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과과 정정 q 학습 시간

학습학습 안내안내

본 과정은 C&M 연구소에서 생산하는 모터의 종류와 기본 원리에 대해

학습하여 이해하는데 있다.

• 240분

Chapter1. 전기 일반 및 모터의 종류 ----- 1 page ~ 17 page

Chapter2. 유도모터의 기초 ----- 18 page ~ 36 page

Chapter3. 청소기 모터의 기초 ----- 37 page ~ 51 page

Chapter4. 제어 모터의 기초 ----- 52 page ~ 73 page

모터모터 기초기초 이론이론

학습학습 목적목적

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모터 기초 이론을 이해하는데 관련 전기 일반에 대해 이해하는데 있다.

Chapter1. Chapter1. 전기전기 일반일반 및및 모터의모터의 종류종류

학습학습 안내안내

학습학습 목적목적

1. 모터란

2. 모터 관련용어 설명

1)전원(직류/교류)

2)주파수

3)임피던스

4)전력

5)역률

6)공극(Airgap)

7)Bearing

8)절연Grade

9)Core

10)Magnet wire

11)Varnish

3. 모터의 기본 원리

1)Ampere의 오른나사법칙

2)Fleming의 오른손 법칙

3)Fleming의 왼손 법칙

4. 모터의 종류와 적용분야

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모터는 기기가 어떤 일을 할 때 그 기기의 驅動源이 되는 것입니다. 모터에 전원을 넣으면 전기 작용에서 발생되는 회전력을 Shaft로 꺼내어 다른 기계에 벨트 또는 기어로힘을 전달 시키는 작용을 하며, 회전축과 직결시켜 어떤 구체적인 작용을 합니다. 이 모터는 모든 기기의 심장과 같은 중요한 역할을 하는 것입니다.

- 한마디로 정의 하면 모터란 전기 에너지를 기계 에너지(회전 에너지)로 변환하는 장치입니다.

1. 모터란

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1)전원

2. 모터 관련 용어 설명

① 交流(AC : Alternating Current)

-교류는 직류와 달라서 +극과 -극이 일정한 시간적 주기를 가지고 서로 교차되도록 전원에서흘러내는 전류로서 전류 및 전압의 방향도 값이 일정한 주기를 가진 정현파가 되어 변화 하는 것이고정확히 시계의 추가 일정의 리듬으로 좌우로 왔다 갔다 하고 있는 것과 같습니다.

② 直流(DC : Direct Current)

- 직류에는 전지와 같이 +극과 -극이 항상 일정한 전원에서 흘러내는 전류는 방향이 불변이고 크기도일정한 것입니다.

- 전압의 방향도 일정합니다.

- 직류 발생 장치로서는 건전지, 축전지, 직류발전기의 각종 정류기 등이 있습니다.

교 류

시간

전압또는전류

직 류

시간

전압또는전류

주기

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2)주파수

원주상을 일정한 속도로 회전하는 임의의 점의 높이를 종축, 각도 또는 시간을 횡축으로 그리면그림1과 같이 된다. 임의의 한 점에서 출발하여 출발점으로 되돌아 왔을 때의 기간을 1 주기 또는1사이클(Cycle)이라고 한다.1초 동안에 사이클이 반복되는 회수를 주파수(Hz)라 한다. 따라서 60Hz란 전압 또는 전류의 주기가1초에 60회를 반복하는 것이다.

<그림1>

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3)임피던스(Impedance)

전기회로에서 전류의 흐름을 방해하는 요소가 있으며 직류회로는 저항뿐이지만, 교류회로에서는 저항과리액턴스의 합으로 나타나며 이를 임피던스라고 한다.

①저항(Resistance)도체에 전류가 흐를 때 전류의 흐름을 방해하는 정도를 전기저항 또는 저항이라고 하고 옴(ohm, Ω)으로 표기한다.저항(R)은 도체의 종류에 따라 다르고 같은 종류의 도체이면 길이(ℓ)에 비례하고 단면적(S)에반비례한다.

②리액턴스(Reactance)교류에서 전압과 전류가 증감할 때 전류의 흐름을 방해하는 것으로 리액턴스가 있다. 리액턴스는전압과 전류의 변화가 클수록, 주파수가 높을수록 커진다.리액턴스는 유도성과 용량성으로 나뉘어 지며 단위는 옴(ohm, Ω) 이다.

R = ρS

ℓ여기서 ρ는 고유저항 또는 저항률이라고 한다.

저항률의 역수를 도전율(Conductivity)이라고 하며, 국제표준연동의 도전율을 1로 기준으로 함.모터 공장에서 많이 사용하는 도전재료인 Al-1은 도전율이 0.55 수준임.

