CE 전동기*

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직류전동기
BLDC모터
동기발전기
동기발전기(병렬운전)
동기전동기
동기전동기(기동방법)
동기기의 이상현상
유도전동기
유도전동기의 기동방식
유도전동기(속도제어)
전동기(제동법,역전법)
전동기(효율적 제어방식)

동기전동기 기동방법

❯전동기

A.직류전동기
원리, 특징, 종류, 제어방식
B.BLDC모터
코어,캔,PWM방식,ESG변속기
C.동기발전기
원리,구조,동기속도,동기조건,유기기전력,동기기분류
권선법(집중권,분포권,전절권,단절권) 전기자반작용,
발전기내부리액턴스,자기여자현상,단락비,병렬운전조건,무효전력
D.동기발전기(병렬운전)
병렬운전,안전영역,병렬운전조건,병렬운전순서,발전기투입시고려사항,
E.동기전동기
특징, 기동방법

F.동기전동기 이상현상
자기여자현상,난조현상,안정도,
G.유도전동기
원리(아라고원판), 회전자계의 발생,
농형유도전동기, 유도전동기속도,
회전자계, 단상유도전동기, 3상유도전동기
H.전동기 기동방식
단상(분상기동,반발기동,반발유도형,콘덴서기동,영구콘덴서,세이딩코일,모노사이클)
3상농형(직입,Y-Δ,리액터,기동보상)
3상권선(2차저항)
I.유도전동기(속도제어)
농형(1차전압제어,극수변환법,1차주파수제어,전자커플링,종속법)
권선형(2차저항제어,2차여자제어)
인버터속도제어
유도전동기 보호방식(과부하구속부하,단락보호,결상보호,과전압부족전압보호,반상및 불평형보호,누전보호)
J.전동기(제동법,역전법)
전기적(발전,회생,역상,단상,와전류)
기계적(무여자 작동브레이크, 전자브레이크)
역전법
K.전동기(효율적 제어방식)
고효율전동기, 적합한 전동기, 효율적운전, 적정관리, 회전수제어, 전원의안정화, 극수변환전동기, 농형유도전동기
기동방식,속도제어,제동법역전법,

전동기

동기전동기 기동방법

💯기출문제 전동기의 종류

○G01.유도전동기에 적용되는 배선용 차단기의 선정조건을 설명하고 유도전동기 특유의 고려사항과 부하상태에 따른 고려사항을 쓰시오.

5️⃣배선용 차단기(MCCB) 선정조건

유도전동기 특유의 고려사항

부하상태에 따른 고려사항

○G02.3상 유도전동기의 정격과 온도상승의 관계에 대하여 설명하시오

정격 (Rating)

정격전압: 전동기가 정상적으로 작동할 수 있는 전압 범위입니다.
정격전류: 전동기가 정상적으로 작동할 때 흐르는 전류입니다.
정격출력: 전동기가 정상적으로 작동할 때 제공할 수 있는 최대 출력입니다.
정격속도: 전동기가 정상적으로 작동할 때의 회전 속도입니다.

온도상승 (Temperature Rise)

정의: 전동기가 작동할 때 발생하는 열로 인해 전동기의 온도가 상승하는 현상입니다.
원인: 전동기 내부의 전기적 손실(저항 손실, 철손 등)과 기계적 손실(마찰 손실 등)로 인해 발생합니다 ¹.

정격과 온도상승의 관계

정격부하에서의 온도상승:
- 전동기가 정격부하에서 작동할 때, 발생하는 열은 전동기의 설계 온도 상승 한계 내에서 유지되어야 합니다.
- 온도 상승이 정격 온도 상승 한계를 초과하면 전동기의 절연 재료가 손상될 수 있으며, 이는 전동기의 수명을 단축시킵니다 ².
과부하 시의 온도상승:
- 전동기가 과부하 상태에서 작동하면, 전류가 증가하여 더 많은 열이 발생합니다.
- 과도한 온도 상승은 전동기의 절연 재료를 빠르게 열화시켜 전동기의 고장을 초래할 수 있습니다 ².
냉각 시스템의 중요성:
- 전동기의 온도 상승을 억제하기 위해 적절한 냉각 시스템(예: 팬, 냉각수 등)이 필요합니다.
- 냉각 시스템이 제대로 작동하지 않으면, 전동기의 온도 상승이 증가하여 성능 저하 및 수명 단축을 초래할 수 있습니다 ³.

