전동기 (JM)
A 직류전동기
B BLDC모터
G 동기발전기
H 동기발전기(병렬운전)
Y 동기전동기
E 동기기의 이상현상
I 유도전동기
S 전동기 기동방식
C 유도전동기(속도제어)
R 전동기(제동법,역전법)
P 전동기(효율적 제어방식)
목차(유도전동기 속도제어 JMC)
유도전동기(속도제어)
1️⃣유도전동기 속도제어 관련식
1)농형 유도전동기
\[N=\frac{120f}{P}(1−s)[rpm]\]
2)권선형 유도전동기
\[N=\frac{120f}{P}(1−s)[rpm]\]
\[τ=\frac{60P_2}{2πN_s}=\frac{60}{2πN_s}⋅\frac{V^2_1⋅\frac{r′_2}{s}}{(r_1+\frac{r′_2}{s})^2+(x_1+x′_2)^2}[N/\cdot m]\]
\[\frac{r^2}{s}=\frac{r^2+R}{s’}\]
- R(외부 2차 저항)을 증가시키면 s'(슬립)가 증가하고, τ(토크)를 증가시켜 기동
- R(외부 2차 저항)을 감소시키면 s'(슬립)가 감소하고, 점차 토크가 감소하게 되어 N(속도)을 증가시켜 정격속도에 도달
2️⃣농형 유도전동기 속도제어 방식
1)1차 전압제어
- 원리
- 슬립이 일정한 경우 τ∝V²
- V₁에서 V₂로 전압을 낮추면, N₁에서 N₂로 속도가 감소
- 특징
- 1차 전압조정은 변속도 특성
- 소용량으로 가감속도 전동기에 사용
- 감속할수록 회전자 저항손이 커져서 효율이 나쁨
2)극수 변환법
- 원리
- N∝1/P 므로 고정자 권선의 극수를 바꿔 결선하여 속도를 제어하는 방식
- 특징
- 제어가 간단하다
- 단속적인 제어
3)1차 주파수 제어
- N∝f이므로 주파수를 증가시켜 회전수를 제어할 수있는 방식으로 주파수를 변환시킬때는 전압도 비례하여 변화
4)전자 커플링
- 원리 : 전동기와 부하 사이에 커플링을 두어 속도를 제어하는 방식
- 특징 : 감속 시 손실로 발생 효율이 나쁘다
5)종속법
- 극수가 다른 전동기를 전기적, 기계적으로 접속시켜 전체 극수 변환
3️⃣권선형 유도전동기 속도제어
1)2차 저항제어
- 원리
- 2차회로에 가변저항을 삽입하여 저항 변화에 의해 속도-토크 특성의 비례추이 이용
- 비례투이는 2차 저항r₂를 m배하여 동일 토크를 발생시키는 슬립은 ms가 되어 속도는 감소
- 특징저항에서의 손실로 효율이 낮음
2)2차여자법
- 원리 : 회전자 권선에 유기되는 2차기전력 SE와 같은 슬립주파수의 전압 Ec를 인가
- 2차 전류 I₂=(SE±Ec)/r₂에서 SE±Ec에 의한 속도제어
4️⃣인버터 속도제어
1)원리
- 상용 교류 전원을 직류로 변환 후 다시 임의의 주파수와 전압의 교류로 변환하여 유도전동기의 속도를 제어하는 방식
2)특징
- 장점
- 광범위한 속도제어가 가능하다
- 정밀제어가 가능하다
- 조작이 간단하다
- 단점
- 고조파 장해 대책이 필요하다
- 전류가 증가하여 온도가 상승한다
5️⃣유도전동기 보호방식
1)전동기 손상원인, 보호항목
- 전동기 손상원인
- 과열에 의한 손상방지 : OCR, 온도 검출기
- 습기에 의한 절연 불량 : 누전보호(누전차단기)
- 윤활 불량, 진동 : 정기점검, 초대형기 보호에 적용
- 보호항목
- 과부하 보호
- 단락보호
- 결상
- 과전압, 부족 전압
- 반상 및 불평형 보호
2)유도전동기 보호방식
- 과부하 구속부하
- 유도전동기는 과부하 구속에서 온도가 상승하는데, 정격전류에서 구속까지 전류를 흘렸을 때 허용온도에 이르기까지 시간을 열특성이라 한다
