다.
   ① 무부하손
   부하의 대소에 관계없이 일정하게 볼 수 있는 손실입니다.
   전기적 손실은 철손과 동손으로 나누어지며 철손은 고정자와의 철심에 의한 손실이며, 동손은 고정자와 회전자의 권선
   저항에 의한 손실입니다.
   기계적 손실은 축수의 마찰손, 냉각용 통풍선의 풍손 및 권선형의 경우에는 브러쉬의 마찰손 등으로 이것들은 회전수의
   비례하여 크게 됩니다.
   ② 부하손
   부하를 걸었을 때의 손실로서 고정자 및 회전자 권선 중 동손이 주가 되는 것입니다.
11) 역율이란?
    역율이란 전압과 전류와의 위상차 이를테면 파형의 차이의 크기를 나타내는 계수라고 말 할 수 있습니다.
    일반적으로 역율이 큰 것이 무효 전력이 작아 경제적이며 MOTOR의 경우도 위상차(파형의 차이)는 있어 그것은 보통
    전류의 위상이 전압의 위상에 늦게 되어 여기서 MOTOR의 회로에 전류의 위상을 앞서게 하는 진상용 콘덴서등을 사용
    하여 파형의  차이를 적게하여 역율을 개선하는 방법도 있습니다.
    일반적으로 MOTOR의 용량이 클수록 역율은 좋고, MOTOR의 용량이 적을수록 역율은 작아 나빠지게 되며 같은 용량
    이라면 극수가 증가할수록 무부하 전류도 증가하여 역율도 작게되어 나빠지는 것이 보통 입니다.