개념 한 쪽
유도전동기를 정격 전압 그대로 기동하면 기동전류가 지나치게 커진다. 이를 막으려고 기동 시 인가 전압을 낮추는 강압기동을 쓰며, 스타 델타기동법은 그 대표적인 방식이다. 전압을 낮추면 전류는 비례해 줄지만 토크는 제곱으로 줄어든다.
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출제기준 단원 「스타 델타기동법」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 탭전압 강압 기동 계산 | 1 | 탭비 제곱을 원 기동토크에 곱해 기동토크 배수 구하기 |
| 2차 권선 단선 증상 판별 | 1 | 동기속도 절반에서 멈추는 원인 가리기 |
| 제동 방식 용도 매칭 | 1 | 강하 시 역상 상태로 속도를 제한하는 제동법 고르기 |
스타 델타기동법은 정격 운전이 델타(Δ) 결선인 3상 유도전동기를, 기동할 때만 스타(Y) 결선으로 바꿔 걸고 회전이 붙은 뒤 델타로 절환하는 강압기동 방식이다. 기동 시 각 상에 걸리는 전압이 정격의 1/√3로 줄어들어 기동전류를 낮출 수 있다.
강압기동 계산의 핵심은 토크의 전압 비례추이다. 유도전동기의 토크는 인가 전압 V의 제곱에 비례한다(T ∝ V²). 그래서 전압이 조금만 줄어도 토크는 제곱으로 크게 줄어든다. 예를 들어 전압이 2/3로 줄면 토크는 (2/3)² = 4/9배가 된다.
기동보상기(오토트랜스포머)를 쓰는 강압기동도 같은 원리다. 탭전압이 1/√3인 탭으로 기동하면 토크는 (1/√3)² = 1/3배로 줄고, 만약 정격 기동 시 토크가 전부하 상태 토크의 1/3 수준이라면 실제 기동토크는 (1/3) × (1/3) = 1/9배가 된다. 반대로 기동토크를 원하는 값으로 낮추려면 전압비를 토크비의 제곱근으로 잡는다.
계산할 때 흔히 저지르는 실수는 전압비를 제곱하지 않고 그대로 곱하는 것이다. 전압이 절반이면 토크는 1/4, 2/3이면 4/9가 된다는 '전압은 제곱' 원칙을 먼저 떠올려야 한다. 전압을 낮추는 강압기동에서는 토크가 줄어드는 만큼, 부하 토크가 작은 상태에서 기동하는지도 함께 따져야 한다.
대표 계산 1: 전전압으로 걸었을 때의 기동토크가 정격 운전 시 토크의 1.8배인 3상 유도전동기를 전전압의 2/3 전압으로 기동할 때의 기동토크를 구한다. T ∝ V²이므로 T = 1.8 × (2/3)² = 1.8 × 4/9 = 0.8, 즉 전부하토크의 80%다.
대표 계산 2: 정격전압 200V에서 기동토크가 전부하토크의 225%일 때, 기동토크를 150%로 낮추려는 전압을 구한다. (V/200)² = 150/225에서 V = 200 × √(150/225) ≈ 163V다. 이때 200V는 정격(선간) 전압 기준이다.
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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