- 허용시간은 범용 E종 전동기 : 15~20[sec]이고 수중 펌프용은 5[sec]이다
- 단락보호
- 전동기 권선의 단락 및 배전회로의 단락사고 때, 정격의 수입 배의 전류가 흐른다
- 회로의 전선, 제어기기 및 전원을 보호함과 동시에 계통의 파급방지를 위해 회로를 차단
- 보호기기는 배선용차단기, 퓨즈
- 결상보호
- 결상인 채 시동하면 시동 토크가 없이 단상 구속되고 4~7배 전류가 흘러 전동기가 소손되므로 회로를 차단한다
- 결상원인
- 1상 퓨즈용단
- 배전계통 접촉불량(단자풀림)
- 1선 단선
- 보호기기는 2E, 3E계전기
- 과전압, 부족전압 보호
- 과전압보다 부족전압이 문제가 되면, 온도상승의 원인이 되므로 정격상태에서의 운전이 바람직하다
- 전압변동
- 단시간 전압변동 : ±10%이내
- 전자접촉기 : -15%, +10% 범위 내 동작
- 보호기기는 전압계전기
- 반상 및 불평형 보호
- 반상보호 : 전동기 역전에 의한 기계의 고장을 방지
- 불평형 보호
- 배전계통이 V결선 시 단상부하를 사용하면 전압 불평형이 있을 경우 불평형이 심하다
- 전압 2~3% 불평형이 되면 전류 불평형은 20~30%가 된다. 따라서 권선이 과열, 정격출력으로 운전할 수 있다
- 보호기기는 2E,3E 계전기
- 누전보호
- 권선의 열화 등으로 감전방지 및 화재 방지가 주목적이다보호기기는 누전계전기, 누전차단기, 정지형 보호계전기
전동기 (JM)
A 직류전동기
B BLDC모터
G 동기발전기
H 동기발전기(병렬운전)
Y 동기전동기
E 동기기의 이상현상
I 유도전동기
S 전동기 기동방식
C 유도전동기(속도제어)
R 전동기(제동법,역전법)
P 전동기(효율적 제어방식)
목차(유도전동기 속도제어 JMC)
유도전동기(속도제어)
💯기출문제
●I09 3상유도전동기의 속도제어에 대하여 설명하시오
유도전동기 속도 제어의 필요성
- 생산 속도 조절: 생산 라인에서 제품 생산 속도에 맞춰 전동기의 속도를 조절해야 합니다.
- 토크 제어: 부하 변동에 따라 토크를 조절하여 안정적인 운전을 해야 합니다.
- 에너지 효율 향상: 불필요한 속도로 운전하는 것을 방지하여 에너지 효율을 높일 수 있습니다.
유도전동기 속도 제어 방법
크게 다음과 같은 방법으로 유도전동기의 속도를 제어할 수 있습니다.
1. 극수 변환:
- 원리: 전동기의 극수를 변경하여 동기 속도를 바꾸는 방법입니다.
- 장점: 간단한 구조로 구현 가능합니다.
- 단점: 극수를 변경하기 위해 별도의 권선 배열이 필요하며, 속도 변화 범위가 제한적입니다.
2. 전압 제어:
- 원리: 1차 전압을 변화시켜 유도 전동기의 슬립을 변화시키는 방법입니다.
- 장점: 간단한 구현이 가능합니다.
- 단점: 낮은 속도 영역에서 토크가 급격히 감소하며, 효율이 낮습니다.
3. 저항 삽입:
- 원리: 회전자 회로에 저항을 삽입하여 슬립을 증가시켜 속도를 감소시키는 방법입니다.
- 장점: 구조가 간단합니다.
- 단점: 효율이 낮고, 발열이 심하며, 속도 제어 범위가 제한적입니다.
4. 주파수 제어:
- 원리: 인버터를 이용하여 전원 주파수를 변화시켜 동기 속도를 변화시키는 방법입니다.
- 장점: 넓은 속도 범위에서 정밀한 속도 제어가 가능하며, 높은 효율을 얻을 수 있습니다.
- 단점: 초기 투자 비용이 높고, 시스템이 복잡합니다.
5. 슬립 제어:
- 원리: 회전자 회로에 추가적인 전압을 인가하여 슬립을 제어하는 방법입니다.
- 장점: 넓은 속도 범위에서 정밀한 속도 제어가 가능합니다.
- 단점: 시스템이 복잡하고, 비용이 많이 듭니다.
