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유도 전동기 설계 SW (IExDseign - IM)

사용자 매뉴얼 • 2023.11.16 • 김효은

1. 일반

IExDesign - IM (IMCA)는 유도기 성능 요구사항을 달성하기 위해 여러가지 설계변수를 변경하면서 목표하는 성능을 가지는 설계변수를 찾는, 전통적인 컷 앤 트라이(cut-and-try) 방법을 사용합니다.

이러한 방법은 초보자에게 다소 지루하거나 어렵게 느껴질 수 있으나, 유도기 설계와 제작에 경험을 가진 엔지니어는 고객의 요구사항에 부합하는 다양한 설계안을 검토할 수 있는 장점이 있습니다.

diagram for cut-and-try method
Fig.01 Cut-and-Try Process for Induction Motor Design

IMCA는 단면적 및 기타 전동기 치수를 변경하기 위한 템플릿을 제공해 전동기 설계를 빠르고 효과적으로 수행할 수 있습니다. 전기강판 DB 또한 프로그램 내부에서 제공하며, 단일 작동 지점이나 전체 토크/속도 범위에 대한 전동기 성능을 계산을 수행할 수 있습니다. 또한 설계결과를 활용하기 위한 도면출력과 보고서 생성 기능을 제공합니다.

2. 새 프로젝트 만들기

아래 버튼을 클리하면 SW가 실행됩니다. 또는 https://imca.iexdesign.com 주소를 브라우저에 직접 입력하여 접속할 수 있습니다.

IMCA 실행

프로그램을 실행하면 아래와 같은 화면이 나타납니다. 다음 그림은 섹션에 대한 세부정보를 제공합니다.

Fig.02 IMCA 메인화면
Fig.02 IMCA 메인 화면

IMCA의 다양한 영역과 각각의 역할은 다음과 같이 설명됩니다:

  • Input (입력) : 프로젝트 정보, 물성 정보, 슬립 정보, 전동기 목표 사양 정보, 권선, 도체, 고정자 및 회전자를 포함한 전동기 설계 데이터를 입력합니다.
  • Results (결과) : 성능 계산결과를 표 또는 차트로 출력합니다.
  • Wolking List (작업 목록) : 사용자가 작업한 내용을 시간에 따라 표시합니다.
  • Toolbar (도구 ) : 파일의 저장, 열기, Solver 실행 등 기능을 제공합니다.
  • View Settings (보기 설정 ) : 전동기가 IMCA에 표시되는 방식을 변경합니다.
  • Save (저장 ) : 메인 화면에서 디스플레이 되어 있는 전동기의 도면을 DXF파일 형식으로, 전동기의 규격 및 등가회로 계산 리포트를 PDF 파일 형식으로 사용자 컴퓨터에 다운로드 합니다.

프로그램을 가장 실행하면 아래와 같은 모달 윈도우(또는 프롬프트라고 부름)가 나타납니다. 다양한 전동기 설계를 수행하면 각각의 프로젝트 파일이 어떤 전동기를 의미하는지 구분하기 힘들 수 있습니다. 이 기능은 전동기 설계에 대한 사용자 메모를 입력함으로써 향후 사용자가 이 설계 프로젝트를 쉽게 식별할 수 있도록 하는데 사용합니다.

Fig.03 프로젝트 정보 입력 윈도우
Fig.03 프로젝트 정보 입력 윈도우

3. 물성치 입력(선택)

자화 곡선, 철손 및 슬립을 사용해 애플리케이션을 해결해야 합니다. IMCA를 사용하면 프로젝트에서 물성치를 쉽게 입력할 수 있습니다. 물성치는 컴퓨터 파일을 불러오거나 데이터베이스에서 선택할 수 있습니다

Fig.04 물성 정보 선택 또는 입력 윈도우
Fig.04 물성 정보 선택 또는 입력 윈도우

새로운 재료를 정의할 때 물성치 특성 데이터>BH 곡선/철손>로컬을 선택한 다음 해당 데이터 파일을 선택합니다. 데이터 파일은 txt 파일이어야 하며 필수 형식을 따라야 합니다(그림 5). 데이터의 크기는 파일에 표시되어야 하며 첫 번째 숫자는 행 수이고 두 번째 숫자는 열 수입니다.

Fig.05 사용자 물성 정보 입력을 위한 파일 포맷
Fig.05 사용자 물성 정보 입력을 위한 파일 포맷

제조사에서 일부 물성치 데이터를 선택할 수도 있습니다. 물성치 특성 데이터>BH 곡선/철손>데이터베이스(그림 6)

Fig.06 IMCA 내장 물성 선택 윈도우
Fig.06 IMCA 내장 물성 선택 윈도우

4. 슬립 설정

IMCA 는 각 슬립 포인트를 기준으로 계산합니다. 슬립 데이터 입력에는 수동 및 자동 2가지 방법이 제공됩니다.(그림 7)

Fig.07 슬립 설정 윈도우
Fig.07 슬립 설정 윈도우

수동 모드에서는 이전 부분에서 언급한 재료 파일과 유사한 규칙을 가진 txt 파일이 사용되어야 합니다. 본 매뉴얼에서는 보다 쉽게 사용할 수 있는 자동 모드에 대해 설명합니다. Slip Data>Generate(그림 8) 0.011보다 작은 증분 값으로 표 데이터를 분할합니다(0부터 1까지). 사용자는 임의의 개수(90개 이상)로 나눌 수 있습니다.

