개념 한 쪽
권선형 유도전동기는 회전자 권선을 밖으로 끌어낼 수 있어 여러 가지 속도 제어법을 쓴다. 회전자 접속을 바꾸는 게르게스법, 2차 저항을 넣는 방법, 2차에 전압을 인가하는 방법, 전원 주파수를 바꾸는 방법이 대표적이다. 각 방법은 속도 범위와 토크 특성이 서로 다르다.
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출제기준 단원 「권선형전동기의 제어 등」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 속도제어법 명칭 판별 | 1 | 원심력 개폐기로 직병렬 전환하는 방식을 가리키기 |
| 2차 저항과 최대 토크 | 1 | 저항 변화가 최대 토크 크기와 슬립에 미치는 영향 판단 |
게르게스법은 회전자 권선을 두 세트로 나누어 두고 원심력 개폐기로 접속을 직렬에서 병렬로 바꾸는 방식이다. 접속이 바뀌면 회전자 회로의 임피던스가 달라져 슬립이 변하고, 대략 1:2 비율의 두 단 속도를 얻는다. 원심력 개폐기와 직병렬 전환이라는 말이 나오면 게르게스법이다.
2차 저항 제어는 회전자 회로에 가변저항을 넣는 방법이다. 2차 저항을 바꾸면 최대 토크가 생기는 슬립만 이동하고 최대 토크의 크기 자체는 변하지 않는다. 최대 토크는 전압과 2차 리액턴스로 결정되어 2차 저항이 들어가지 않기 때문이다. 같은 토크를 낼 때는 슬립이 2차 회로 저항에 비례하므로, 저항을 늘린 배수만큼 슬립도 늘어나 회전수가 낮아진다.
2차 여자 제어는 슬립링을 통해 회전자에 외부 전압을 인가하는 방법이다. 2차 유기전압이 향하는 것과 반대로 슬립 주파수 전압을 크게 하면 유효 전압이 줄어 속도가 감소한다. 같은 방향으로 인가하면 속도가 증가한다.
주파수 제어는 전원 주파수를 바꾸는 방법이다. 전압을 주파수에 비례해 바꾸는 V/f 일정 제어에서는 자속이 일정해 토크도 일정하게 유지된다. 출력은 토크와 회전 각속도의 곱이고 각속도가 주파수에 비례하므로 출력도 주파수에 비례한다. 동기속도는 극수와 주파수로 정해지며, 두 대의 전동기를 한 축에 묶는 종속법에서는 극수를 더한 값을 쓴다.
선박의 전기추진용 전동기처럼 넓은 범위에서 연속 가변속과 고효율이 필요한 경우에는 주파수 변화에 의한 속도 제어가 가장 알맞다. 2차 저항 제어는 저항의 열손실로 효율이 나쁘고 속도 범위도 좁으며, 극수 변화는 계단식 단속 제어라 이런 용도에 부적합하다.
권선형 전동기 문제는 방법 이름과 키워드의 대응을 뒤바꾼다. 원심력 개폐기와 직병렬 전환이라는 말이 나오는데 2차 저항법이라 하면 틀리다. 2차 저항을 바꾸면 최대 토크의 크기도 변한다고 하면 틀리고, 발생 슬립만 이동한다는 것이 맞다. 2차 유기전압과 반대 방향 전압을 크게 하면 속도가 증가한다는 설명도 방향이 어긋난다.
계산 문제는 슬립과 저항비의 관계를 쓴다. 동기속도가 1800rpm이고 전부하 회전수가 1600rpm이면 슬립은 1/9이고, 같은 토크로 1200rpm을 만들려면 슬립이 1/3이 되어야 하므로 삽입 저항은 2차 저항의 2배가 된다. 2차 저항이 0.04옴에서 0.2옴으로 5배가 되면 슬립도 5배가 되어 회전수는 720rpm이 된다. 종속법에서는 극수를 더해 2f를 나누므로 12극과 8극, 50Hz이면 100을 20으로 나눈 5rps가 된다.
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.
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.
선박의 전기추진용 전동기의 소도제어에 가장 알맞은 것은?
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.
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