각 방법의 비교
| 방법 | 장점 | 단점 | 적용 분야 |
|---|---|---|---|
| 극수 변환 | 간단한 구조 | 속도 변화 범위 제한 | 극소수의 속도 변화가 필요한 경우 |
| 전압 제어 | 간단한 구현 | 낮은 속도에서 토크 감소, 낮은 효율 | 저속 운전이 필요하지 않은 경우 |
| 저항 삽입 | 간단한 구조 | 낮은 효율, 발열 심함 | 저속 운전이 필요하지 않은 경우 |
| 주파수 제어 | 넓은 속도 범위, 높은 효율 | 높은 초기 비용, 복잡한 시스템 | 정밀한 속도 제어가 필요한 경우 |
| 슬립 제어 | 넓은 속도 범위, 정밀한 제어 | 복잡한 시스템, 높은 비용 | 고성능 서보 시스템 |
○I10 유도전동기의 속도제어방법을 5가지 이상 설명하시오
○I11 3상 유도전동기 의 속도제어방식을 설명하시오
○I12 전동기의 속도제어시스템에 대한 중요한 성능평가 지표에 대하여 설명하시오
○I13 직류전동기의 속도를 제어하고자 한다. 직권전동기 및 분권전동기의 속도제어방식 3종류 기술
○I14 2차여자에 의한 권선형 유도전동기의 속도와 역률개선의 원리 설명
2차 여자란 무엇인가?
2차 여자는 권선형 유도전동기의 회전자 권선에 외부에서 전원을 공급하여 회전자 전류를 직접 제어하는 방식입니다. 일반적인 유도전동기는 회전자에 유도되는 전류에 의해 토크가 발생하지만, 2차 여자를 통해 회전자 전류를 정밀하게 제어함으로써 다양한 특성을 얻을 수 있습니다.
속도 제어 원리
- 슬립 조절: 2차 여자를 통해 회전자 전류의 크기와 위상을 조절하면 회전자와 회전자장 사이의 상대 속도인 슬립을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 슬립이 변화하면 토크와 속도가 변하게 되므로, 외부에서 요구하는 속도에 맞춰 슬립을 조절하여 속도를 제어합니다.
- 토크 제어: 2차 전류의 크기와 위상을 조절하여 토크를 제어할 수 있습니다. 특히 저속 영역에서 높은 토크를 얻을 수 있어 정밀한 토크 제어가 필요한 분야에 적합합니다.
역률 개선 원리
- 무효 전력 감소: 2차 여자를 통해 회전자 전류의 위상을 조절하면 무효 전력을 감소시켜 역률을 개선할 수 있습니다. 일반적으로 유도전동기는 지상 lagging power factor를 가지는데, 2차 여자를 통해 역률을 개선하면 전력 시스템의 효율을 높이고 전력 손실을 줄일 수 있습니다.
장점
- 넓은 속도 범위: 낮은 속도에서도 높은 토크를 유지하며 넓은 속도 범위에서 정밀한 속도 제어가 가능합니다.
- 높은 효율: 역률 개선을 통해 에너지 효율을 높일 수 있습니다.
- 정밀한 토크 제어: 2차 전류를 정밀하게 제어하여 토크를 정밀하게 조절할 수 있습니다.
- 빠른 응답성: 외부 신호에 대한 응답 속도가 빠릅니다.
단점
- 시스템 복잡도: 2차 여자를 위한 추가적인 회로가 필요하여 시스템이 복잡해지고, 비용이 증가합니다.
- 유지보수: 추가적인 회로가 필요하기 때문에 유지보수가 복잡할 수 있습니다.
응용 분야
- 서보 모터: 정밀한 위치 제어가 필요한 서보 시스템에 널리 사용됩니다.
- 인버터: 주파수 변환기를 이용한 속도 제어 시스템에 사용됩니다.
- 전기 자동차: 구동 모터로 사용되어 높은 효율과 정밀한 속도 제어를 구현합니다.
전동기 (JM)
A 직류전동기
B BLDC모터
G 동기발전기
H 동기발전기(병렬운전)
Y 동기전동기
E 동기기의 이상현상
I 유도전동기
S 전동기 기동방식
C 유도전동기(속도제어)
R 전동기(제동법,역전법)
P 전동기(효율적 제어방식)
목차(유도전동기 속도제어 JMC)
유도전동기(속도제어)
🌐V1008Z24 / JMC
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