회전 자기장

Rotating magnetic field
진동 자기장. 3개의 고정 코일의 사인파 전류는 회전 축에 수직인 3개의 사인 가변 자기장을 생성한다. 세 개의 자기장이 벡터로 추가되어 하나의 회전 자기장이 생성된다.
미국 특허권 381968: 누진 변속에 의한 전기 모터의 모드 및 작동 계획; 자기장 자석; 전기자석; 전기자석; 전기 전환; 경제성; 에너지의 전달; 간단한 시공; 쉬운 시공; 회전 자기장 원리.

회전 자기장은 다상 전류를 대칭적으로 배치하고 공급하는 코일 시스템에 의해 생성되는 결과 자기장이다.[1] 회전 자기장은 다상(2상 이상) 전류 또는 단상 전류에 의해 생성될 수 있다. 단상 전류는 후자의 경우 2개의 필드 권선이 공급되고 그에 따라 생성되는 2개의 자기장이 위상을 벗어나도록 설계되는 경우에 한한다.[2]

회전 자기장은 흔히 유도 모터, 발전기 및 유도 조절기와 같은 전자기계 용도에 사용된다.

역사

1824년 프랑스의 물리학자 프랑수아 아라고는 회전하는 구리 원반과 바늘을 이용하여 회전하는 자기장의 존재를 공식화하였는데, 이를 '아라고의 회전'이라고 한다. 영국의 실험자 찰스 배비지와 존 허셜은 아라고의 구리 원반에서 말발굽 자석을 회전시켜 회전을 유도할 수 있다는 것을 발견했는데, 영국의 과학자 마이클 패러데이는 그 효과를 나중에 전자파 유도 탓으로 돌렸다.[3] 1879년 영국의 물리학자 월터 베일리는 말발굽 자석을 4개의 전자석으로 교체했고 스위치를 수동으로 켜고 끄면서 원시적인 유도 모터를 시연했다.[4][5][6][7][8]

Practical application of a rotating magnetic field in an AC motor is generally attributed to two inventors, the Italian physicist and electrical engineer Galileo Ferraris, and the Serbian-American inventor and electrical engineer Nikola Tesla.[9] Tesla claimed in his autobiography that the idea came to him in 1882 when he was walking in a park, drawing it in the sand to illustrate how it worked to a friend.[10] Ferraris wrote about researching the concept and built a working model in 1885.[11] In 1888, Ferraris published his research in a paper to the Royal Academy of Sciences in Turin and Tesla obtained a United States patent (U.S. Patent 0,381,968) for his design.

Description

The rotating magnetic field is the key principle in the operation of induction machines. The induction motor consists of a stator and rotor. In the stator a group of fixed windings are so arranged that a two phase current, for example, produces a magnetic field which rotates at an angular velocity determined by the frequency of the alternating current. The rotor or armature consists of coils wound in slots, which are short circuited and in which the changing flux generated by the field poles induce a current. The flux generated by the armature current reacts upon the field poles and the armature is set in rotation in a definite direction.[2]

Rotating fields. As the direction of the current through the windings changes, the polarity of the windings changes as well. Since there are two windings acting in conjunction with each other, the polarity of the main field will depend upon the polarity of each winding. The arrow or vector below each diagram indicates the direction of the magnetic field in each case.[12]

A symmetric rotating magnetic field can be produced with as few as two polar wound coils driven at 90-degree phasing. However, three sets of coils are nearly always used, because it is compatible with a symmetric three-phase AC sine current system. The three coils are driven with each set 120 degrees in phase from the others. For the purpose of this example, the magnetic field is taken to be the linear function of the coil's current.

모터의 축에 120도 단계 사인파 3개를 추가한 결과는 항상 크기가 일정하게 유지되는 단일 회전 벡터다.[13] 로터는 일정한 자기장을 가지고 있다. 로터의 북극은 스테이터의 자기장의 남극을 향해 이동하며, 그 반대도 마찬가지다. 이 자기역학적인 매력은 회전하는 자기장을 동기식으로 따르도록 로터를 구동하는 힘을 생성한다.

