유동전동기의 원선도 작성시 필요치 않은 시험은?
- 무부하시험
- 슬립측정
- 구속시험
- 저항측정
정답과 해설 보기
정답 ② · 질문은 유동전동기(원선도) 작성에 필요하지 않은 시험을 묻고 있다. 원선도 작성에는 무부하시험, 구속시험, 저항측정의 세 가지 시험이 사용되며 이들로부터 원선도 파라미터를 구한다.
원선도는 무부하시험·구속시험·저항측정 3가지 시험으로 작성하며, 슬립측정은 필요하지 않다.
개념 한 쪽
전기공사산업기사 토크의 출력 — 슬립·원선도·주파수 제어
유도전동기의 특성을 다루려면 회전자에 유기되는 2차 전압이 슬립에 어떻게 좌우되는지 알아야 한다. 또 시험 데이터만으로 특성을 그림으로 구하는 원선도의 재료와, 대용량 기기를 가변속 운전할 때 쓰는 제어 방식의 선택 기준도 함께 짚는다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「토크의 출력」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 원선도 작성 시험 판별 | 1 | 원선도 재료 3시험에서 제외되는 시험을 가리기 |
| 반대회전 2차 전압 계산 | 1 | 상대속도로 슬립을 구해 2차 유기전압 계산 |
| 대용량 가변속 제어 선택 | 1 | 선박 추진용에 알맞은 속도 제어 방식을 가림 |
뜻
유도전동기의 회전자(2차)에 유기되는 전압은 슬립 s에 비례한다. 슬립은 회전자계와 회전자의 상대속도 비율이며, 회전자가 회전자계와 같은 방향으로 돌면 상대속도는 동기속도에서 회전속도를 빼서 구하고, 반대 방향으로 돌면 더해서 구한다. 정지 상태(s=1)에서 2차 전압이 최대이고, 회전자가 회전자계의 회전과 거꾸로 돌면 상대속도가 동기속도를 넘어 슬립이 1보다 커진다.
원선도(원권선도)는 유도전동기의 특성을 시험 몇 개만으로 그림으로 구하는 방법이다. 작성에는 세 가지 시험이 쓰인다. 부하 없이 돌려 무부하전류와 손실을 측정하는 무부하시험, 회전자를 잠그고 낮은 전압을 걸어 측정하는 구속시험, 권선 저항을 구해 구리손실 계산에 쓰는 저항측정이다. 이 결과로 무부하전류와 구속전류를 벡터로 그려 원을 완성하므로 이 세 가지가 곧 원선도의 재료가 된다. 슬립 측정은 실제 운전 중 속도 저하를 재는 것으로 원선도 작성에는 쓰이지 않는다.
대용량 전동기의 속도 제어 방식은 용도에 맞게 고른다. 동기속도 공식 Ns = 120f/P에서 주파수 f를 바꾸는 주파수 제어는 속도를 넓은 범위에서 부드럽게 연속 제어할 수 있고 손실도 적다. 선박의 전기추진용 전동기처럼 저속 항해부터 최고 속도까지 넓은 범위에서 연속적이고 효율 좋게 속도를 바꿔야 하는 경우에는 이 주파수 제어가 가장 알맞다.
반면 2차 저항 제어는 저항의 열손실로 효율이 나쁘고 속도 범위도 좁으며, 극수 변화에 의한 제어는 속도가 계단식으로만 뛰는 단속 제어라 추진용에 부적합하다. 1차 전압 계열의 제어도 제어 범위가 좁다. 대용량·넓은 가변속이라는 키워드가 보이면 주파수 제어를 떠올리면 된다.
