개념 한 쪽
전기공사기사 권선형 유도전동기의 제어 — 2차 저항과 주파수 제어, 2차 여자법
권선형 유도전동기의 제어 세트는 2차 저항을 2배로 했을 때 최대토크가 어떻게 되는지, 권선형의 기동법, 저항제어와 관계없는 전동기, 2차 저항 계산, 2차 여자법, VVVF 제어, 농형의 속도제어법, 60Hz 전동기를 50Hz에 사용할 때의 변화를 묻는다.
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뜻
권선형 유도전동기는 슬립링을 통해 회전자(2차) 회로에 외부 저항을 연결할 수 있다. 기동할 때 2차 저항을 넣으면 기동 토크를 키우고 기동 전류를 줄일 수 있으므로, 권선형의 대표 기동법은 2차 저항을 이용하는 방법이다.
2차 저항을 2배로 해도 전동기가 낼 수 있는 최대토크 값 자체는 바뀌지 않는다. 달라지는 것은 최대토크가 나타나는 슬립이다.
속도제어에서 저항제어는 2차 저항을 조절하는 방법이므로 외부 저항을 연결할 수 있는 권선형에서 쓴다. 농형은 회전자 회로를 밖으로 끌어낼 수 없어 저항제어와 관계가 없고, 대신 극수를 바꾸어 회전수를 바꾸는 방법이 흔히 쓰인다. 회전수는 극수로 정해지므로 극수를 바꾸면 속도가 바뀐다.
VVVF 제어는 전압과 주파수를 함께 바꾸는 방식이다. 유도전동기의 속도는 주파수에 직접 연결되므로 VVVF 제어에 가장 적합하다.
2차 여자법 가운데 2차 단자에서 나오는 전력을 동력으로 바꾸어 직류전동기에 가하는 방식은 크레이머 방식이다.
60Hz용으로 만든 전동기를 같은 전압으로 50Hz에 사용하면 자속이 커진다. 자속은 전압을 주파수로 나눈 값에 비례하므로 주파수가 낮아진 만큼 자속이 늘고, 무부하 전류와 온도 상승이 커진다. 속도는 주파수에 비례하여 낮아진다.
2차 저항 계산은 다음과 같다. 50Hz 4극이면 동기속도는 120×50÷4인 1500rpm이다. 1440rpm일 때 슬립은 (1500−1440)÷1500인 0.04이고, 1000rpm일 때는 (1500−1000)÷1500인 1/3이다. 같은 부하 토크를 내려면 필요한 전체 2차 저항은 기존 저항에 슬립이 커진 비율을 곱한다. 0.02×(1/3÷0.04)=0.02×8.33≈0.167Ω이고, 여기서 기존 저항 0.02Ω을 빼면 추가할 저항은 약 0.147Ω, 곧 약 0.15Ω이다.
예제
출제 패턴은 세 가지다. ① 2차 저항과 최대토크 — 저항을 2배로 해도 최대토크 값은 그대로이고 최대토크가 나타나는 슬립만 달라진다. ② 속도제어법 구분 — 저항제어는 권선형, 극수 변환은 농형, VVVF는 전압과 주파수를 함께 바꾸는 방법이다. ③ 계산 — 전체 2차 저항은 기존 저항×(새 슬립÷기존 슬립)이고, 60Hz 전동기를 50Hz에 쓰면 무부하 전류와 온도 상승은 커지고 속도는 낮아진다.
자주 묻는 물음
- 2차 저항을 2배로 하면 최대토크는 어떻게 되나요?
- 최대토크 값은 그대로이고, 최대토크가 나타나는 슬립만 달라집니다.
- 50Hz 4극 권선형에서 1440rpm을 1000rpm으로 낮추려면 2차 저항 0.02Ω에 얼마를 더해야 하나요?
- 슬립이 0.04에서 1/3로 커지므로 전체 저항은 0.02×8.33인 약 0.167Ω이고, 추가 저항은 약 0.15Ω입니다.
- 60Hz 전동기를 같은 전압으로 50Hz에 사용하면 어떻게 되나요?
- 자속이 커져 무부하 전류와 온도 상승이 늘고, 속도는 주파수에 비례해 낮아집니다.
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