유도 전동기용 구리 및 알루미늄 회전자 선택

본 소개 자료는 IEEE에서 발행한 'Selection of Copper vs. Aluminum Rotors for Induction Motors' 논문을 기반으로 합니다.

FIG. 1 - ADC Rotor Cutaway View
FIG. 1 - ADC Rotor Cutaway View

1. 개요:

  • 제목: Selection of Copper vs. Aluminum Rotors for Induction Motors (유도 전동기용 구리 및 알루미늄 회전자 선택)
  • 저자: William R. Finley, Mark M. Hodowanec
  • 출판 연도: 2000
  • 출판 저널/학회: IEEE (Paper No. PCIC-00-XX)
  • 키워드: 농형 유도 전동기, 회전자 구조, 알루미늄 다이캐스트 회전자, 구리 바 회전자, 모터 성능, 열 민감도, 회전자 응력.

2. 초록:

농형 유도 전동기에서는 저비용 다이캐스트 또는 가공 알루미늄 회전자와 고비용 구리 바 회전자 사이의 중요한 선택이 있습니다. 응용 분야에 잘못된 회전자 구조를 사용하면 불필요하게 비용이 증가하거나 치명적인 고장으로 이어질 수 있습니다. 이 논문은 올바른 선택을 하는 데 필요한 배경 지식을 제공합니다. 회전자 구조의 기본 원리와 유도 전동기의 작동 방식에 대한 기본 정보를 설명합니다. 또한 다양한 재료 및 회전자 구조 유형이 모터 성능에 미치는 영향을 분석합니다.

3. 서론:

많은 중요 공정은 유도 전동기에 의존하며, 여기서 고장은 매우 큰 비용을 초래할 수 있습니다. 회전자 구조(알루미늄 다이캐스트, 가공 알루미늄 또는 구리 바)의 선택은 모터 신뢰성과 비용에 큰 영향을 미칩니다. 이 논문은 이러한 회전자 유형 간의 절충점을 다루며, 구리 바 회전자가 더 신뢰할 수 있다고 인식되지만, 기술 발전으로 인해 알루미늄 다이캐스트 회전자가 이전보다 더 큰 마력 등급에서 실행 가능함을 강조합니다.

4. 연구 요약:

연구 주제 배경:

비용 효율적이고 신뢰할 수 있는 유도 전동기에 대한 수요가 증가함에 따라 회전자 구조 재료 및 방법에 대한 신중한 평가가 필요합니다.

이전 연구 현황:

알루미늄 다이캐스팅 기술이 발전하여 더 큰 모터 등급에서 신뢰할 수 있는 다이캐스트 회전자가 가능해졌습니다.

연구 목적:

저비용 다이캐스트 또는 가공 알루미늄 회전자와 고비용 구리 바 회전자 사이의 올바른 선택을 하는 데 필요한 배경 지식을 제공하는 것입니다.

핵심 연구:

다양한 재료 및 회전자 구조 유형이 모터 성능에 미치는 영향을 분석합니다.

5. 연구 방법론

연구 설계:

이 논문은 설명적 접근 방식을 사용하여 다양한 회전자 구성 방법(알루미늄 다이캐스트, 가공 알루미늄 및 구리 바)과 모터 성능에 미치는 영향을 비교하고 대조합니다.

데이터 수집 및 분석 방법:

이 논문은 확립된 엔지니어링 원리, 제조 관행 및 경험적 데이터에 의존하여 회전자 응력, 열 거동 및 성능 특성을 분석합니다. 일부 비교 데이터는 표에 제시됩니다.

연구 주제 및 범위:

이 논문은 다음 주제를 다룹니다.
- 회전자 구성 방법(ADC, AlBar, CuBar, CuDC).
- 꽉 조이는 회전자 바 달성.
- 회전자 응력(회전 및 잔류).
- 유도 전동기 작동 원리.
- 다양한 회전자 재료의 성능 비교.
- 시동 고려 사항 및 회전자 설계에 미치는 영향.
- 회전자 바 수리.
- 가변 속도 드라이브(ASD) 고려 사항.
- 회전자 비용 비교.

