2상 모터 vs 3상 모터: 토크, 배선, 효율성 및 비용 비교

2.2kW 펌프 드라이브가 견적을 위해 나갔다가 두 개의 다른 기계로 돌아왔습니다. 한 공급업체는 BOM에 있는 90도 직교 권선 세트, 정합 증폭기 및 4개의 전력 도체 등 2단계 패키지를 제안합니다. 다른 하나는 이미 패널에 있는 가변 주파수 드라이브에 곧바로 볼트로 고정되는 3상 유도 모터를 제안합니다. 둘 다 펌프를 돌릴 것입니다. 기계가 연속 생산에 들어갈 때 단 하나만 올바른 결정으로 보일 것입니다.

혼란스러운 부분은 이름을 지정하는 것입니다. "2상"은 드로잉 보드에서 세 가지 다른 용도로 사용됩니다. 두 권선이 90도 떨어져 있는 실제 2상 기계, 기준 권선과 제어 권선이 있는 2상 서보 또는 스테퍼 모터, 실제 단상 유도 모터의 보조 권선입니다. 공급업체는 세 가지 모두에 대해 동일한 라벨을 사용하므로 비용이 많이 드는 사양 오류가 시작됩니다.

실제로 2상 모터와 3상 모터를 구분하는 요소

차이는 명판이 아니라 권선에서 시작됩니다. 3상 고정자는 전기적으로 120도 변위된 3개의 동일한 권선을 전달합니다. 균형 잡힌 전류가 공급되면 생성되는 기자력은 일정한 크기를 유지하고 동기 속도로 회전하므로 부하 시 3상 토크가 원활하게 유지됩니다. 진정한 2상 고정자는 90도 변위된 두 개의 권선을 전달하며 두 권선이 모두 균형 잡힌 전류로 구동되면 일정한 회전 자기장이 생성됩니다.

따라서 2상은 3상보다 자동으로 거칠지 않습니다. 거칠기는 구적 공급이 균형을 벗어날 때 나타납니다. 필드는 타원형이 되고 에어 갭 플럭스가 맥동하며 두 배의 슬립 주파수에서 토크 리플이 발생합니다. 커패시터 네트워크는 하나의 작동 지점에서만 90도 관계를 유지하므로 부하가 변하면 2상 모터에 서보 드라이브가 필요합니다.

하드웨어의 위상 카운트 변경

• 3상, 3선: 3개의 선 도체가 모터 부하를 전달하며 중성선이 필요하지 않으므로 케이블, 단자 및 접촉기가 더 작게 유지됩니다.
• 2상, 4선: 도체 4개와 단자 4개, 동일한 전력에 대해 공급 케이블에 구리가 약 25% 더 많습니다.
• 도체당 전력: 동일한 도체 단면적과 동일한 선간 전압에서 3상 3선 회로는 2상 4선 회로 전력의 약 1.2배를 이동합니다.
• 시작: 3상 모터는 직접 온라인 공급에서 자체 시작되는 반면, 2상 모터에는 직교 공급, 커패시터 네트워크 또는 전자 드라이브가 필요합니다.

두 디자인 모두 적층형 고정자와 회전자 코어라는 동일한 기초 위에 있습니다. 슬롯 수, 스큐, 스택 길이 및 적층 조인트 방법에 따라 테스트 벤치에서 측정된 토크 리플이 결정되며 동일한 프레스 툴링이 권선 배열에 사용됩니다. 이러한 중복은 일반적으로 초기 설계 검토에서 단계 라벨보다 핵심 사양이 더 중요한 이유입니다.

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2상 모터와 3상 모터: 나란히 비교

아래 비교에서는 균형 잡힌 2상 공급과 3상 공급을 각각 설명합니다. 불균형한 2단계 작동은 오른쪽 열의 모든 수치를 저하시킵니다.

숨겨진 지표: 위상 수에 실제로 비용이 드는 부분

명판의 힘은 대부분의 차이점을 숨깁니다. 아래의 5개 지수는 3상이 100인 공유 규모에서 동일한 정격 출력의 3상 모터 옆에 균형 잡힌 2상 모터를 배치합니다. 이는 절대 측정이 아닌 일반적인 적층 및 권선 관행의 상대적 벤치마크입니다.

드라이브 가용성은 2상이 가장 큰 기반을 잃는 부분입니다. 표준 가변 주파수 드라이브, 소프트 스타터 및 직접 온라인 접촉기는 3상 출력을 가정하고 2상 축에는 정격 속도 근처에서만 90도 관계를 유지하는 정합 증폭기 또는 커패시터 네트워크가 필요합니다. 프레임 소형화는 동일한 논리를 따릅니다. 즉, 3상 권선은 전체 고정자 둘레에 구리를 분산하므로 주어진 프레임은 권선이 포화되기 전에 더 많은 토크를 전달합니다.

