개념 한 쪽
공조냉동기계산업기사 유도전동기의 특성 및 속도제어 — V/f·Y-Δ·토크 계산
유도전동기의 속도제어는 전압과 주파수, 2차 저항을 어떻게 쓰느냐로 갈린다. V/f 일정 제어, Y-Δ 기동의 전류 감소, 2차 저항의 쓰임, 주파수 변화에 따른 동기속도·리액턴스·철손·역률, 전압과 슬립의 연결, 토크와 전류 계산, AC 서보를 본다.
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뜻
전압과 주파수의 비 V/f를 일정하게 유지하는 제어는 유도전동기의 속도제어에 유리하다.
Y-Δ 기동은 기동할 때 Y로 접속해 상전압을 선간전압의 1/√3로 낮춘다. 임피던스가 같다면 상전류도 1/√3이 되고, 선전류 관계까지 고려하면 기동 전류는 Δ접속의 1/3로 줄어든다.
권선형유도전동기의 2차 회로에 저항을 넣는 목적은 기동 전류를 제한하고 기동 토크를 키우며 속도를 제어하는 것이다. 최대토크의 크기는 2차 저항과 무관하게 일정하다.
인가전압이 일정한 채 주파수가 몇 % 감소하면 동기속도는 주파수에 비례해 감소한다. 누설리액턴스 X=2πfL도 주파수에 비례하므로 함께 감소한다. 철손은 증가하고 역률은 저하된다. 리액턴스가 증가한다고 보면 주파수와의 비례 관계를 거꾸로 적용한 것이다.
단자전압이 낮아지면 토크가 줄어든다. 같은 부하를 유지하려면 회전수가 떨어져 슬립이 커진다. 전압↓ → 토크↓ → 회전수↓ → 슬립↑의 순서로 이어진다.
토크는 출력을 각속도로 나눈 값이다. 4극 60Hz 전동기는 동기속도가 1,800rpm이고, T=9.55P/Ns로 출력 10kW일 때 약 53N·m이다. 2극 50Hz 전동기는 동기속도 3,000rpm, ω≈314rad/s이므로 20kW에서 20,000/314≈63.7N·m가 된다.
3상 전동기의 선전류는 I=P/(√3×V×η×pf)로 구한다. 5마력은 5×746=3,730W이고, 220V·효율 80%·역률 90%를 넣으면 3,730/(1.732×220×0.8×0.9)≈13.6A가 된다.
기준권선과 제어권선에 90도 위상차가 있는 2상 전압을 인가해 회전자계를 만드는 전동기는 AC 서보전동기이다.
예제
선지 판단은 V/f를 일정하게 유지하는 제어를 속도제어에 유리한 방식으로 보는지, Y-Δ 기동의 전류를 1/3로 줄인다고 보는지, 2차 저항의 목적에서 최대토크 크기 불변을 짚는지, 주파수 감소 시 누설리액턴스가 감소한다고 보는지, 전압이 낮아지면 슬립이 커진다고 연결하는지, 4극 60Hz 10kW의 토크를 약 53N·m로 구하는지, 5마력·220V·효율 80%·역률 90%의 전류를 약 13.6A로 계산하는지에서 갈린다. 주파수와 리액턴스의 비례 관계를 맞게 적용한 선지가 맞고, 주파수가 줄면 리액턴스가 커진다고 본 선지와 Y-Δ 기동의 전류를 √3배로 본 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 유도전동기의 속도제어에서 V/f는 어떻게 두나요?
- V/f를 일정하게 유지하는 제어가 속도제어에 유리합니다. 전압과 주파수의 비를 일정하게 두는 방식입니다.
- Y-Δ 기동을 하면 기동 전류는 어떻게 되나요?
- Δ접속의 1/3로 줄어듭니다. Y접속에서는 상전압이 선간전압의 1/√3이 되기 때문입니다.
- 주파수가 감소하면 누설리액턴스는 어떻게 되나요?
- 감소합니다. X=2πfL로 주파수에 비례하기 때문입니다. 동기속도도 감소하고 철손은 증가하며 역률은 저하됩니다.
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