Fig.08 슬립 간격 설정 윈도우
Fig.08 슬립 간격 설정 윈도우

5. 전동기 사양 (해석조건) 입력

IMCA 에서 설계한 전동기의 정격출력, 주파수, 고정자 온도, 병렬회로수, 극 수, 선간전압, 회전자 온도, 결선방식에 대하여 해석 조건을 설정할 수 있습니다. (그림 9)

Fig.09 전동기 사양 설정 윈도우
Fig.09 전동기 사양 설정 윈도우

6. 권선 설정

IMCA 권선은 Concentric (집중권), Lap (분포권-중권) 중 하나만 선택이 가능합니다

Fig.10 해석 가능한 권선 타입 종류
Fig.10 해석 가능한 권선 타입 종류

권선 정보는 그림 11과 같이 액세스할 수 있습니다. 권선을 선택한 후 다음이 필요합니다. 다른 정보(예 : 회전 수 및 슬롯 피치 수)를 입력합니다

Fig.11 권선 설정 윈도우
Fig.11 권선 설정 윈도우

Lap 권선 매개변수 :

  • Conductors per Slot : 각 슬롯의 컨덕터 수를 정의합니다.
  • Slot pitch : 슬롯 1에 연결된 슬롯 수를 정의합니다.

Concentric 권선 매개변수 :

  • TOC: 슬롯 1에서 시작하는 가장 넓은 코일 범위
  • Group per phase: 극 그룹 당 코일 수
  • C1 – C8: 극 그룹에 있는 각 코일의 회전 수(C1은 가장 바깥 쪽 코일) 권선 및 슬롯 절연체 설계를 포함한 도체 정보는 그림 12에서 확인할 수 있습니다
Fig.12 권선 세부사항 사양 입력 윈도우
Fig.12 권선 세부사항 사양 입력 윈도우

권선 입력 :

  • Inner Dia. Of No.1 wire(권선 내경)
  • Outer Dia. Of No.1 wire(권선 외경)
  • Number of strands(가닥 수)

절연체 입력 :

  • Linear thickness(선 두께) : 고정자 슬롯 권선의 두께
  • Layer to laye(권선 간) : 슬롯과 슬롯 사이의 두께

7. 고정자 형상 입력

IMCA에서는 4가지 유형의 모양을 만들 수 있습니다. 고정자 모양과 해당 매개변수는 그림 13에서 볼 수 있습니다

고정자 슬롯 형상 템플릿

Fig.13 고정자 슬롯 형상 템플릿
Fig.13 고정자 슬롯 형상 템플릿

고정자 입력(그림 14)은 고정자 전용입니다. 그림 13에서 언급된 슬롯 치수 외에도 사용자는 고정자 치수도 입력해야 합니다.

  • Stator outer diameter(고정자 외경)
  • Stator inner diameter(고정자 내경)
  • Lamination length(적층길이)
  • Number of stator slots(고정자 슬롯 수)
Fig.14 고정자 형상 설정 윈도우
Fig.14 고정자 형상 설정 윈도우

8. 회전자 형상 입력

IMCA를 사용하면 5가지 다른 구간으로 회전자를 설정할 수 있습니다. 회전자 형상, 슬롯 모양 및 크기, 회전자 구성 정보, 엔드링 정보, 바 정보를 입력할 수 있습니다.(그림 15)

Fig.15 회전자 형상 설정 윈도우
Fig.15 회전자 형상 설정 윈도우

각자 다른 회전자 바 모양 중 하나를 선택할 수 있습니다.(2개의 열린 슬롯, 2개의 닫힌 슬롯) 회전자 형상 치수는 그림 16에 나와있습니다.

Fig.16 회전자 슬롯 형상 템플릿
Fig.16 회전자 슬롯 형상 템플릿

회전자 펀칭 상황에서는 회전자 슬롯의 모양과 치수를 변경할 수 있습니다. 그림 16을 기반으로 합니다. 또한 다음을 포함한 다른 매개변수를 구성할 수 있습니다.

  • Number of rotor slots(회전자 슬롯 수)
  • Rotor outer diameter(회전자 외경)
  • Rotor inner diameter(회전자 내경)
  • Skew number, measured circumferentially on the rotor surface(회전자 표면의 원주 방향으로 측정된 스큐 수)
  • Air gap(공극)
  • Rotor material(회전자 재질)

회전자 엔드링 치수의 경우 엔드링 구간으로 이동합니다. 여기서는 엔드링의 크기와 전도성을 수정할 수 있습니다. 전도성은 구리를 기본 재료로 사용하며, 58%는 구리 전도성의 58%를 의미합니다.

Fig.17 로터 엔드링 설정 윈도우
Fig.17 로터 엔드링 설정 윈도우
Fig.18 엔드링 치수 상세
Fig.18 엔드링 치수 상세

회전자 바는 그림 19의 구간에서 모델링됩니다. IMCA에서 막대의 치수는 그림 20에 표시됩니다. 전도도도 편집할 수 있습니다. 회전자 엔드링과 마찬가지로 전도성 비율의 기본 재료는 구리입니다.

Fig.19 로터바 설정
Fig.19 로터바 설정

9. 결과

첫 번째 단계는 Solve를 누르는 것이며 그림 21과 같이 결과를 볼 수 있습니다. 결과는 표 또는 그래프로 표시 됩니다. 도표화 된 데이터 창이 그림 22에 표시됩니다. 표로 작성된 데이터는 4개로 나뉩니다.

  • Equivalent Circuit(등가회로) : 권선 및 슬롯 구성에서 계산된 결과
  • Magnetic Circuit(자기회로) : 전동기 자기 결과
  • Motor weight & Parameters(전동기 중량 및 매개변수) : 전동기의 중량 및 저항성
  • Loss@100%Rating(시동전력손실) : 정격전력에 따른 각 구성요소의 손실, 기계 사양(그림 22)

차트 데이터는 그림 23에 나와 있습니다.

Fig.20 계산 결과

Fig.21 테이블 데이터
Fig.21 테이블 데이터
Fig.22 차트 데이터
Fig.22 차트 데이터