내 응용 분야에서 DC 모터와 비교하여 AC 모터를 사용할 때의 주요 단점은 무엇입니까?

직접적인 대답: AC 모터가 DC 모터에 비해 부족한 부분

대부분의 응용 프로그램에서는 AC 모터 정밀하게 제어하기 어렵고 단위 크기당 시동 토크가 적으며 더 비싼 제어 전자 장치가 필요합니다. 동급 DC 모터보다 애플리케이션이 정밀한 속도 조절, 0RPM에서의 즉각적인 토크 또는 배터리 소스의 간단한 전압 기반 제어에 의존하는 경우 일반적으로 DC 모터가 더 실용적인 선택입니다. AC 모터는 여전히 견고성과 장기 유지 관리 측면에서 우위를 점하지만 이러한 장점은 제어 단순성을 희생하면서 발생하며 이는 사용자가 계속해서 직면하게 되는 핵심 단점입니다.

이 기사의 나머지 부분에서는 모호한 일반성이 아닌 구체적인 기술적 이유를 사용하여 AC 모터가 이러한 문제를 일으키는 이유를 정확하게 분석하여 특정 설정에 절충안이 적합한지 여부를 결정할 수 있습니다.

속도 제어는 근본적으로 더 복잡합니다

AC 모터의 속도는 공식 N = 120f/P에 따라 공급 주파수 및 모터 극 수와 직접적으로 연결됩니다. 이는 주파수를 변경하지 않는 한 모터의 속도가 동기 값에 가깝게 고정된 상태를 유지하고 미끄러짐으로 인해 부하가 약간만 떨어지는 것을 의미합니다. 이와 대조적으로 DC 모터는 적용된 전압에 따라 속도가 거의 선형적으로 변경되므로 간단한 전위차계 또는 기본 컨트롤러를 사용하여 속도를 늦추거나 높이거나 미세 조정하는 것이 쉽지 않습니다.

AC 모터

이것이 실제로 중요한 이유

애플리케이션이 고정 속도 이외의 다른 속도로 실행되어야 하는 경우 AC 모터는 자체적으로 이를 수행할 수 없습니다. 주파수를 전자적으로 조정하려면 가변 주파수 드라이브(VFD)가 필요하며 이로 인해 DC 시스템에 필요하지 않은 복잡성이 추가됩니다. VFD가 설치된 경우에도 제어 응답은 DC 모터가 기본적으로 제공하는 것만큼 부드럽거나 빠르지 않습니다.

• AC 모터 속도는 극수와 라인 주파수로 양자화되며 자유롭게 조정할 수 없습니다.
• DC 모터 속도는 전압 변화에 직접적이고 예측 가능하게 반응합니다.
• AC 가변 속도를 달성하면 일반적으로 추가됩니다. 총 시스템 비용의 15%~30% VFD가 포함되면

시동 토크가 약하고 토크 제어가 덜 예측 가능함

표준 AC 유도 모터는 일반적으로 다음의 시동 토크를 생성합니다. 정격 토크의 150% ~ 250% , 그리고 그 토크는 회전자가 회전하는 자기장에 대항하여 미끄러짐을 형성하기 시작할 때까지 완전히 이용 가능하지 않습니다. DC 모터, 특히 직렬 권선형은 정지 상태에서 바로 매우 높은 토크를 전달할 수 있으므로 DC 모터는 즉각적인 견인력이 중요한 엘리베이터, 크레인, 전기 자동차와 같은 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

무거운 하중에 대한 실제적인 영향

부하의 정지 마찰이 높거나 최대 부하 상태에서 즉시 움직여야 하는 경우 AC 모터는 초기 저항을 극복하기 위해 정지하거나 과도한 전류를 끌어올 수 있습니다. 엔지니어는 충분한 시동 토크를 보장하기 위해 AC 모터의 크기를 크게 늘려야 하는 경우가 많으며, 이로 인해 적절한 크기의 DC 대안에 비해 시스템의 물리적 설치 공간과 전기 수요가 모두 증가합니다.