○F03.동기기의 난조방지에 대하여 설명하시오

모범답안(동기기 난조)

1)정의

동기기가 부하 변동에 의해 속도가 변하면서 발생하는 진동 현상입니다

2)발생원인

부하변동이 심한 경우
관성모멘트가 작은 경우
조속기가 너무 예민한 경우
계자에 고조파가 유기된 경우

3)방지대책

계자의 자극면에 제동권선 설치
- 동기기의 회전자 또는 계자 자극 표면에 슬롯을 파고 단락구너선(제동권선)설치
- 유도전동기의 농형권선과 같은 권선을 두어 자극에 슬립이 생겼을 때 난조에 의해 발생하는 슬립 주파수의 전류가 이 권선에 흘러 진동을 제동하는 역할을 한다.

관성모멘트를 크게 할 것
- 플라이 휠을 붙이면 전동기의 자유진동 주기가 길어져 난조 발생을 억제한다
조속기의 성능을 너무 예민하지 않도록 할 것
- 동기 발전기의 경우 조속기의 감도를 너무 예민하지 않게 한다
동기 리액턴스감소
- 동기 리액턱스를 작게 하고, 동기화력을 크게 하면 난조를 방지할수있음
고조파의 제거(단절권, 분포권)

●A04.직류전동기의 동작원리와 특징 및 속도제어방법에 대하여 설명하시오

●05건축물에서 동력설비를 분류하고 설계순서와 부하용량 산정 시 고려사항

1. 동력설비 분류

건축물에서 사용되는 동력설비는 크게 다음과 같이 분류됩니다.

1.1. 용도별 분류

주 전원설비: 건축물 전체에 전력을 공급하는 설비입니다. 변압기, 고압 및 저압 차단기, 배전반 등이 포함됩니다.
간선설비: 주 전원설비로부터 각 부하 그룹까지 전력을 공급하는 설비입니다. 케이블, 도관, 차단기, 스위치 등이 포함됩니다.
부하설비: 전동기, 조명, 난방, 냉방 등 실제 부하에 전력을 공급하는 설비입니다. 전동기, 조명기구, 히터, 쿨러 등이 포함됩니다.
제어반: 동력설비의 작동을 제어하고 감시하는 설비입니다. 계전기, 계량기, 제어기, 표시기 등이 포함됩니다.

2. 설계 순서

건축물의 동력설비 설계는 일반적으로 다음과 같은 순서로 진행됩니다.

2.1. 기본 설계

건축물의 용도, 규모, 부하 특성 등을 분석합니다.
적합한 전압, 주파수, 시스템 구성을 선정합니다.
주요 기기의 용량과 배치를 결정합니다.

2.2. 상세 설계

주 전원설비, 간선설비, 부하설비, 제어반 등 각 시스템의 상세 설계를 수행합니다.
설비 배치도, 계기 도면, 단선도, 기호도 등을 작성합니다.
기기 선정 및 사양서 작성, 허가 및 검사 관련 서류 준비 등을 수행합니다.

2.3. 시공

설계도서를 기반으로 동력설비를 시공합니다.
시공 중 안전에 유의하고, 설계 내용을 엄격하게 준수합니다.
시공 후 시험 및 점검을 수행하여 성능 및 안전성을 확인합니다.

3. 부하 용량 산정 시 고려사항

동력설비의 부하 용량은 다음과 같은 요소들을 고려하여 산정해야 합니다.

사용 기기의 용량: 전동기, 조명기구, 난방기, 냉방기 등 각 기기의 정격 용량을 합산합니다.
동시 사용률: 모든 기기가 동시에 사용되는 것은 아니므로, 동시 사용될 가능성이 있는 기기의 용량을 고려합니다.
사용 시간: 기기가 사용되는 시간을 고려하여 부하 용량을 산정합니다.
향후 확장 계획: 향후 기기 추가 또는 용량 증가 가능성을 고려하여 여유분을 확보합니다.
환경 조건: 주변 온도, 습도, 먼지 등 환경 조건에 따라 부하 용량이 변동될 수 있음을 고려합니다.