-유도성 리액턴스코일에 전류를 흘리면 자속의 변화를 방해하는 방향으로 전압을 유기시켜 자속의 변화를 보상한다. 이 방해하는 정도를 인덕턴스(Inductance, L)이라고 하고 Henry(H)로 표기한다.이런 전류의 흐름을 방해하는 저항을 유도성 인덕턴스 라고 한다.

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-용량성 리액턴스다른 두 물체를 마찰하면 전기를 띠며 이를 전하(Electro charge)라고 하는데 이를 커패시터(Capacitor) 또는 콘덴스(Condenser)라 한다. 전하를 축적할 수 있는 정도를 용량(Capacitance, C)라고 하며, F, ㎌ 등으로 나타낸다.커패시터는 전원에서 전하를 흡인하여 저장하기 때문에 전압 혹은 전류의 변화를 방해하는 저항으로용량성 리액턴스 라고 한다.

4)전력전기(전류)를 목적에 따라 사용하면 일을 하게 되는데 전류가 1초에 하는 일의 양을 전력이라고 하며,단위는 와트(W)로 나타낸다. 직류회로의 전력은

P = EI = I R = 2

R

E 2

여기서 P는 전력(W), E는 전압(V), I는 전류(A)임.

교류회로에서 전력은 리액턴스 성분으로 인해 전압과 전류사이에 위상차를 가지므로 전체 전류중I cosΘ 만큼만 유효하게 사용되는 이를 유효전력이라고 한다. IsinΘ만큼은 회로내에서 에너지(자기 혹

은정전)로 저장되었다가 다시 회로로 반환되는 과정을 반복하므로 일과는 무관하므로 무효전력이라고한다. 유효전력과 무효전력을 합한 전체전력을 피상전력이라고 한다.

유효전력 P = EicosΘ = I R (W)

2무효전력 Q = EisinΘ = I X (var)

2

피상전력 = P +Q (VA)

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또한 주어진 시간동안에 소비한 전력을 전력량이라고 하고 와트 아우어(Watt hour, wh)이라고 한다.

5)역률(Power factor)

앞에서도 언급을 했지만 직류회로의 전력은 전압과 전류의 곱이지만, 교류회로에서의 전력은 전압과전류의 곱에 cosΘ를 곱해야 한다. 이는 전압과 전류사이에 Cosθ만큼의 위상차를 갖기 때문이며이 cosΘ를 역률이라고 하며, %로 나타낸다.

．

6)공극(Airgap)

고정자에서 발생한 회전자계에 의해 회전자가 회전하기 때문에 고정자와 회전자 사이에 Gap이 필요하며이 Gap을 공극이라고 한다. 공기의 자기(磁氣)저항은 철심에 비해 2천배 이상이므로 공극의 길이가 증가하면 공극에 많은 기자력이필요하고 여자전류가 증가하며, 전류의 위상은 공급전압보다 늦기 떄문에 모터 운전시 역률이 나빠진다.공극의 길이를 줄이면 가공상 어려움이 많고, 자기소음의 원인이 되고 누설 리액턴스가 증가하여Teeth 표면의 손실증가로 철손이 많아진다.공극의 길이가 일정하지 않으면 고정자와 회전자 사이에 자기 흡인력이 불평형이 되면서 진동과 소음의모터의 제특성에도 영향을 주므로 작업성 및 성능을 고려하여 선정이 필요하다.

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7)베어링(Bearing)

모터에 사용되는 베어링은 여러 종류가 있으나 사업부내에 사용하는 베어링 대별하면 다음과 같다.

미끄럼 베어링(Sliding bearing)

구름 베어링(Rolling bearing) 볼 베어링(Ball bearing)

롤러 베어링(Roller bearing)

미끄럼 베어링에서 청소기 및 냉장고용 팬모터에 적용하는 오일레스 베어링은 다공질(多孔質)의조직속에 함침된 윤활유가 모터 축의 펌핌(Pumping) 작용으로 빠져나와 윤활작용을 하고, 모터가정지하면 다시 조직속으로 흡수되므로 무급유로 장시간 운전이 가능하지만 완전한 무급유는 되지 않고가끔 급유가 필요하다. 오일레스 베어링은 동계(銅系)나 철계(鐵系)로 나누어진다.볼 베어링은 회전마찰이 작기 때문에 고속회전이나 비교적 큰 하중에 적용되고, 보존성이 좋은 그리스(Silicon grease)를 넣고 양측을 금속판으로 밀봉한 ZZ형이 주로 사용되나 충격이 약한 단점이 있다.