필수 제어 전자장치로 인한 비용 증가

기본 AC 모터는 그 자체로는 저렴하지만 애플리케이션에 속도 조절, 소프트 스타트 또는 정밀 위치 지정이 필요한 순간 제어 하드웨어에 실제 비용이 표시됩니다. AC 모터를 예측 가능하게 작동시키는 데 필요한 VFD, 소프트 스타터 및 인코더는 다음과 같습니다. 총 시스템 비용의 두 배 또는 세 배 모터의 기본 가격에 비해. DC 모터 시스템, 특히 소형 시스템에서는 유사한 기능을 달성하기 위해 단순한 PWM 컨트롤러만 있으면 되는 경우가 많습니다.

추가 지출이 발생하는 곳

1. 속도 조정을 위한 가변 주파수 드라이브
2. 위치 피드백을 위한 인코더 또는 리졸버
3. 드라이브에서 발생하는 소음을 제거하는 고조파 필터
4. 드라이브 전자 장치를 위한 추가 인클로저 공간 및 냉각

이러한 비용은 설치 후에도 사라지지 않습니다. VFD 및 드라이브에는 자체 유지 관리, 펌웨어 업데이트 및 가끔 교체가 필요하므로 DC 모터의 간단한 제어 루프를 통해 피할 수 있는 반복적인 비용이 추가됩니다.

전력 품질 문제: 돌입 전류, 역률 및 고조파

AC 모터, 특히 유도형 모터는 다음과 같은 시동 전류를 끌어옵니다. 정격 작동 전류의 6~8배 . 이 돌입 전류는 여러 모터가 동시에 기동하는 경우 공급 라인, 트립 보호 차단기 또는 스트레스 변압기에 전압 강하를 일으킬 수 있습니다. DC 모터는 일반적으로 구동 전압을 점진적으로 높일 수 있기 때문에 시동 전류를 더 잘 제어할 수 있습니다.

역률 저하

AC 유도 모터는 또한 무효 전력을 소비하므로 특히 모터가 경부하 또는 부분 부하에서 작동할 때 전기 시스템의 전체 역률을 낮춥니다. 열악한 역률은 많은 상업 환경에서 유틸리티 비용을 증가시키고 교정을 위해 커패시터 뱅크가 필요할 수 있습니다. 이는 일반적으로 DC 모터 시스템이 피하는 또 다른 비용입니다.

소형 AC 전기 모터 및 미니 AC 모터 설계에 대한 추가 과제

AC 모터의 단점은 규모가 작을수록 더욱 두드러집니다. 단상 소형 AC 전기 모터 3상 모터처럼 자체적으로 회전 자기장을 생성할 수 없으므로 회전을 시작하려면 시동 커패시터, 음영 극 또는 분할 위상 권선과 같은 보조 구성 요소가 필요합니다. 이러한 추가 기능은 간단한 2선 연결로 안정적으로 시작되는 유사한 크기의 DC 모터에 비해 제조 복잡성을 증가시키고 신뢰성을 감소시킵니다.

A 미니 AC 모터 소형 가전제품이나 휴대용 장비에 사용되는 모터는 모터 자체가 작을 때 코어 손실 및 마찰과 같은 고정 손실이 전체 입력 전력에서 더 큰 부분을 차지하기 때문에 낮은 전력 정격에서 덜 효율적으로 작동하는 경향이 있습니다. 미니 AC 모터를 사용하는 설계자는 컴팩트한 하우징에서 원활하고 조정 가능한 속도를 달성하는 것이 동일한 크기의 DC 모터를 사용하는 것보다 훨씬 더 어렵다는 것을 종종 발견합니다. 이는 DC 모터가 배터리 구동 휴대용 도구, 드론 및 소형 로봇 공학을 지배하는 이유 중 하나입니다.

DC 전원과의 호환성

AC 모터와 DC 모터: 나란히 비교

DC 모터가 귀하의 응용 분야에 더 적합할 때

위에 설명된 단점을 토대로 볼 때 일반적으로 DC 모터는 다음 조건 중 하나와 관련된 애플리케이션에 더 적합합니다.

• VFD를 추가하지 않고도 정확하고 지속적으로 변하는 속도가 필요합니다.
• 부하에는 시동 시 즉시 강한 토크가 필요합니다.
• 전원은 배터리나 태양광 패널과 같이 본질적으로 DC입니다.
• 예산 제약으로 인해 값비싼 드라이브 전자 장치가 배제됨
• 인버터 무게가 문제가 되는 휴대용 장비의 미니 AC 모터 교체 등 응용 분야가 콤팩트합니다.