개념 한 쪽
유도전동기의 속도를 바꾸는 방법에는 극수를 다루는 방식과 2차 회로를 다루는 방식이 있다. 두 대의 전동기를 축으로 묶어 극수를 합쳐 쓰는 종속법, 2차 저항을 넣어 슬립을 옮기는 방식, 그리고 주파수를 바꾸는 방식까지 각각의 원리와 계산을 구분해 둔다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「극수에 의한 제어」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 직병렬 전환 제어 명칭 | 1 | 원심력 개폐기로 권선 접속을 바꾸는 방식 가리기 |
| 주파수 제어 출력 관계 | 1 | 전압과 주파수를 함께 바꿀 때 출력과 주파수의 관계 판단 |
유도전동기의 무부하 속도는 동기속도로 정해지고, 동기속도는 주파수에 비례하고 극수에 반비례한다. 극수를 바꾸면 속도가 계단식으로 달라진다. 종속법은 두 대의 유도전동기를 한 축에 연결해 마치 극수가 두 기기의 극수를 합한 한 대처럼 회전하게 하는 방식이다. 직렬접속법에서는 극수를 더한 값을 속도 식에 넣어 무부하 속도를 구한다.
권선형 유도전동기는 회전자 권선을 밖으로 끌어낼 수 있어 2차 회로를 다루는 제어가 가능하다. 회전자 권선을 두 세트로 나누고 원심력 개폐기로 직렬과 병렬을 전환하면 슬립이 달라져 대략 1:2 비율의 두 단 속도를 얻는다. 이 방식을 게르게스법이라 한다. 2차 저항을 삽입하는 방식은 저항의 열손실이 따르고 속도 범위도 좁다.
2차 저항을 바꾸면 최대 토크가 생기는 슬립만 이동하고 최대 토크의 크기 자체는 변하지 않는다. 같은 토크를 내는 조건에서는 슬립이 2차 회로 저항에 비례하므로, 저항을 몇 배로 했는지가 곧 슬립의 배수가 된다. 이 원리로 삽입 저항과 새 회전수를 계산한다.
2차 여자에 의한 제어에서는 회전자계와 반대로 향하는 슬립 주파수 전압을 2차 측에 걸어 준다. 이 전압을 크게 하면 유효 전압이 줄어 속도가 감소하고, 같은 방향으로 걸면 속도가 증가한다.
주파수를 바꾸는 제어는 전압을 주파수에 비례해 함께 바꾸는 방식으로 자속을 일정하게 유지한다. 정격속도 이하에서는 토크가 일정하고 출력은 주파수에 비례한다. 선박의 전기추진처럼 넓은 범위의 연속 가변속과 높은 효율이 필요한 곳에는 이 주파수 변화 제어가 가장 알맞다.
종속법 계산에서는 극수를 더한 값을 속도 식에 넣고 단위가 rps인지 rpm인지부터 확인한다. 12극과 8극을 직렬접속하면 극수를 20으로 보고 무부하 속도를 구한다. 2차 저항 삽입 계산은 동기속도, 슬립, 저항비, 새 슬립, 새 회전수 순서로 네 단계를 밟는다. 같은 토크 조건에서 저항이 5배가 되면 슬립도 5배가 된다. 2차 전압 문제는 회전자계와 반대 방향 회전을 상대속도의 덧셈으로 처리해 슬립이 1보다 커질 수 있음을 놓치지 않는다. 주파수 제어 문제는 자속 일정에서 토크 일정, 다시 출력이 주파수에 비례한다는 삼단 논리로 푼다.
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.
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.
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.
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