4. 참고자료

건축전기설비설계기준
한국전기기술사회 전기설비기술기준
한국산업규격(KS) 관련 전기설비 규격

5. 추가 정보

동력설비 설계는 전문 지식과 경험이 필요

●E06.동기전동기의 원리 및 구조와 기동방법 특징에 대하여 설명하시오

●E07.동기전동기의 토크와 부하각 특성 및 안전운전 범위에 대하여 설명하시오

동기전동기의 토크와 부하각

동기전동기는 회전 자기장과 회전자의 자기장이 동기화되어 회전하는 전동기입니다. 이때, 회전자의 자기장이 고정자의 회전 자기장에 대해 약간 뒤쳐지는 각도를 부하각(δ)이라고 합니다. 부하각은 동기전동기의 토크와 밀접한 관련이 있습니다.

토크: 동기전동기의 토크는 회전자와 고정자 사이의 자기 인력에 의해 발생하며, 부하각이 커질수록 토크도 증가합니다.
부하각: 부하가 증가하면 회전자의 자기장이 더 뒤쳐지게 되어 부하각이 커집니다.

부하각과 토크의 관계는 동기전동기의 V곡선으로 나타낼 수 있습니다. V곡선은 부하각에 따른 토크의 변화를 나타내는 곡선으로, 부하각이 커질수록 토크가 증가하다가 어느 시점부터는 토크가 감소하는 형태를 보입니다.

토크와 부하각 측정 방법

동기전동기의 토크와 부하각을 측정하는 방법은 다음과 같습니다.

토크 측정:
- 토크미터: 동력계를 이용하여 직접 토크를 측정합니다.
- 전류 및 전압 측정: 고정자 전류와 전압을 측정하여 간접적으로 토크를 계산할 수 있습니다.
부하각 측정:
- 특수 계측기: 부하각 측정기를 사용하여 직접 측정합니다.
- 전압과 전류의 위상차: 고정자 전압과 전류의 위상차를 측정하여 부하각을 계산할 수 있습니다.

안전 운전 범위

동기전동기의 안전 운전 범위는 다음과 같은 요소들을 고려하여 결정됩니다.

정격 전압: 동기전동기의 정격 전압을 초과하지 않아야 합니다.
정격 전류: 동기전동기의 정격 전류를 초과하지 않아야 합니다.
정격 주파수: 동기전동기의 정격 주파수에서 운전해야 합니다.
최대 토크: 동기전동기의 최대 토크를 초과하지 않아야 합니다.
최대 부하각: 동기전동기의 최대 부하각을 초과하지 않아야 합니다.
온도 상승: 동기전동기의 온도 상승이 허용 범위를 넘지 않아야 합니다.

안전 운전을 위한 주의 사항

과부하 방지: 동기전동기에 과도한 부하가 걸리지 않도록 주의해야 합니다.
단락 보호: 단락 사고 발생 시 전동기를 보호하기 위한 장치를 설치해야 합니다.
절연 상태 점검: 주기적으로 절연 상태를 점검하여 누전이나 접지 불량을 방지해야 합니다.
냉각 시스템 점검: 냉각 시스템의 정상 작동을 확인하여 과열을 방지해야 합니다.
진동 점검: 이상 진동 발생 시 원인을 파악하고 조치해야 합니다.

