개념 한 쪽
회전 중인 유도전동기를 멈추게 하는 방법을 전기적 제동이라 한다. 상을 바꿔 거는 역상제동, 저항에서 에너지를 태우는 발전제동, 전원으로 되돌려 주는 회생제동이 대표적이다. 제동법 문제는 용도 키워드로 방식을 가리거나, 역전제동 시 슬립을 2−s로 치환해 2차 저항을 구하는 계산으로 나타난다.
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출제기준 단원 「전기적 제동 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 강하 속도제한 제동법 가리기 | 1 | 크레인·권상기 강하에서 역상제동을 이용한 방식의 이름을 가림 |
| 플러깅 2차 저항 계산 | 1 | 슬립 2−s 치환으로 삽입저항 값을 구함 |
| 급속 정지 제동법 판단 | 1 | 급속 정지 조건에 맞는 전기 제동법을 가림 |
유도전동기의 대표 제동법은 세 가지다. 회생제동은 전동기가 동기속도보다 빨라져 유도발전기처럼 동작하면서 전원에 전력을 되돌려 주며 감속한다. 발전제동은 발전기로 동작시켜 외부 저항에서 운동 에너지를 열로 소모하며 멈춘다. 역전(역상)제동은 전원의 상순을 바꿔 반대 방향 토크를 걸어 세우는 방식이다. 이 세 가지 외에 '3상 제동' 같은 이름의 제동법은 존재하지 않는다.
역상제동의 대표 활용이 플러깅이다. 회전 중인 3상 전동기의 전원선 3가닥 중 아무 2가닥을 서로 맞바꾸면 회전 자계의 방향이 갑자기 반대가 되어 회전자를 강하게 잡아당기므로, 급속하게 정지시킬 때 사용한다. 크레인이나 권상기에서 중량물을 강하할 때도 2상을 교환해 역방향 회전자계를 만들면 낙하 속도가 지나치게 빨라지지 않게 억제할 수 있는데, 이렇게 속도제한 목적으로 역상제동을 이용하는 경우를 특별히 유도제동이라 부른다. 발전제동이나 회생제동은 에너지를 소비하거나 회수하며 완속 감속하는 방식이라 급정지·속도제한 용도와 구분된다.
플러깅 계산의 핵심은 슬립 치환이다. 정격 슬립 s로 회전하던 전동기의 상회전 방향을 반대로 바꾸면 등가 슬립은 2−s가 된다. 유도전동기의 토크는 2차 등가 저항 r₂/s로 결정되므로, 제동토크를 전부하 토크와 같게 하려면 r₂/s = (r₂+R)/(2−s)를 만족하도록 2차 삽입저항 R을 정한다. 권선형 전동기는 2차 측에 저항을 삽입할 수 있어 이 조정이 가능하다.
제동법을 구분할 때는 '급속 vs 완속'과 '에너지 처리 방식(소비·회수)' 키워드로 접근한다. 플러깅은 급하게 세우는 방법, 발전·회생제동은 천천히 감속하며 에너지를 저항에서 태우거나 전원으로 보내는 방법으로 묶어 외우면 선지를 빠르게 소거할 수 있다.
동기속도와 슬립부터 차례로 구한 뒤 저항을 구한다. 극수 6, 주파수 60Hz인 권선형의 3상 유도 전동기를 1,140rpm으로 돌릴 때, 동기속도 Ns = 120f/p = 120×60/6 = 1200rpm이고 정격 슬립 s = (1200−1140)/1200 = 0.05다.
역전제동(플러깅)을 걸면 등가 슬립은 2−s = 1.95가 된다. 제동토크를 전부하 토크와 같게 하려면 r₂/s = (r₂+R)/(2−s)이므로, 회전자 1상 저항이 0.005Ω일 때 0.005/0.05 = (0.005+R)/1.95 → 0.005+R = 0.195 → R = 0.19Ω이 된다. 슬립을 s가 아니라 2s나 2(1−s)로 잘못 치환하면 엉뚱한 수치가 나오므로 치환 관계를 정확히 기억해야 한다.
유도전동기 역상제동의 상태를 크레인이나 권상기의 강하 시에 이용하고 속도제한의 목적에 사용되는 경우의 제동방법은?
정답 ② · 유도전동기 제동법 중 역상제동(3상 중 2상을 바꿔 회전자계를 반대로 만들어 제동)을 크레인이나 권상기에서 짐을 하강시킬 때 속도가 지나치게 빨라지지 않도록 제한하는 목적으로 사용하는 경우를 특별히 유도제동이라고 합니다. 이는 전동기가 유도발전기처럼 동작하며 부하(중력에 의한 낙하)의 속도를 억제하는 방식입니다.
크레인·권상기 강하 시 역상제동으로 낙하 속도를 제한하는 방식이 유도제동이다.
6극 60[Hz]의 3상 권선형 유도전동기가 1140[rpm]의 정격속도로 회전할 때 1차측 단자를 전환해서 상회전 방향을 반대로 바꾸어 역전제동을 하는 경우 제동토크를 전부하 토크와 같게 하기 위한 2차 삽입저항 R[Ω]은? (단, 회전자 1상의 저항은 0.005[Ω], Y 결선이다.)
정답 ① · 동기속도 이므로 정격 슬립 입니다. 역전제동(플러깅) 시 등가 슬립은 가 되며, 전부하 토크와 제동토크를 같게 하려면 조건을 만족해야 합니다.
플러깅은 슬립을 2-s로 치환, r₂/s=(r₂+R)/(2-s)에서 R을 구한다.
3상 유도 전동기를 급속하게 정지시킬 경우에 사용되는 제동법은?
정답 ④ · 3상 유도전동기의 급속 정지에는 역상제동(플러깅, plugging)이 사용됩니다. 이는 회전 중인 전동기의 3상 중 2상을 바꿔 접속하여 역회전 방향의 토크를 발생시켜 급속히 정지시키는 방법입니다.
급속 정지 제동은 역상 제동(플러깅) — 3상 중 2상을 바꿔 역방향 토크로 즉시 세운다.
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