개념 한 쪽
유도전동기의 제동은 회전 상태와 슬립을 함께 보며 판단한다. 크레인 강하 시 속도 제한에는 유도제동을 쓰고, 슬립이 1보다 큰 상태는 역상 제동으로 구분한다. 권선형 유도전동기는 2차 저항을 넣어 토크를 조절한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「기계적 제동」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 강하 속도 제한 제동법 | 1 | 크레인 강하 시 속도를 제한하는 제동 방식을 가린다 |
| 기동 계급 수 암기 | 1 | 유도전동기 기동 계급의 규격상 분류 수를 고른다 |
| 2차 삽입 저항 계산 | 1 | 기동 토크와 전부하 토크가 같아지는 외부 저항을 계산한다 |
기계적 제동은 유도전동기의 회전을 늦추거나 강하 속도를 제한하는 방식과 그 운전 상태를 다루는 개념이다. 크레인이나 권상기로 화물을 내릴 때 전동기가 부하에 끌려 빨라지는 것을 막아야 한다. 이때 전동기를 역상 상태로 운전해 강하 속도를 제한하는 방법이 유도제동이다. 발전제동과 회생제동은 회전자가 동기속도보다 빨라졌을 때만 발전기처럼 작동하므로 강하 운전 전 구간에 쓸 수 없다. 단상제동은 3상 중 한 상을 끊어 가볍게 감속하는 방식이라 이 용도와 다르다.
슬립은 s = (Ns − N)/Ns로 정의한다. 슬립이 1보다 크면 회전수 N이 음수가 되어 회전자가 회전 자계와 반대 방향으로 돈다. 이때 토크는 정방향으로 발생하지만 회전자를 세우는 제동력으로 작용하며, 이를 역상 제동 또는 플러깅이라 한다. 회생 제동은 슬립이 0보다 작은 상태, 즉 회전자가 동기속도보다 빨리 도는 발전기 상태와 구분한다.
권선형 유도전동기는 2차 회로에 외부 저항을 넣어 기동 토크와 속도를 조절한다. 리액턴스를 무시하면 토크는 슬립을 2차 회로 저항으로 나눈 값에 비례한다. 같은 토크가 나오려면 s/R가 일정해야 하므로, 전부하 슬립과 2차 저항으로 현재 값을 구하고 기동 시 슬립 1을 대입해 삽입 저항을 계산한다. 예를 들어 전부하 슬립이 4[%]이고 2차 1상 저항이 0.3[Ω]이면 1/(0.3+R) = 0.04/0.3에서 총저항 7.5[Ω]을 얻고, 원래 저항을 빼 7.2[Ω]을 삽입한다.
기동 시 최대 토크를 내려면 임계 슬립을 1로 만든다. 최대 토크가 발생하는 슬립은 (r₂+R)/(X₁+X₂)이므로 기동 시에는 r₂+R = X₁+X₂가 되도록 저항을 넣는다. 2차 각 상 저항이 0.3[Ω]이고 리액턴스 합이 1.5[Ω]이면 삽입 저항은 1.5 − 0.3 = 1.2[Ω]이다. 토크의 비례추이는 2차 저항 삽입에 따라 토크-슬립 특성 곡선이 이동하는 원리이며, 슬립링이 있는 3상 권선형 유도전동기에만 응용한다. 농형은 회전자 도체가 단락 구조라 외부 저항을 넣을 수 없고, 동기 전동기는 슬립 개념이 없어 이 원리와 무관하다.
전압을 낮추어 기동할 때 토크는 전압의 제곱에 비례한다. 전전압 기동토크가 전부하 토크의 1.8배이고 전압을 2/3로 낮추면 기동토크는 1.8 × (2/3)² = 0.8이 되어 전부하의 80[%]가 된다. Y-△ 기동은 상전압이 1/√3로 줄어 기동 용량과 토크가 1/3이 되므로, 전전압 기동용량 50[kVA]의 Y-△ 기동용량은 약 17[kVA]이다. 유도전동기의 기동 계급은 KS 규격에서 기동 특성에 따라 모두 19계급으로 분류한다.
제동 방식을 고를 때는 먼저 용도 키워드를 본다. 크레인 강하 시 속도 제한은 유도제동으로 연결하고, 슬립이 1보다 큰 상태는 역상 제동으로 구분한다. 권선형 2차 저항 계산은 같은 토크에서 s/R가 일정하다는 조건을 쓴다. 기동 토크를 전부하 토크와 같게 할 때는 총저항을 r₂/sfl로 구한 뒤 r₂를 빼서 삽입 저항을 구한다. 기동 시 최대 토크는 임계 슬립을 1로 만드는 저항으로 판단한다. 전압을 낮추는 기동에서는 토크가 전압의 제곱에 비례함을 적용한다.
10[HP] 4극 60[Hz] 농형 3상 유도전동기의 전 전압 기동 토크가 전부하 토크의 1/3일때, 탭전압이 1/ 3 인 기동 보상기로 기동하면 그 기동 토크는 전부하 토크의 몇 배가 되겠는가?
정답 ③ · 문제는 기동보상기로 전압을 줄였을 때 기동토크가 어떻게 변하는지를 묻는다. 유도전동기의 토크는 전압의 제곱에 비례하므로 탭전압이 1/√3이면 토크는 (1/√3)² = 1/3이 된다.
기동 토크는 전압의 제곱에 비례하므로 (1/√3)²=1/3배, 기존 1/3과 곱해 1/9배가 된다.
어느 권선형 유도전동기가 동기속도의 50[%]정도로만 회전을 하며 그 이상 속도가 증가하지 않는다. 그 원인에 해당 되는 것은?
정답 ① · 유도전동기의 회전자(2차) 권선이 1상으로 단선되면, 단상 유도전동기와 유사한 상태가 되어 기동 토크가 발생하지 않습니다. 따라서 어느 방향으로든 기동하지 못하고 회전자는 그냥 멈춰 있거나, 만약 반대 방향의 회전력에 의해 회전하고 있었다면 절반 속도 근처에서 평형을 이루며 계속 회전할 수 있습니다.
권선형 유도전동기는 2차 권선 1상 단선 시 동기속도 50% 부근에서만 평형 회전한다.
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.
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