개념 한 쪽
특수농형유도전동기는 기동 전류를 줄이면서 기동 토크를 크게 내기 위해 회전자 케이지의 구조를 바꾼 전동기다. 2중 농형은 슬롯을 두 겹으로 쌓아 기동과 운전을 각기 다른 케이지가 담당한다. 유도전동기의 제동 방식, 주파수 제어, 2차 저항 속도제어도 함께 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「디프슬롯형 농형유도전동기등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 2중 농형 케이지 특성 판단 | 1 | 외측 케이지 전선의 저항·리액턴스 성질을 가리기 |
| 제동 방식과 용도 매칭 | 1 | 강하 속도 제한에 쓰이는 제동 방식을 고르기 |
| 주파수 제어 출력 관계 | 1 | V/f 일정 제어에서 출력과 주파수의 관계를 가림 |
2중 농형 유도전동기는 회전자에 케이지가 두 겹으로 들어 있다. 회전자 표면에 가까운 쪽이 외측이고 깊은 쪽이 내측이다. 외측 슬롯은 표면에 가까워 도체를 둘러싸는 누설 자속이 적으므로 누설 리액턴스가 작고, 도체 단면적을 작게 만들어 저항이 크게 설계한다. 내측은 반대로 리액턴스가 크고 저항이 작다.
기동 직후에는 회전자 주파수가 높아 리액턴스가 큰 내측으로는 전류가 잘 흐르지 못하고, 저항이 큰 외측에 전류가 몰려 큰 기동 토크를 낸다. 정상 운전 중, 즉 슬립이 작을 때에는 회전자 주파수가 낮아져 저항이 작은 내측에 전류가 흘러 손실이 적고 효율이 좋다. 요약하면 외측은 기동을, 내측은 운전을 담당한다.
제동 방식 가운데 크레인이나 권상기의 강하 시에 역상제동의 상태를 이용해 낙하 속도를 제한하는 목적으로 쓰는 것은 유도제동이다. 발전제동·회생제동은 회전자가 동기속도보다 빨라졌을 때만 발전기처럼 작동하므로 강하 운동 전 구간에 쓸 수 없고, 단상제동은 3상 중 한 상을 끊어 가볍게 감속하는 방식이라 이 용도와 다르다.
속도 제어와 토크 특성도 원리로 묶인다. 주파수 제어(V/f 일정 제어)에서는 전압을 주파수에 비례시켜 자속을 일정하게 유지하므로 토크도 일정해지고, 출력은 각속도에 비례하므로 주파수에 비례한다. 권선형에서 2차 저항을 변화시켜 속도제어할 때 최대토크의 크기는 2차 저항과 무관하게 항상 일정하고, 최대토크가 생기는 슬립만 2차 저항에 비례해 이동한다. 또 유도 전동기의 기동 계급은 KS 규격에서 기동 특성에 따라 모두 19계급으로 분류한다.
권선형 2차 저항 삽입 계산은 토크가 슬립을 2차 회로 저항으로 나눈 값에 비례한다는 근사(리액턴스 무시 조건)로 푼다. 전부하 슬립 4[%], 2차 1상 저항 0.3[Ω]에서 기동 토크를 전부하 토크와 같게 하려면 s/R이 같아야 하므로 1/(0.3+R) = 0.04/0.3, 즉 0.3+R = 0.3/0.04 = 7.5[Ω], R = 7.5 - 0.3 = 7.2[Ω]이다. 총저항에서 원래 2차 저항을 빼는 두 단계를 잊지 않는다.
강압 기동 계산은 토크가 인가 전압의 제곱에 비례한다는 점을 쓴다. 정격 200[V]에서 기동 토크가 전부하 토크의 225[%]일 때 이를 150[%]로 낮추려면 (V/200)² = 150/225 에서 V = 200 × √(150/225) ≈ 163[V]가 된다. 토크는 제곱, 전류는 일제곱 비례라는 대소 관계가 핵심이다.
유도전동기의 역상제동의 상태를 크레인이나 권상기의 강하시에 이용하고, 속도제한의 목적에 사용되는 경우의 제동방법은?
정답 ② · 문제는 크레인이나 권상기의 하강 시 속도 제한과 속도제한 목적에 쓰이는 제동방법을 묻는다. 역상 상태를 만들어 회전자에 유도전류를 발생시켜 하강 속도를 제한하는 방식이 유도제동으로, 크레인 강하 시 널리 사용된다.
크레인·권상기 강하 시 역상 상태로 운전해 속도를 제한하는 제동 방식이 유도제동이다.
3상 유도전동기의 전원주파수를 변화하여 속도를 제어하는 경우 전등기의 출력 P와 주파수 f 와의 관계는?
정답 ① · 유도전동기의 속도 제어를 위해 전원 주파수 f를 변화시키는 V/f 제어 방식에서는 기자력 밀도를 일정하게 유지하기 위해 전압 V를 주파수 f에 비례하여 제어합니다. 유도전동기의 유도 기전력 E는 4.44fφNk이므로 자속 φ를 일정하게 하려면 V ∝ f 관계가 성립해야 합니다.
권선형 유도전동기에서 2차 저항을 변화시켜서 속도제어를 할 경우 최대 토크는?
정답 ① · 문제는 권선형 유도전동기에서 2차 저항을 바꿔 속도제어할 때 최대토크의 크기 변화 여부를 묻고 있다. 최대토크 식을 보면 토크의 크기는 전압과 누설리액턴스에 의해 결정되며 2차 저항 r2는 식에 포함되지 않아 크기는 변하지 않는다.
최대토크 식에 2차 저항이 없어 크기는 일정하고, 최대토크가 생기는 슬립만 r₂에 비례해 이동한다.
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