다음과 같은 전동력 응용기계에서 GD2 의 값이 작은 것에 이용될 수 있는 것으로서 가장 바람직한 것은?
- 압연기
- 냉동기
- 송풍기
- 엘리베이터
정답과 해설 보기
정답 ④ · GD²(플라이휠 효과, 관성 모멘트)는 회전체의 관성 크기를 나타내는 값입니다. GD² 값이 작을수록 기동, 정지, 가감속이 빠르고 가벼운 관성을 가집니다.
GD2는 관성 모멘트를 나타내며, 값이 작을수록 가감속이 빠르므로 빈번한 정지 제어가 필요한 엘리베이터에 적합하다.
개념 한 쪽
승강기기사 인버터 등을 이용한 속도제어 — VVVF와 회생제동 등
유도전동기의 속도는 주파수와 극수, 슬립 등으로 결정되며, 전압과 주파수를 동시에 제어하는 VVVF 방식이 엘리베이터에 적합하다. 회생제동은 유기전압이 전원전압을 초과하여 발생전력을 전원으로 되돌리는 제동 방식이고, 서보드라이브의 펄스 신호는 위치 제어에 주로 사용된다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「인버터 등을 이용한 속도제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| GD² 적용 기기 선택 | 1 | GD² 값이 작은 것이 적합한 기기를 가리기 |
| 속도제어 방식 명칭 판단 | 1 | 전압과 주파수를 동시에 변환하는 제어방식을 고르기 |
| 속도제어 방법 제외 항목 찾기 | 1 | 3상 유도전동기 속도제어에 해당하지 않는 항목을 찾기 |
뜻
VVVF는 인버터를 이용해 전압과 주파수를 동시에 가변하는 방식으로, 전압과 주파수의 비(V/f)를 일정하게 유지하여 유도전동기의 자속을 확보하면서 정격속도 이하의 속도를 안정적으로 제어한다. 인버터는 컨버터로 교류를 직류로 정류한 뒤 인버터에서 PWM 제어로 교류를 다시 만들어 전압과 주파수를 조절한다.
유도전동기의 속도식 n = 60f/P(1−s)에서 알 수 있듯이 속도 제어의 주요 변수는 주파수(f), 극수(P), 슬립(s)이다. 따라서 산업현장에서는 주파수 제어(VVVF), 극수 전환, 슬립 제어 등이 속도 제어 수단으로 사용된다.
회생제동은 전동기가 동기속도보다 빨라져 유기기전력이 전원전압보다 커질 때 전동기가 발전기처럼 동작하여 발생 전력을 전원 측으로 되돌리는 방식으로, 에너지를 회수하고 동시에 속도를 감속시키는 제동법이다. 반대로 역전제동은 상의 순서를 변경하여 역회전 토크를 발생시키는 방식으로 동작 원리가 다르다.
서보드라이브에서의 제어 신호는 신호 종류에 따라 제어 모드가 구분된다. 펄스 신호는 펄스 수로 이동량을 정하는 위치제어에 사용되며, 아날로그 전압이나 전류는 주로 속도 또는 토크 제어에 사용된다.
GD²는 회전체의 관성 모멘트를 나타내는 지표로, 값이 작을수록 기동과 정지가 빠르고 응답성이 좋아진다. 승강기는 빈번한 기동·정지가 발생하므로 GD²를 작게 설계하는 것이 바람직하다.
예제
VVVF 관련 문제는 '전압과 주파수를 함께 조절하여 자속을 유지'하는 원리를 확인하는 문항이 출제된다. 예를 들어 '전압과 주파수의 비를 일정하게 유지하여 속도를 제어한다'라는 설명이면 VVVF 또는 V/f 제어를 선택해야 한다. 회생제동 관련 문제는 '유기전압이 전원전압을 초과하여 전력을 전원으로 회수한다'는 조건을 찾으면 회생제동을 고르면 된다.
서보드라이브의 펄스 신호는 위치제어와 연결하여 이해하면 유리하다. GD² 관련 선택형 문제는 '빈번한 정지·기동이 요구되는 기계'를 지목하면 되며, 승강기처럼 정밀한 정지가 필요한 기계를 고르는 것이 정답이다.
대표 기출 3문항
3상 유도전동기의 속도제어방법으로 사용되는 것이 아닌 것은?
- 슬립 s의 변화에 의한 방법
- 용량 P의 변화에 의한 방법
- 극수 P의 변화에 의한 방법
- 주파수 f의 변화에 의한 방법
정답과 해설 보기
정답 ② · 문제는 3상 유도전동기의 속도제어 방법 중 사용되지 않는 것을 묻고 있다. 유도전동기 속도식 n = 60 f / P (1 − s)를 보면 속도는 주파수(f), 극수(P), 슬립(s)에 의해 결정되므로 이 세 가지를 제어하는 방식이 속도제어법으로 사용된다.
3상 유도전동기 속도제어는 주파수, 극수, 슬립 변화에 의한 방법이 일반적입니다.
다음의 전동력 응용기계에서 GD2 의 값이 작은 것에 이용될 수 있는 것으로서 가장 바람직한 것은?
- 압연기
- 냉동기
- 송풍기
- 승강기
정답과 해설 보기
정답 ④ · 승강기는 빈번한 기동과 정지, 그리고 가감속이 반복되므로 관성 모멘트를 나타내는 GD² 값이 클수록 가감속에 필요한 전력과 시간이 커집니다. 따라서 에너지 효율과 승차감을 위해 관성을 줄여 GD² 값을 작게 설계하는 것이 매우 중요합니다.
GD²는 관성 모멘트 지표로, 빈번한 가감속이 필요한 승강기는 관성을 줄여 응답성과 효율을 높여야 하므로 GD²가 작아야 한다.
자주 묻는 물음
- VVVF 제어의 핵심은 무엇인가?
- 전압과 주파수를 동시에 가변하여 자속을 일정하게 유지하면서 유도전동기의 속도를 제어하는 방식이다.
- 회생제동은 어떤 상황에서 발생하나?
- 전동기가 동기속도보다 빠르게 회전하여 유기전압이 전원전압을 초과할 때 전동기가 발전기처럼 동작하며 발생전력을 전원으로 되돌리는 방식이다.
- 서보드라이브에서 펄스 신호는 어떤 제어에 쓰이나?
- 펄스 신호는 펄스 수에 비례하여 이동량을 정하므로 주로 위치제어에 사용된다.
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