전동기 기동방식

2️⃣기동방식(단상유도전동기)

1)분상기동

• 주권선과 보조권선이 있는데 보조권선에 가는선을 감고(저항R크게), 주권선의 코일(L성분이 크게)을 설치하여 교번자계 발생하여 기동하는 방식

2)반발기동

• 회전자 권선의 전부 혹은 일부를 브러시를 통하여 단락시켜 기동하는 방식

3)반발유도형

• 반발기동형의 회전자 권선(기종용)에 농형 권선(운전용)을 병렬로 설치하면 각 권선에서 발생하는 합성 토크로 기동하는방식

4)콘덴서 기동형

• 진상용 콘덴서의 90° 앞선 전류에 의한 회전자계를 발생시켜 기동하는 방식

5)영구 콘덴서 기동형

• 기동 시나 운전 시 항상 콘덴서를 기동권선과 직렬로 접속시켜 기종하는 방식

6)세이딩 코일형

• 자극에 슬롯을 만들어 단락된 세이딩코일을 끼워 넣어 기동하는 방식

7)모노 사이클

각 권선에 불평형 3상 전류를 흘려 기동하는 방식

2️⃣기동방식(단상유도전동기)

1)분상기동

• 주권선과 보조권선이 있는데 보조권선에 가는선을 감고(저항R크게), 주권선의 코일(L성분이 크게)을 설치하여 교번자계 발생하여 기동하는 방식

2)반발기동

• 회전자 권선의 전부 혹은 일부를 브러시를 통하여 단락시켜 기동하는 방식

3)반발유도형

• 반발기동형의 회전자 권선(기종용)에 농형 권선(운전용)을 병렬로 설치하면 각 권선에서 발생하는 합성 토크로 기동하는방식

4)콘덴서 기동형

• 진상용 콘덴서의 90° 앞선 전류에 의한 회전자계를 발생시켜 기동하는 방식

5)영구 콘덴서 기동형

• 기동 시나 운전 시 항상 콘덴서를 기동권선과 직렬로 접속시켜 기종하는 방식

6)세이딩 코일형

• 자극에 슬롯을 만들어 단락된 세이딩코일을 끼워 넣어 기동하는 방식

7)모노 사이클

각 권선에 불평형 3상 전류를 흘려 기동하는 방식

1️⃣유도전동기의 기동방식 선정 시 고려사항

1)전압변동의 허용치에 대한 시동 시 전압강하 확인

• 전동기 단자에서 허용전압 강하는 시동 시에 10%, 정상 시 변동을 포함해서 15%한도로 하는 것이 좋다
• 시동 시의 전압강하가 허용치를 넘을 때는 감압시동을 하거나, 변압기 용량을 증가시키거나, 전압변동을 꺼리는 부하를 다른 뱅크로 하는 등의 대책을 세운다

2)부하소요 토크에 대한 시동 시 토크 확인

시동 시 조건에서 부하 토크를 알고 그것을 상회하는 토크를 발생시킬 수 있는 시동방식을 선정

3)전동기 및 시동기의 시간 내량 확인

• 시동기는 각각 시간 내량을 갖고 있으므로 시동시간이 그 내량 이내인 것을 확인
• 기동시간

• 기동방식별 시간 내량
  • 직입기동 : 전자접촉기만으로 시동 내량이 결정되면 약 15초 이내
  • Y-Δ기동 : t=4+2√P[sec]로 약 15초 이내
  • 리액터, 콘돌퍼 가동 : t=4+2√P[sec]로 표준으로 1분 정격 리액터 또는 단권변압기 사용
• 기타 부하특성, 사용환경, 경제성 등을 종합적으로 고려하여 기동방식을 선정

• 부하의 종류 및 특성:
  • 경부하: 일반적으로 전압 직접 인가 방식으로 기동 가능합니다.
  • 중부하: Y-Δ 기동, 자기 감쇄 기동 등을 고려할 수 있습니다.
  • 대부하: 주로 인버터를 이용한 가변 전압 가변 주파수(VVVF) 제어 방식을 사용합니다.
  • 충격 부하: 부드러운 기동이 필요하므로 인버터 제어 방식이 적합합니다.
• 전원 공급 조건:
  • 전압 변동: 전압 변동이 심한 경우, 전압 안정화 장치를 사용하거나 인버터 제어 방식을 고려해야 합니다.
  • 주파수: 주파수 변동이 심한 경우, 인버터 제어 방식을 사용하여 주파수를 조절할 수 있습니다.
• 전동기의 종류 및 크기:
  • 소형 전동기: 대부분 전압 직접 인가 방식으로 기동합니다.
  • 대형 전동기: 기동 전류가 크므로 Y-Δ 기동, 자기 감쇄 기동, 인버터 제어 방식 등을 고려해야 합니다.
• 기동 전류 제한:
  • 전력 시스템에 미치는 영향을 줄이기 위해 기동 전류를 제한해야 합니다.
• 기동 토크:
  • 부하를 가속시키기 위해 충분한 기동 토크가 필요합니다.
• 기동 시간:
  • 기동 시간이 길어지면 전동기의 수명이 단축될 수 있으므로 적절한 기동 시간을 설정해야 합니다.
• 에너지 효율:
  • 인버터 제어 방식은 에너지 효율이 높지만 초기 투자 비용이 높습니다.
• 소음 및 진동:
  • 부드러운 기동을 위해 소음과 진동을 최소화해야 합니다.

