권선계수 계산법 + 매트랩 코드 & 파이썬 코드

전동기에 권선을 감았을 때, 각 공간고조파의 성분비율의 크기가 얼마나 되는지를 나타내는 것이 권선계수이다. 

권선계수 Winding factor 의 종류에는 분포 Distribution, 집중 Pitch(코일 피치= 코일 길이), 스큐 Skew, 슬롯 오프닝 계수 등이 있다. 기본파 권선계수는 최대한 높이고, 고조파 권선계수는 최대한 낮추는 것이 바람직한 방향이다.

(3차 고조파의 경우는 조금 다르다. +로 약 0.3정도까지는 있는 것이 오히려 역기전력 최댓값을 저감하기 좋다)

 

분포 계수는 한 상을 이루는 권선들이 모터의 360도에 걸쳐서 분포되기 때문에 생기는 변수를 표현한 것이고,

 

집중 계수는 그 권선이 몇개의 슬롯에 걸쳐서 감겨지느냐, 즉 코일의 길이에 따라서 결정된다. 

 

이 두 계수가 가장 큰 영향력이 있다. 

 

1. 분포 계수

분포 계수가 높아지기 위해서는 한상을 이루는 권선(코일)들이 전기적으로 한 방향에 정렬되어 있어야 한다.

이 경우에 분포계수는 최대값이 1이 된다. 벡터와 같은 방식으로 이해할 수 있다.

 

2. 집중 계수

집중 계수가 높아지려면 코일 피치가 슬롯 수에 가까워져야 한다. 동일하면 최대값인 1이 된다.

예를 들면, 12슬롯 모터는 한 슬롯당 간격이 30도(360도/12슬롯)일 것이다. 그런데 4극 12슬롯이라면, 한 극은 약 3개 슬롯만큼의 각도가 된다. 즉, 3슬롯*30도 = 90도이다. 그래서 이 모터의 집중계수가 1이 될려면 코일은 한 슬롯에 넣어져서 3개의 슬롯을 거쳐서 감겨져야 한다는 뜻이다. 

 

3. 스큐 계수

스큐는 모터를 비스듬하게 만드는 것인데, 고정자만 할 수도 있고 회전자만 할 수도 있으며 둘 다 하는 경우는 드물다. 

일반적인 3상 모터에서 고조파 제거를 위해서 많이 사용한다. 하지만 당연히 제조공정이 추가되기 때문에 안 할 수 있으면 안 하는 것이 좋다. 보통은 기본파 권선계수가 줄어드는 것보다는 고조파 권선계수가 훨씬 많이 감소된다. 하지만 몇 퍼센트라도 기본파 권선계수가 줄어들면 그대로 전류효율의 감소가 되니, 주의해야 한다.

 

4. 슬롯 오프닝 계수 

기본적으로 슬롯 오프닝은 모터 설계를 하다보면 제작성을 위해서 적절히 튜닝해야 하는 값이다. 거기에 완전히 오픈 슬롯이 아니면 주는 영향이 미미해서(거의 1에 한없이 가깝다) 대부분 무시한다. 

 

아래에 매트랩 코드와 파이썬 코드를 업로드 해놓았습니다. 

가장 적절한 권선계수를 가진 극 슬롯 조합을 찾기 위해서 만든 코드였는데, 도움이 될까 싶어서 올립니다.

권선계수를 계산하는 방법은 몇가지 종류가 있고, 유럽과 미국, 일본, 한국 등 학파마다 주로 사용하는 방식이 조금씩 다릅니다. 하지만 그 원리는 다 동일해서 어느 식을 사용하던 정확하기만 하면 상관은 없습니다.

 

이 코드는 유럽 방식을 사용합니다.(사실 유럽방식 미국방식 구분하기는 굉장히 모호하긴 합니다)

파이썬 코드는 다른 컴퓨터에 있어서 몇일 뒤에 올리겠습니다.(+올렸습니다!)

 

calculator_factor.m

0.00MB

WFcalculator.ipynb

0.47MB

+파이썬 코드는 anaconda 설치 후, 주피터 노트북으로 여실 수 있습니다.

여는 법을 간략히 설명드리면, 1) anaconda 검색 후 설치, 2) 명령 프롬프트 열고 jupyter notebook 타이핑 후 엔터,

3) 나타난 디렉토리 창에서 해당 파일 찾아서 실행, 4) shift+ enter 키로 각 줄마다 실행 가능

 

아나콘다 사용법은 구글에 치시면 많이 있습니다.