개념 한 쪽
유도전동기를 그대로 전압을 걸어 기동하면 기동전류가 크고 기동토크가 과도해질 수 있다. 이를 막기 위해 기동 순간에만 전압을 낮추거나, 권선형 전동기에서는 2차 회로에 저항을 삽입하는 기동법을 쓴다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「소프트스타터기동법」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기동보상기 탭전압 토크 계산 | 1 | 탭전압비의 제곱을 원래 기동토크에 곱해 감소율 구하기 |
| 2차 1상 단선 증상 판단 | 1 | 동기속도 50%에서 가속이 멈추는 원인 가리기 |
| 2차 삽입 저항 계산 | 1 | 기동토크를 전부하 토크와 같게 하는 외부 저항 구하기 |
유도전동기의 토크는 인가 전압의 제곱에 비례한다. 따라서 전압을 낮춰 기동하면 기동토크는 전압비의 제곱만큼 줄어든다. 전압비를 그대로 곱하면 틀리므로, 전압이 k배가 되면 토크는 k²배가 된다는 원리를 먼저 세운다. 기동보상기(오토트랜스포머)나 Y-△ 기동 같은 강압 기동은 모두 이 원리 위에 서 있다. Y-△ 기동은 기동할 때만 권선을 Y로 바꾸어 상전압을 1/√3로 줄이므로, 기동용량과 기동토크는 전전압 기동의 1/3이 된다.
권선형 유도전동기는 회전자 권선을 슬립링과 브러시로 밖에 끌어냈기 때문에 2차 회로에 외부 저항을 삽입할 수 있다. 리액턴스를 무시하면 토크는 슬립을 2차 회로 저항으로 나눈 값에 비례한다. 즉 같은 토크가 나오려면 저항과 슬립의 비가 일정해야 한다. 전부하 토크와 같은 토크로 기동하려면, 전부하 슬립에서의 저항 대 슬립 비를 구한 뒤 기동 시 슬립 1을 대입한 총 저항에서 원래 2차 저항을 뺀 값이 삽입 저항이 된다.
기동 시 최대 토크를 내려면 임계 슬립을 1로 만들어야 한다. 최대 토크가 나오는 슬립은 2차 회로 총 저항을 리액턴스 합으로 나눈 값이므로, 기동 시(슬립 1) 최대 토크 조건은 2차 총 저항과 리액턴스 합이 같아지는 것이다. 따라서 삽입 저항은 리액턴스 합에서 원래 2차 저항을 뺀 값이 된다.
토크의 비례추이는 2차 저항을 바꾸면 토크-슬립 곡선이 슬립 축 방향으로 비례해서 이동하는 원리로, 저항을 삽입할 수 있는 권선형 전동기에서만 응용한다. 농형은 회전자 도체가 단락 구조라 저항 삽입이 불가능하다. 또한 권선형 전동기의 회전자 한 상이 단선되면 단상 상태가 되어 자체 기동토크가 생기지 않고, 일단 회전이 시작되면 슬립 0.5 부근, 즉 동기속도의 50%에서만 평형 회전을 하고 그 이상 가속하지 못한다.
정격 전압으로 직접 기동할 때의 토크가 전부하 토크의 3분의 1인 농형 3상 유도전동기를 탭전압이 1/√3인 기동보상기로 기동하는 경우를 본다. 토크는 전압의 제곱에 비례하므로 (1/√3)² = 1/3배로 줄고, 기존 1/3과 곱해 기동토크는 전부하 토크의 1/9배가 된다.
권선형의 2차 삽입 저항 계산도 본다. 전부하 슬립 4[%], 2차 1상 저항 0.3[Ω]에서 기동토크를 전부하 토크와 같게 하려면 슬립과 저항의 비가 같아야 한다. 1/(0.3 + R) = 0.04/0.3 이므로 0.3 + R = 7.5[Ω], 삽입 저항 R = 7.5 − 0.3 = 7.2[Ω]가 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.
유도 전동기의 기동 계급은?
정답 ① · 유도 전동기의 기동 종류는 전동기의 용량과 회전자 구조에 따라 분류됩니다. 권선형 유도 전동기는 저항을 사용하여 부드럽게 기동하며, 일반적으로 19종(KS C 4202 등 규격 참조)의 기동 종류가 분류됩니다.
유도 전동기의 기동 계급은 KS 규격에서 기동 특성에 따라 모두 19계급으로 분류한다.
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