개념 한 쪽
전동기 운전과 제어에서 핵심은 회전력을 나타내는 토크, 회전방향과 기동 방법, 제동 방식, 전동기 선정 기준 및 실제 용량 계산이다. 시험 문제는 정의식과 단위, 위상 순서와 그에 따른 동작 변화, 단위 환산을 묻는 유형이 주로 출제된다고 보면 좋다. 실무에서는 토크 단위와 단위 환산, 기동·제동 방법의 원리, 부하에 맞는 출력 선정이 기본 판단 기준이 된다.
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출제기준 단원 「전동기운전 및 제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 토크 정의와 단위 판별 | 1 | 토크의 정의식과 단위를 묻는 문제 |
| 삼상 역회전·기동 판별 | 1 | 상 교환으로 인한 회전방향 변화 또는 기동법을 묻는 문제 |
| 전동기 용량 계산 | 1 | 무게·속도 환산과 효율 고려해 전동기 출력 계산하기 |
토크(Torque, 돌림힘)는 회전축에서 반지름 r만큼 떨어진 지점에 힘 F를 가하면 발생하는 회전력을 말하며 수식으로는 T = F × r로 정의된다. 따라서 토크는 '힘 × 길이'의 곱이므로 단위는 kg·m가 된다.
삼상 유도모터의 회전 방향은 고정자에 인가되는 3상 전원의 위상 순서에 의해 정해지므로, 임의의 두 상의 연결을 서로 바꾸면 위상 순서가 뒤집혀 회전자계의 진행 방향이 반대로 된다. 이 원리에 따라 단순히 두 상을 바꾸면 역회전이 발생한다.
전동기 용량 산정은 기계적 일률을 구한 뒤 효율로 나누어 계산한다. 무게는 kgf를 뉴턴으로 바꾸기 위해 9.8을 곱하고, 속도는 분당 미터를 초당 미터로 바꾸기 위해 60으로 나눈다. 공식은 P[W] = (무게[kgf]×9.8×속도[m/min]÷60) ÷ 효율이다.
회전체의 플라이휠 효과를 나타내는 GD²는 관성모멘트 J와의 관계가 GD² = 4J로 정의되므로 주어진 관성모멘트에 4를 곱하면 GD²를 얻는다. 단위는 J와 동일하게 kg·m²를 사용한다.
전동기 선정은 부하가 요구하는 토크와 속도 특성, 설치 용도 및 운전 형식에 맞추어 표준출력 중에서 부하 토크를 커버할 수 있는 값을 선택하는 절차가 기본이다. 농형과 권선형의 구조 차이에 따라 적용 가능한 기동법이 달라지므로 회전자 구조도 선정 시 고려해야 할 요소이다.
엘리베이터 전동기 용량 계산 예시를 통해 단위 환산 절차를 보인다. 적재무게 800[kgf], 승강속도 50[m/min], 효율 80[%]일 때 계산 순서는 다음과 같다. 무게를 뉴턴으로 환산하면 800×9.8 = 7840[N]이고 속도를 초당 미터로 환산하면 50/60 ≈ 0.833[m/s]이다. 일률은 7840×0.833 ≈ 6533[W]이고 효율을 나누면 6533÷0.8 ≈ 8166[W] ≈ 8.2[kW]이므로 약 8[kW]급 전동기를 선택하면 된다.
토크 단위 판단 예시는 정의식 T = F×r만 떠올리면 해결된다. 문제에서 토크를 묻는다면 힘(kg)과 길이(m)의 곱인 kg·m를 고르면 된다.
기동법과 역전 관련 예시는 삼상 회로에서 두 상을 바꾸는 것으로 회전자계의 진행 방향이 바뀌어 역회전이나 역상 제동이 발생한다는 원리를 적용하면 된다. 슬립이 1~2가 되는 역상 제동(플러깅)은 2선 교환으로 설명 가능하다.
전동기를 발전기로 운전시키고 그유도 전압을 전원전압보다 높게하여 발생전력을 전원에 반환하는 방식의 제동은?
정답 ③ · 문제는 전동기를 발전기로 운전시켜 발생한 전력을 전원에 되돌려 보내는 제동 방식을 묻고 있다. 전력을 전원 쪽으로 반환하는 방식은 회생 제동으로, 전동기를 발전기처럼 운전하여 유도전압이 전원전압을 넘으면 전력이 되돌아간다.
회생 제동은 전동기를 발전기로 돌려 유도전압을 전원전압보다 높여 전력을 전원에 되돌리는 제동이다.
부하 전류가 증가하면 가장 급격히 속도가 감소하는 전동기는?
정답 ④ · 문제는 부하 전류가 증가할 때 속도가 가장 급격히 감소하는 전동기 종류를 묻고 있다. 직류 직권(계열) 전동기는 전기자 전류가 그대로 계열 권선 전류가 되어 자속이 부하 증가에 따라 크게 변하므로 부하 증가 시 자속 증가로 속도가 급격히 떨어지는 특성을 가진다.
직권 전동기는 부하 전류가 곧 계열 전류라 부하 증가 시 자속이 커져 속도가 가장 급격히 감소한다.
유도 전동기의 제동 방법 중 슬림을 1~2 사이로 하여 3선중 2선의 접속을 바꾸어 제동하는 방법은?
정답 ① · 질문은 유도전동기의 제동 방법 가운데 3선 중 2선의 접속을 바꾸어 슬립이 1에서 2 사이가 되는 제동 방식을 묻고 있다. 2선을 바꾸면 회전자계가 역전되어 관성으로 원래 회전이 지속되는 상태에서 역방향 토크가 발생하는 역상 제동(플러깅)으로서 이 방법이 정답이다.
3선 중 2선을 바꾸면 회전 자계가 역전해 슬립 1~2가 되는 역상 제동(플러깅)이다.
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