주요 기동 방식의 특징

• 전압 직접 인가 기동: 가장 간단하고 저렴한 방식이지만, 기동 전류가 크고, 전압 변동에 민감합니다.
• Y-Δ 기동: 기동 전류를 1/3으로 줄일 수 있지만, 기동 토크도 1/3으로 감소합니다.
• 자기 감쇄 기동: 로터 회로에 저항을 삽입하여 기동 전류를 제한하는 방식입니다.
• 인버터 제어 기동: 기동 전압과 주파수를 부드럽게 조절하여 기동 성능을 향상시킬 수 있습니다.

유도전동기 기동

1) 차동기 운전

• 차동기 운전(크로우링 현상)은 3상 유도전동기, 특히 농형 유도전동기에서 발생하는 이상 운전 현상 중 하나입니다.
• 전동기가 정상적인 동기속도에 도달하지 못하고, 정격 속도보다 훨씬 낮은 특정 속도(일반적으로 동기속도의 약 1/7, 1/13 등 고조파에 해당하는 속도)에서 속도가 정지된 듯이 머무르는 현상입니다.
• 이는 주로 고정자 슬롯과 회전자 슬롯의 조합, 공극의 불균일, 고조파 자속 등의 영향으로 발생합니다.
• 이 현상으로 인해 전동기는 충분한 토크를 내지 못하고, 부하를 견인하지 못하는 문제가 발생합니다

2) 게르게스 현상

• 게르게스 현상(Goerges Phenomenon)은 3상 유도전동기, 특히 권선형 유도전동기에서 무부하 또는 경부하 운전 중 2차(회전자) 3상 권선 중 1상이 결상(단선)되어도 전동기가 멈추지 않고, 정격 속도의 약 1/2(슬립 s ≈ 0.5)에서 운전이 지속되는 현상입니다.
• 이때 전동기는 단상 전류로 운전하게 되며, 속도가 더 이상 올라가지 않고 일정하게 유지됩니다.
• 하지만 이 상태가 지속되면 전류가 증가하여 전동기 소손의 위험이 있으므로 결상 운전을 방지해야 합니다

3) 전동기의 안정 운전점

• 3상 유도전동기의 안정 운전점은 전동기의 토크-슬립 곡선과 부하 토크 곡선이 만나는 지점 중, 전동기 토크 곡선의 기울기가 음수(속도가 증가할수록 토크가 감소)인 영역에서 결정됩니다. 이 영역에서는 외란이 발생해도 전동기가 원래의 운전점으로 복귀할 수 있어 안정적으로 운전할 수 있습니다.
• 일반적으로 무부하 토크와 전부하 토크(정격 토크) 사이에서 운전하며, 최대 토크 지점(Tmax) 이전의 영역이 안정 운전 영역입니다
• 즉, 전동기의 발생 토크가 부하 토크보다 클 때 속도가 증가하고, 반대일 때는 속도가 감소하여, 두 곡선이 만나는 점에서 안정적으로 운전하게 됩니다.

3️⃣기동방식(농형 3상유도전동기)

1)직입기동

정격전압을 직접 가하여 기동하는 방식

• 특징
  • 기동방법이 간단하다
  • 설비비가 저렴하다

• 적용 : 11[kW](15[HP]*0.746)이하의 소용량에 적용

2)Y-Δ기동(Y-Δ Starting Method)

1차권선을 Y접속하여 기동하고 일정시간 경과후 Δ측으로 전환하여 운전하는방식

• 특징
  • 기동전류감소: 직입기동의 1/3,
  • 기동토크감소: 기동토크도 1/3
  • 비교적 기동장치가 간단
  • 별도의 기동장치 필요
  • 전자 개폐기, 릴레이의 보수가 필요
• 적용 : 15~30[HP]중소규모에 적용(22.4kW)
• 장점: 기동전류가 적어 전원에 미치는 영향을 줄임
• 단점: 기동토크가 낮아 기동 시 부하가 큰 경우에는 부적

3)리액터기동

• 리액터를 고정자 권선과 직렬로 삽이하여 단자 전압을 저감하여 시동하고, 일정시간 경과 후 리액터를 단락하여 전전압으로 시동하는 방식

• 일반적으로 리액터의 크기는 전동기 단자 전압의 정격인 50~80% 되는 값을 선택

• 특징
  • 기동전류가 정격전류의 2~3배
  • Tap절환으로 기동전류, 기동토크 조절가능

• 적용 50[HP]이상

4)기동보상기법(콘돌퍼기동법)

• 3상 단권변압기를 정격전압의 50~80%의 전압에서 기동하고, 기동후 전 부하 속도에 도달하면 단락시켜 전원 전압을 인가하는 방식

• 특징
  • 기동전류 감소: 배전선에 기동에 의한 영향을 주지않음
  • 기동토크 유지: 기동전류를 줄이면서 기동토크를 유지할수 있음
• 기동보상기 사용으로 인한 전력 소모로 효율이 나쁘다
• 별도의 기동장치 제작및 유지보수가 필요

• 적용 : 50[HP]이상의 중,대규모 용량
• 장점: 기동전류를 줄이면서도 충분한 기동토크를 제공
• 단점: 추가적인 변압기 설치가 필요하여 비용이 증가

5)직렬저항법

직렬저항을 고정자 권선과 질격로 삽일하여 단자전압을 저감하여 시동하고 일정시간 경고 후 저항을 단락하여 전전압으로 시동하는 방식

• 특징 : 시동기의 저항손실이 크자

• 적용 : 소형에만 적용