재료 등급은 단계 수만큼 이 숫자를 이동합니다. 코어 손실, 적층 두께 및 코팅 품질은 두 토폴로지 모두에서 철 손실을 변화시키며, 손실이 낮은 강철은 동일한 프레임 크기에서 상 변화보다 더 많은 효율성을 회복하는 경우가 많습니다. 이 가이드에는 재료의 장단점이 다음과 같이 설명되어 있습니다. 실리콘 강철 코일 선택 .

스태킹 방법은 두 번째 레버입니다. 인터록, 접착 결합 및 용접 코어는 적층 요소와 적층 간 단락의 위험이 다릅니다. 이는 추가 맴돌이 손실로 나타나고 민감한 축에서는 저속에서 측정 가능한 토크 리플로 나타납니다. 리플이 제한 요소인 포지셔닝 작업의 경우, 연동된 스택은 접착 경화 시간 없이 반복 가능한 빌드 높이를 제공합니다.

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각 토폴로지가 여전히 지정되는 위치

오늘날 라미네이션 프레스와 프레임 용접 라인을 통과하는 대략적인 분포는 아래 차트와 같습니다. 시장 조사보다는 부품 공급업체의 주문 혼합으로 취급하십시오.

2단계 수요는 서보 축, 스테퍼 드라이브, 광학 및 의료 기기, 배선을 다시 하지 않은 오래된 제어 캐비닛 등 포지셔닝에 집중됩니다. 출력은 몇 킬로와트를 초과하는 경우가 거의 없으며 모터는 일반적으로 기계 제조업체가 아닌 드라이브 공급업체에서 선택합니다.

3상은 지속적으로 또는 고전력으로 작동하는 모든 것을 사용합니다. 풍력 터빈 발전기, 해양 추진 장치 및 고전압 산업용 모터는 모두 3상 권선을 사용하며 기계적 측면은 위상 수에 똑같이 무관심합니다. 올바른 냉각 경로, 장착 인터페이스 및 부식 방지 기능을 갖춘 용접 상자형 프레임은 다음과 같이 기계를 어느 방향으로든 제공합니다. 산업용 용접 박스형 모터 베이스 .

선택 가이드: 커밋하기 전 확인해야 할 5가지 사항

이를 순서대로 진행하세요. 처음 세 개는 일반적으로 가격이 논의에 들어가기 전에 단계 수를 결정합니다.

유지 관리, 규정 준수 및 장기 공급 참고 사항

단계 수에 따라 전기 설계가 변경되지만 기계 서비스에 따르는 유지 관리 및 규정 준수 의무는 크게 공유됩니다.

• 전압 불균형: 3상 모터는 역상분 전류가 회전자를 가열하고 부하 경감을 강제하기 전에 약 1~2%의 불균형을 허용합니다. 시운전 중 및 패널 수정 후 불균형을 기록합니다.
• 절연 및 열 등급: 특히 권선이 열 한계에 더 가깝게 실행되는 소형 2상 서보 프레임에서 절연 등급에 대한 온도 상승을 확인합니다.
• PWM에서의 샤프트 전압: 가변 주파수 드라이브의 공통 모드 전류는 시간이 지남에 따라 베어링에 플루트를 일으킬 수 있습니다. 비구동 측의 절연 베어링 엔드 클로저는 2상 서보 모터와 3상 구동 모터 모두에 대한 표준 해결책입니다.
• 용접 구조물: ISO 3834와 같은 용접 품질 관리 시스템에 따라 생산된 프레임은 문서화된 공정 제어를 수행하며 이는 용접 무결성 및 부식 방지가 감사되는 해양 및 풍력 응용 분야에 중요합니다.
• 관리 시스템: ISO 9001 및 IATF 16949 적용 범위는 조달 팀에 입고 자재, 프로세스 매개변수 및 최종 검사가 문서화된 경로를 따른다는 것을 알려줍니다. 인증서뿐만 아니라 인증서 범위도 요청하세요.

프로젝트가 어떤 단계로 결정되든 기계적 및 자기적 공급망은 거의 변하지 않습니다. 실리콘 강철, 라미네이션, 스택형 코어, 용접 프레임 및 엔드 클로저는 동일한 프로세스 분야에서 2상 축 및 3상 드라이브 트레인 역할을 합니다. 설계 검토 중에 이러한 사양을 설정하는 것이 프로토타입 조립 중에 사양을 찾는 것보다 항상 저렴합니다.