오일레스 베어링(Oilless bearing)

오일레스 베어링 볼 베어링

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8)절연 Grade

절연물의 열화는 마모, 반복되는 스트레스 등의 기계적인 원인에 의한 것, 결정화(結晶化), 용해, 부식,오손(汚損) 등의 물리적, 화학적 변화에 의한 경우가 있으나, 이 중에서 제일 주목되는 것은 열에 의한열화이다. 모터의 절연물의 종류와 최고허용온도는 아래의 7종류로 분류된다.

절연의 종류 내 용 허용최고온도

Y 종 목면, 견, 지 등의 재료로 구성하고 바니스류에 함침 또는 기름에 침투시키지 않은 것 90℃

A 종 Y종과 같은 재료로 구성하고 바니스류에 함침 또는 기름에 침투시킨 것 105℃

E 종 에나멜선용 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지,면 적층품, 종이 적층품 120℃

B 종 마이카, 석면, 그라스 섬유 등의 접착 재료를 이용하여 구성한 것 130℃

F 종 B종과 같은 재료를 실리콘 알키드 수지 등의 접합재료를 이용하여 구성한 것 155℃

H 종 B종, F종과 같은 재료를 규소 수지 또는 동등의 성질을 가진 재료로 함께 사용한 것 180℃

C 종 생마이카, 석면, 자기 등으로 단독적으로 구성된 것 또는 접착재료와 함께 사용한 것 180℃이상

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9)코아(Core)

자속의 통로가 되며 와전류 손과 히스테리시스 손을 감소시켜 철손을 줄이기 위해 양면이 절연된얇은 규소강판을 적층하여 사용한다.

재료는 제조공정에 따라 Fully재와 SEMI재로 나뉘어진다. 공정은 다음과 같다.*Fully재: 전로→노외정련→연속주조→슬라브가열→열간압연→소둔→산세→냉간압연→소둔→절연코팅*LAMI재: 전로→노외정련→연속주조→슬라브가열→열간압연→산세→냉간압연→중간소둔→경압연

→절연코팅SEMI재는 LAMI재에서 절연코팅을 없애고 도유(塗油)를 한 것이다.POSCO의 경우 Fully재의 Grade는 다음과 같이 나뉘어진다.

*

*Fully재: Fully Processed Non-Oriented Electrical SteelSEMI재: Semi-Processed Non-Oriented Electrical Steel

밀도 경도규격 실측 규격 실측 (g/㎤) (Hv1)

0.35t 35PN345(S10) 2.49이하 2.40 1.62이상 7.65 190

35PN380(S12) 2.87이하 2.65 1.62이상 7.65 185

0.50t 50PN595(S18) 3.5이하 3.077 1.70이상 1.717 7.70 165

50PN760(S23) 4.5이하 4.344 1.70이상 1.728 7.75 135

50PN890(S30) 5.8이하 5.287 1.71이상 1.734 7.80 130

50PN1042(S40) 6.3이하 6.110 1.73이상 1.756 7.85 125

50PN1270(S50) 6.8이하 6.418 1.73이상 1.752 7.85 123

50PN1650(S60) 7.5이하 6.433 1.73이상 1.754 7.85 120

두께철손(W15/50, W/kg) 자속밀도(B50, T)

GRADE

코아의 재질은 철손이 낮고 자속밀도가 높으며 가공성은 좋은 것이 요구되나 경제성에 따라 제품에맞게 선정하여 사용한다. 타발후의 코아는 오물 및 타발유 제거,응력제거 및 방청처리를 위해 열처리를 하기도 하는데 특히COMP용은 적용제품의 특성상 이물제거 및 방청목적으로 열처리가 필수 사항이다.

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10)Magnet Wire

전기 에너지를 기계 에너지로 전환하는데 자장을 형성하는 매개체인 Magnet wire는 모터의 신뢰성 및재료비에 상당한 부분을 차지하고 있는 중요한 부품입니다.피막의 절연재질 및 구성에 따라 LG전선 제품의 경우 내열Grade, 특징 및 용도는 다음과 같다.

