전동기(電動機, Electric Motor)는 전기 에너지를 회전운동 에너지로 전환하는 기계로 이를 통해 여러 동력 장치를 만들 수 있고 크게 직류 전동기와 유도 전동기로 나눌 수 있다.
직류전동기(Direct Current Motor)는 원리는 전선의 왼쪽은 전류가 나가는 방향, 오른쪽은 전류가 들어가는 방향으로 전선 주변에 자기장이 만들어지게 된다. 플레밍의 왼손 법칙에 따라 자석과 전선의 자기장의 차이로 인하여 왼쪽의 전선은 위로 힘을 얻고 오른쪽 전선은 아래 방향으로 힘을 얻어 시계 방향으로 회전하게 된다. 직류 전동기는 대부분 소형 전동기의 전원을 사용하며 예시로 우리가 예전에 가지고 놀던 미니카의 모터를 들 수 있다.
유도 전동기(Induction Motor)는 가정이나 산업현장에서 사용하는 3상 교류로 회전하는 기계를 말한다. 유도 전동기의 경우 직류 전동기와 원리가 조금 다른데 직류 전동기의 경우 양쪽의 자계에 전선의 전기자로 인하여 만들어진 자기장에 의해서 회전하지만 유도 전동기의 경우에는 회전하는 자계에 의해서 회전자가 따라서 돌아가는 구조로 되어있다. 이 회전하는 자기장을 회전자가 받게 되면 이에 반응하는 기전력이 회전자에 유도되어 회전자에 전류가 흐르게 되고 전류는 또 자기력을 만들게 된다. 이 자기력이 결국 고정자에 있는 자기장과 상호작용하여 회전하는 힘을 발생시킨다.
유도 전동기의 원리를 더 자세하게 살펴보면 고정자에 120도 차이로 3상 코일을 감아 넣은 다음 서로 마주 보는 방향의 코일을 반대로 감아 3상 전원을 공급하게 되면 3상 교류의 특성상 시간에 따라서 3상의 극성이 지속해서 변하게 된다. 이에 따라 자기장의 방향이 지속적으로 변화하게 되며 이 극성의 변화는 고정자 내부에서 N극과 S극의 자석이 회전하는 것과 같은 자기장을 얻을 수 있으며이를 화전 자계(Rotating Magnetic Filed)라 하며 회전자에 유도 기전력이 발생하게 되어 플레밍의 왼손 법칙에 따라서 회전자가 회전하게 된다.
유도 전동기에서 만들어지는 회전 자기장의 회전 속도를 동기 속도라 하며, 동기 속도는 주파수에 비례하고 극 수에 반비례하며 분당 회전수(rpm)으로 표현한다.
또한 전동기를 다루기 위해서는 전동기의 명판 읽는 것도 중요한데 대표적으로 정격전압(Rated Voltage), 전격전류(Rated Current), 정격출력(Rated Output), 절연계급(Insulation Class), 온동 상승(Temperature Rise)로 나눌 수 있다.
- 정격전압(Rated Voltage) : 전동기가 안전하고 정상적으로 동작을 수행할 수 있는 입력전압으로 정격 주파수와 함께 봐야하며 전압이 맞지 않게 되면 정상적인 운전이 불가하다.
- 정격전류(Rated Current) : 정상적으로 전동기가 동작할 때 흐르는 전류로 정격전류 이상으로 운전 시에 권선 과열이나 단락 및 절연 파괴가 발생할 수 있으며 이를 보호하기 위해서 과전류계전기(OCR : Over Current Relay)를 사용한다.
- 정격출력(Rated Output) : 전동기가 기계적인 힘을 낼 수 있는 보장된 출력값으로 저압과 전류의 곱과 함께 효율과 역률 등을 고려해서 계산한다.
- 절연계급(Insulation Class) : 모터의 절연 성능을 나타내는 수준으로 전동기의 수명에 가장 큰 변수가 된다
| 절연 계급 | 최고 허용 온도 | 재료 |
| Y 종 | 90°C | 면, 견, 종이 등의 재료로 구성, 바니시류에 함침 또는 기름에 침투시키지 않음 |
| A 종 | 105°C | 면, 견, 종이 등의 재료로 구성, 바니시에 함침 또는 기름에 침투 |
| E 종 | 120°C | 에나멜선용 폴리우렌트수지, 에폭시, 합성수지 등 |
| B 종 | 130°C | 운모, 석면, 유리섬유 등을 아스팔트 접착재료와 같이 구성 |
| F 종 | 155°C | B종의 재료를 알킬페놀수지, 에폭시 수지 등의 재료와 같이 구성 |
| H 종 | 180°C | B종, F종과 같은 재료를 규소수지 등 내열성이 우수한 재료와 같이 구성 |
| C 종 | 180°C 초과 | 운모, 석면, 유리 등을 단독으로 사용하거나 시멘트 등의 무기 접착제와 조합 |
- 온도 상승(Temperature Rise) : 전동기의 온도 상승 정도로 이 또한 절연계급과 연결되며 성능 저하의 변수가 된다.
개인 공부를 위한 게시물로 틀린 내용을 포함할 수 있는 점 참고 부탁드립니다.
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