예제
회전자가 회전자계와 반대 방향으로 도는 경우의 2차 전압을 구해 본다. 10극, 1차 전원 주파수 50[Hz], 정지 시 2차 1상 유기전압 150[V]인 유도전동기의 회전자가 회전자계와 어긋나는 방향으로 400[rpm]으로 돌 때, 먼저 동기속도를 구한다. Ns = 120f/P = 120 × 50/10 = 600[rpm]이다. 반대 방향 회전이므로 상대속도는 600 + 400 = 1000[rpm]이 되고, 슬립은 s = 1000/600 = 5/3이다. 따라서 2차 전압은 E = s × (정지 시 전압) = (5/3) × 150 = 250[V]가 된다. 정지 시 값인 150[V]를 그대로 고르면 s=1로 잘못 잡은 것이고, s=2로 잡으면 300[V]라는 함정 답이 나온다.
원선도 관련 문제는 작성에 필요한 시험을 묻는다. 무부하시험·구속시험·저항측정이 3종 재료이므로, 슬립측정은 운전 중 속도 저하를 재는 것일 뿐 원선도 자료가 되지 않는다. 선박 전기추진용 전동기처럼 넓은 범위의 연속 가변속과 고효율이 필요한 경우에는 주파수 변화에 의한 속도 제어가 정답이고, 2차 저항 제어나 극수 변화는 효율·제어 범위에서 떨어진다.
대표 기출 3문항
10극, 3상 유도전동기가 있다. 회전자는 3상이 고정지시의 2차 1상의 정납이 150[V]이다. 이 회전자를 회전자계와 반대방향으로 400[rpm] 회전시키면 2차 전압은? (단, 1차 전원 주파수는 50[Hz]이다,)
- 150[V]
- 200[V]
- 250[V]
- 300[V]
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 회전자계와 반대방향으로 회전시키는 경우 유기되는 2차 전압이 슬립에 비례하여 어떻게 변하는지 묻고 있다. 동기속도 Ns = 120f/P = 120×50/10 = 600 rpm이고 회전자가 반대방향으로 400 rpm이면 상대속도는 Ns + 400 = 1000 rpm이므로 슬립 s = 1000/600 = 5/3이다.
2차 전압은 슬립에 비례: 반대회전이므로 s=1000/600=5/3, E=150×5/3=250V
선박의 전기추진용 전동기의 소도제어에 가장 알맞은 것은?
- 주파수 변화에 의한 제어
- 극수 변화에 의한 제어
- 1차 회전에 의하 제어
- 2차저항에 의한 제어
정답과 해설 보기
정답 ① · 선박 전기추진용 전동기의 속도 제어 방식을 고르는 문제이다. 선박 추진은 넓은 범위에서 연속적으로 속도를 가변하고 고효율을 유지해야 하므로, 동기속도 공식 Ns = 120f/P에 근거한 주파수 변화에 의한 제어가 가장 알맞다.
선박 전기추진용 전동기처럼 넓은 범위의 연속 가변속과 고효율 제어가 필요한 경우에는 주파수 변화에 의한 속도 제어가 가장 알맞다.
자주 묻는 물음
- 유도전동기의 2차 전압은 무엇에 비례하나요?
- 회전자에 유기되는 2차 전압은 슬립 s에 비례한다. 회전자가 회전자계와 같은 방향으로 돌면 상대속도는 동기속도에서 회전속도를 빼고, 반대 방향으로 돌면 더해서 슬립을 구한다.
- 원선도 작성에 필요한 시험은 무엇인가요?
- 무부하시험, 구속시험, 저항측정 세 가지다. 무부하전류와 구속전류를 벡터로 그려 원을 완성하며, 슬립측정은 원선도 작성에 쓰이지 않는다.
- 선박 전기축전용 전동기에는 어떤 속도 제어가 알맞나요?
- 주파수 변화에 의한 속도 제어가 가장 알맞다. Ns = 120f/P에서 주파수를 바꾸면 넓은 범위를 연속으로 제어할 수 있고 손실도 적기 때문이다. 2차 저항 제어는 열손실로 효율이 나쁘고, 극수 변화는 계단식 단속 제어라 부적합하다.
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