💯기출문제 전동기의 기동방식

●H01.단상 유도전동기를 기동방법에 따라 분류하여 설명하시오

분상기동, 반발기동, 반발유도형, 콘덴서기동형, 영구콘덴서기동형, 세이딩코일형, 모노사이클

●H02.유도전동기의 기동방식 및 각 방식별 특징을 설명하시오

○G03.전기설비에서 사용되는 유도전동기의 단자전압이 정격전압보다 낮은 경우 발생하는 현상에 대하여 설명하시오

토크 감소:
- 유도전동기의 토크는 인가 전압의 제곱에 비례합니다. 따라서 전압이 낮아지면 토크가 크게 감소하게 됩니다. 이는 부하를 구동하는 데 어려움을 초래하고, 심한 경우에는 전동기가 정지할 수도 있습니다.
슬립 증가:
- 토크가 감소하면 부하를 유지하기 위해 슬립이 증가합니다. 슬립이 증가하면 전동기의 효율이 감소하고, 동손이 증가하여 발열이 심해질 수 있습니다.
전류 감소:
- 전압이 낮아지면 전류도 감소합니다. 하지만 부하가 일정하다면, 토크를 유지하기 위해 전류는 증가하려는 경향을 보입니다. 이는 전동기의 과열을 유발할 수 있습니다.
출력 감소:
- 토크와 속도가 모두 감소하면 출력은 더욱 크게 감소합니다. 따라서 전동기는 정격 출력을 내지 못하게 됩니다.
기동 성능 저하:
- 기동 시에는 정상 운전 시보다 더 큰 토크가 필요합니다. 전압이 낮으면 기동 토크가 크게 감소하여 기동이 어려워지거나 불가능할 수도 있습니다.
효율 감소:
- 슬립 증가와 동손 증가로 인해 전동기의 효율이 감소합니다.

●G04.단상 유도전동기 원리 및 기동방법

○H05.전동기 기동방식 선정 시 고려사항

전동기 기동 방식 선정 시 고려사항

전동기 기동 방식은 전동기의 종류, 부하의 특성, 전원 공급 조건 등 다양한 요소를 고려하여 결정해야 합니다. 적절한 기동 방식을 선택하지 않으면 전동기나 전력 시스템에 손상을 입힐 수 있으므로 신중하게 고려해야 합니다.

기동 방식 선정 시 고려 사항

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.

○133.3상 유도전동기의 기동방식 중 Y-델타 기동방식과 기동보상기 기동방식의 특징에 대하여 설명하시오(3)

○H06.소방펌프용 3상 농형유도전동기를 Y-델타 방식으로 기동하고자 한다 기동방식이 직입기동방식에 비해서 기동전류 및 기동토크가 1/3감소함에 대해 설명하시오

●H07.단상유도전동기에서 분상전동기의 기동토크를최대로 하기 위한 보조회로의 저항을 구하시오(단, 주권선의 임피던스는 이다)

●H08.3상유도전동기에 대하여 다음의 내용을 설명하시오

1)기동방식선정시고려사항
2)농형유도전동기 기동법
3)와이델타기동법적용시 비상전원겸용 전기저당장치에 미치는 영향및 대책

💯기출문제 전동기의 속도제어방식

●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.

💯기출문제전동기의 제동법과 역전법

●01 3상유도전동기의 특징, 가동 및 제어방법을 설명하시오

○02 건축물의 동력설비로 사용되는 전동기의 제동방법 중 전기적 제동의 종류와 특징에 대하여 설명하시오

○03 동력설비를 사용하는 3상 유도전동기를 신속하게 정지시킬 때나 속도를 이렂속도로 제한하기 위한 전기적 제동방법에 대하여 설명하시오

●04 전동기의 제동방법에 대하여 종류를 들고 설명하시오

💯기출문제기타

○01 전기기기에 있어서 절연등금에 대하여 설명하시오

●02 건축물에 시설하는 전동기의 효율적 운용 방안 및 제어 방식에 대하여 설명하시오

○03 전동기에서 과부하율의 의미를 설명하고 고부하율이 1.0과 1.15의 차이점을 설명하시오

●04모터의 보호를

보터기동특성
열적보호
정지회전자 보호
단락보호
등의 입장에서 설명하고 TCC곡선을 그려서 설명하시오

●05전압불평형이 유도전동기에 미치는 영향에 대하여 설명하시오

●06저압 유도전동기의 보호방식 및 보호방식 선정 시 고려사항

●07 전동기 정격(정의, 선정시 고려사항, 명판 표시하는 정격사항, 정격의 종류)

○08 유도전동기의 명판에 표시된 전압볻 인가전압이 10% 90%일때의 전동기 기동토크, 기동전류, 슬립, 온도상승에 대하여 설명하시오

●09 3상 유도전동기 결상 시 역상전류가 흐르는 것을 증명하고, 졀상과 역사의 원인 및 영향과유도전동기의 보호방식에 대하여 설명하시오

●10 전동기의 보호방식 및 보호방식에 대하여 설명하시요

🌐V1007T24