개념 한 쪽
유도전동기의 속도를 바꾸는 대표적인 방법 가운데 하나가 전원 주파수를 변화시키는 제어다. 동기속도가 주파수에 비례하므로 주파수를 바꾸면 속도가 넓은 범위에서 연속적으로 변한다. 전압을 함께 비례시키는 V/f 일정 제어에서는 자속과 토크가 일정하게 유지된다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「주파수에 의한 제어」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 속도 제어법 명칭 판별 | 1 | 원심력 개폐기로 직렬·병렬 전환하는 제어법 이름 가리기 |
| 출력과 주파수 관계 | 1 | V/f 일정 제어에서 출력이 주파수에 비례함을 판단 |
3상 유도전동기의 동기속도는 Ns = 120f/P [rpm]으로 구한다. 극수 P가 고정되어 있으면 주파수 f만이 속도를 바꾸는 수단이 되므로, 주파수를 변화시키는 주파수 제어는 속도를 넓은 범위에서 부드럽게 연속 제어할 수 있고 손실도 적다. 그래서 선박 전기추진용 전동기처럼 넓은 범위의 연속 가변속과 고효율이 필요한 경우에 가장 알맞은 제어 방식이다.
전압과 주파수의 비가 일정한 V/f 일정 제어를 정격속도 이하에서 적용하면 자속이 일정하게 유지된다. 자속이 일정하면 토크 T도 거의 일정하므로 이 구간을 토크 일정 제어라고 부른다. 출력은 P = T × ω(회전 각속도)로 구해지고 각속도는 주파수에 비례하므로, 토크가 일정한 조건에서 출력 P는 주파수 f에 비례한다.
주파수 제어와 달리 권선형 유도전동기의 여러 제어법은 키워드로 구분한다. 회전자 권선을 원심력 개폐기로 직렬·병렬 전환해 약 1:2의 속도 제어를 하는 방법은 게르게스법이다. 회전자에 가변저항을 넣는 2차 저항법은 저항의 열손실로 효율이 나쁘고 제어 범위가 좁다. 극수 변화는 속도가 계단식으로만 뛰는 단속 제어라 연속 가변속이 필요한 곳에는 부적합하다.
주파수 제어의 대표 계산은 종속법(직렬접속법)이다. 두 대의 유도전동기를 한 축에 직렬접속하면 극수가 P1 + P2인 한 대처럼 회전한다. 12극과 8극 전동기를 종속법으로 직렬접속하고 전원주파수가 50[Hz]일 때 무부하 속도는 N0 = 2f/(P1 + P2) = (2 × 50)/(12 + 8) = 5 [rps]가 된다. 300이라는 값은 120f/(P1 + P2)로 구한 rpm을 rps로 착각한 함정이므로 단위 확인이 먼저다.
다른 예로 출력과 주파수의 관계를 묻는 문제가 있다. V/f 일정 제어에서는 자속 일정 → 토크 일정이고, ω ∝ f이므로 P = T × ω ∝ f가 된다. 속도가 변해도 출력이 그대로라거나 출력이 주파수에 반비례한다는 선지는 토크 일정 조건을 무시한 오답이다.
권선형 유도 전동기의 회전자 권선의 접속을 원심력 개폐기에 의해서 직렬 또는 병렬로 바꾸어 속도를 제어하는 방법은?
정답 ① · 문항은 권선형 유도전동기에서 원심력 개폐기로 회전자 권선 접속을 직렬·병렬로 바꾸어 속도를 제어하는 방법의 명칭을 묻고 있다. 원심력 스위치로 직렬↔병렬 전환을 하여 약 1:2의 속도 변환을 얻는 방식은 게르게스법으로 알려져 있다.
회전자 권선을 원심력 개폐기로 직렬·병렬 전환하여 약 1:2의 속도 제어를 하는 방법은 게르게스법이다.
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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