회전하는 검은색 화살표에 표시된 바와 같이 3상 자기장 회전

그러한 영역의 영구 자석은 외부 영역과의 정렬을 유지하기 위해 회전한다. 이 효과는 초기 교류 전기 모터에 활용되었다. 회전 자기장은 교류의 위상 차이가 90도인 직교 코일 2개를 사용하여 구성할 수 있다. 그러나 실제로 그러한 시스템은 균등하지 않은 전류를 가진 3선 배열을 통해 공급될 것이다. 이러한 불평등은 도체 크기의 표준화에 심각한 문제를 일으킬 수 있다. 이를 극복하기 위해 3상계통으로 3전류가 동일하고 위상차가 120도인 3상계를 사용한다. 120도의 상호 기하학적 각도를 갖는 세 개의 유사한 코일은 이 경우 회전 자기장을 생성한다. 전기 모터에 활용되는 회전장을 만들 수 있는 3상 시스템의 능력은 3상 시스템이 세계의 전력 공급 시스템을 지배하는 주요 이유 중 하나이다.

회전 자기장은 유도 모터에도 사용된다. 자석은 시간이 지날수록 성능이 저하되기 때문에 유도 모터는 다코일 스테이터의 회전 자기장을 따르는 단락순환로터(자석 대신)를 사용한다. 이러한 모터에서 로터의 단락된 회전은 스테이터의 회전장에 와류 전류를 발생시키고, 이 전류가 로렌츠 힘에 의해 로터를 이동시킨다. 이러한 유형의 모터는 보통 동기식이 아닌 필드와 로터의 상대적인 움직임으로 인해 전류가 생성될 수 있도록 하기 위해 반드시 '슬립'의 정도를 수반한다.

See also

References

  1. ^ Graham, Frank Duncan (1921). Audels Engineers and Mechanics Guide. New York: THEO. AUDEL & CO. p. 594.
  2. ^ a b The Wireless Age. 6. New York: Macroni Pub. Corp'n. October 1918. pp. 18–19.
  3. ^ Carlson, W. Bernard (2013). Tesla: Inventor of the Electrical Age. Princeton University Press. pp. 52–54. ISBN 978-1400846559.
  4. ^ Carlson, W. Bernard (2013). Tesla: Inventor of the Electrical Age. Princeton University Press. p. 55. ISBN 978-1400846559.
  5. ^ Babbage, C.; Herschel, J. F. W. (Jan 1825). "Account of the Repetition of M. Arago's Experiments on the Magnetism Manifested by Various Substances during the Act of Rotation". Philosophical Transactions of the Royal Society. 115: 467–496. Bibcode:1825RSPT..115..467B. doi:10.1098/rstl.1825.0023. Retrieved 2 December 2012.
  6. ^ Thompson, Silvanus Phillips (1895). Polyphase Electric Currents and Alternate-Current Motors (1st ed.). London: E. & F.N. Spon. p. 261. Retrieved 2 December 2012.
  7. ^ Baily, Walter (June 28, 1879). "A Mode of producing Arago's Rotation". Philosophical Magazine. Taylor & Francis. 3 (1): 115–120. Bibcode:1879PPSL....3..115B. doi:10.1088/1478-7814/3/1/318.
  8. ^ Vučković, Vladan (November 2006). "Interpretation of a Discovery" (PDF). The Serbian Journal of Electrical Engineers. 3 (2). Retrieved 10 February 2013.
  9. ^ Hughes, Thomas Parke (1983). Networks of power: electrification in Western society, 1880-1930. Baltimore: Johns Hopkins University Press. p. 117.
  10. ^ O'Neill, John. Prodigal Genius: The Life of Nikola Tesla. pp. 55–58.
  11. ^ Encyclopedia Americana: Meyer to Nauvoo. 12. Danbury, Connecticut: Scholastic Library Pub. 2006. p. 558.
  12. ^ United States, Bureau of Naval Personnel (1945). Advanced Work In Aircraft Electricity. Washington: U.S. Govt. Print. Off. pp. 149–150.
  13. ^ Production of rotating magnetic field, electricaleasy.com

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Further reading

External links

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