Type 상품명 절연재질 내열Grade 특징 용도 사업부 적용제품Single UEW PU 120℃(E) *납땜성 소형모터 냉장고 팬

코팅 Wire (Polyurethane) 130℃(B) 저전압 변압기

155℃(F) 통신장비

PEW PE 130℃(B) *전기적 특성 모터(가전제품) 에어컨 팬

(Polyester) 155℃(F) 변압기 세탁기

PVF PVF 105℃(A) *내마모성 밀폐형 전기장치

(Polyvinylformal) *내수성 변압기

*내용제성

AIW PAI 200℃(N) *내마모성 고출력 모터

(Polyamideimide) *내열도 자동차 부품모터

*내냉매성 압축기 모터

Double AI-EIW Base Coat:PEI 200℃(N) *내연화 고전압 변압기

코팅 Wire Top Coat: PAI *내열충격 자동차 부품모터

RRW Base Coat:PEI 200℃(N) *내냉매성 압축기용 모터 청소기

Top Coat: PAI (냉장고,에어컨)

SLRW Base Coat:PEI 220℃(C) 자기윤활성 압축기용 모터 냉장고,에어컨컴프

Top Coat: 자기윤활PAI 내냉매성 (냉장고,에어컨)

Cu

SingleCoat

Cu

BaseCoat

TopCoat

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11)Varnish

대부분의 가전용 모터와 고출력 COMP모터에 대해 Varnish을 하여 절연강화 및 기계적 강도를증가 시킨다. 바니쉬의 처리 목적은 다음과 같다. ①동선간의 마찰에 의한 절연파괴 방지②절연물 속의 습기 제거 및 절연물 속에 습기,먼지의 침투 방지③열전도율을 높여 모터의 온도상승 억제④절연물의 산화, 열적 분해를 약화시켜 절연물릐 수명연장⑤절연물의 절연과 기계적 강도 강화

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3. 모터의 기본 원리

1. AMPERE의 오른나사법칙

전류방향

자속방향

그림2와 같이 도선에 전류가 엄지손가락 방향으로 흐르면 도선 주위에 나머지 손가락이 돌아가는방향으로 자속(자계)이 발생하는 원리를 AMPERE의 오른나사 법칙이라고 한다.

2.FLEMING의 오른손 법칙

그림3(a,b)와 같이 직선도체A을 자계내(검지방향)에 고정한 도체B의 위에 엄지방향으로 움직이면중지방향으로 기전력이 유기되며 이것을 FLEMING의 오른손 법칙이다.E=Bℓv 여기서 E; 기전력, B;자속밀도, ℓ; 도체B의 간격, v;도체A의 속도임.

<그림2>AMPERE의 오른나사 법칙

이는 ©의 그림과 같이 이해할 수도 있겠다. 자속이 통하는 곳에 도체가 엄지의 방향으로 움직이면자속이 중간에 있는 그림과 같이 도체를 감싸게 되어 오른나사 진행방향으로 기전력이 유기된다

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<그림3>FLEMING의 오른손 법칙

도체B

도체A

자속(검지방향)

자속

起電力(중지방향)

운동의방향(엄지방향)

운동의방향

운동의방향

운동의방향

L(m)

자속

起電力의 방향

起電力

(a) (b)

(c)

속도

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<그림4>FLEMING의 왼손 법칙

3.FLEMING의 왼손 법칙

전지

도체B

도체A

자속

전류

자속

전류

힘

자속

힘

(a) (b)

(c)

L(m)

힘

그림4(a,b)와 같이 고정한 도체B 위에 자유롭게 움직일 수 있는 직선도체A을 자계(검지방향)내에 두고전지를 투입하여 도체A의 전류(중지 방향)가 흐르면 도체A에 힘(엄지방향)이 발생하여 움직인다.이것을 Fleming의 왼손 법칙이라고 한다.이때의 힘은 F=Biℓ 여기서 F;힘, B;자속밀도, i; 전류, ℓ; 도체B의 간격임.

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4. 모터의 종류와 적용분야

모터(Motor)

교류(AC Motor) 직류(DC Motor)

단상 유도기 삼상 유도기 동기기

컨덴서유도형

세이딩코일형 농형 권선형 BLDC SRM SynRM

정류자(Universal) 영구자석형

•Ref&RACComp

•Washer•RAC Fan•Fan•Pump•Burnace

•Ref Fan•소형 Fan

•RACComp

•PACComp

•RAC Fan

•RACComp

•PACComp

•RAC Fan

•Ref&RACComp

•Ref Fan•RAC Fan•W/M•V/C

•RAC Fan•Dryer•V/C

•V/C•DrumWasher

•Mixer

•Blower•전동공구

•RACComp

•Washer

모터는 교류와 직류모터로 대별되고, 사업부내에 생산하고 있는 모터를 분류하여 본다.

주) ①Ref comp: Refrigerator compressor ⑤W/M: Washing motor②RAC comp: Room air conditioner compressor ⑥SRM: Switched reluctance motor③PAC comp: Package air conditioner compressor ⑦V/C: Vaccum cleaner motor④BLDC: Brushless direct current motor ⑧SynRM: Synchronous reluctance motor