6. 주요 결과:

주요 결과:

  • 알루미늄 다이캐스트(ADC) 회전자는 특히 소형에서 중형 마력 범위에서 신뢰할 수 있고 비용 효율적입니다.
  • ADC 기술의 발전으로 더 큰 모터 등급에서 사용할 수 있습니다.
  • 구리 바(CuBar) 회전자는 더 높은 열용량을 제공하며 고관성 및 빈번한 시동 응용 분야에 더 적합합니다.
  • 가공 알루미늄 바(AlBar) 회전자는 ADC보다 비용이 높은 ADC와 CuBar 사이의 절충안을 제공합니다.
  • 회전자 응력(회전 및 잔류)은 모든 회전자 유형에 존재하지만 그 영향은 재료 및 구성 방법에 따라 다릅니다.
  • 꽉 조이는 회전자 바는 특히 CuBar 회전자에서 진동을 최소화하고 조기 고장을 방지하는 데 중요합니다.
  • 시동 조건(고전류, 열팽창)은 회전자 바 및 엔드 커넥터 응력에 큰 영향을 미칩니다.
  • ASD 응용 분야에는 회전자 바 가열 및 진동과 관련된 특정 고려 사항이 있습니다.
  • CuBar 회전자는 일반적으로 ADC 회전자에 비해 모터 구매 가격이 더 높습니다.
FIG. 2 - AlBar Rotor Cutaway View
FIG. 2 - AlBar Rotor Cutaway View
FIG. 3 - CuBar Rotor Cutaway View
FIG. 3 - CuBar Rotor Cutaway View
FIG. 4 - 3D CuBar Rotor Cutaway View
FIG. 4 - 3D CuBar Rotor Cutaway View
Fig. 5 - Rotor Bar Swaging
Fig. 5 - Rotor Bar Swaging
FIG. 9 - Typical Thermal Distribution for High Inertia Start on a Copper Bar Rotor
FIG. 9 - Typical Thermal Distribution for High Inertia Start on a Copper Bar Rotor

그림 이름 목록:

  • 그림 1 - ADC 회전자 단면도
  • 그림 2 - AlBar 회전자 단면도
  • 그림 3 - CuBar 회전자 단면도
  • 그림 4 - 3D CuBar 회전자 단면도
  • 그림 5 - 회전자 바 스웨이징
  • 그림 6 - 형상 회전자 바
  • 그림 7 - 회전자 바 및 심
  • 그림 8 - 모터 단면도(회전자 포함)
  • 그림 9 - 구리 바 회전자의 고관성 시동 시 일반적인 열 분포
  • 그림 10 - 열 분포로 인한 회전자 바 열 휨
  • 그림 11 - 시동 중 회전자 바 휨의 FEA 모델
  • 그림 12 - ASD 응용 분야에서 회전자 바 톱니 끝 부분의 전류 흐름
  • 그림 13 - CuBar와 ADC의 비용 증가

7. 결론:

모든 상황에 '최고'의 회전자 구조를 선택하는 것은 불가능합니다. 제조 및 설계상의 절충점을 이해함으로써 특정 응용 분야에 대해 원하는 신뢰성을 최저 비용으로 제공하는 최적의 회전자 구성 방법을 선택할 수 있습니다.

8. 참고 문헌:

  • [1] API Standard 541 Third Edition, Form-Wound Squirrel Cage Motors 250 Horsepower and Larger Washington, D.C., 1995
  • [2] NEMA Standards Publication No. MG 1-1993 Rosslyn, VA, 1996
  • [3] Hodowanec, M.M., and Bezesky, D.M., "Field Motor Testing: Procedures which Limit Amount of Risk Involved, IEEE IAS PCIC Conference Records
  • [4] Craggs, J.L., "Fabricated Aluminum Cage Construction in Large Induction Motors," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-12, No. 3, May/June 1976.
  • [5] Hartung, E.C., "Fabricated Aluminum Rotor Construction for Induction Motors," IEEE IAS Pulp & Paper Conference Record, 1994.
  • [6] Bredthauer, J., and Struck, N., "Starting of Large and Medium Voltage Motors Design, Protection and Safety Aspects," IEEE IAS PCIC Conference Record, 1994
  • [7] Phillip E. Hayes, Barry M. Wood, Dennis G. Horn, "Mechanical Design of Induction Motors Applied on Adjustable Speed Drives," IEEE IAS PCIC Conference Record, 1997
  • [8] Philip L. Alger " Induction Machines" Gordan and Breach Publishers First published 1965.
  • [9] Austin H. Bonnett, "Root Cause of A.C. Motor Failure Analysis" IEEE IAS PCIC Conference Record, 1999
  • [10] Metals Engineering, December 1992

9. 저작권:

  • 이 자료는 "William R. Finley, Mark M. Hodowanec"의 논문입니다. "Selection of Copper vs. Aluminum Rotors for Induction Motors"를 기반으로 합니다.
  • 논문 출처: [논문에 DOI URL이 제공되지 않았습니다.]

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Tags: Applications; ,CAD; ,Die casting; ,알루미늄 다이캐스팅