전기기기 3강. 유도기
추천글 : 【전기산업기사】 전기기기 목차
1. 유도 전동기의 원리 [본문]
2. 유도 전동기의 구조 [본문]
3. 유도 전동기의 이론 [본문]
4. 헤일랜드 원선도 [본문]
5. 유도 전동기의 기동 및 제동 [본문]
6. 유도 전동기의 속도제어 [본문]
7. 유도 전압 조정기 [본문]
8. 3상 유도 전동기의 시험 [본문]
9. 특수 유도기 [본문]
10. 단상 유도 전동기 [본문]
1. 유도 전동기의 원리 [목차]
⑴ 도체는 자극의 회전방향을 추종하여 회전하게 됨
⑵ 자극을 회전시키면 자극과 도체간의 미끄러짐으로 인해 상대각속도가 생기고 자극, 도체 모두에 전압 유도
① 자극의 유기전압을 1차 전압, 도체의 유기전압을 2차 전압이라 함
② 주파수 f는 1차 전압의 주파수를 지칭
2. 유도 전동기의 구조 [목차]
⑴ 회전자
① 시동 중의 이상현상을 개선하기 위하여 스큐(Skew) 슬롯 채택
② 스큐는 일반적으로 1 슬롯만큼 경사지게 함
⑵ 고정자
3. 유도 전동기의 이론 [목차]
⑴ 동기 속도 ns = 2f / p (rps)
⑵ 슬립(slip) s
① '슬립'은 '미끄러진다'는 의미로 물리적으로 기계의 마찰계수와 관련
② 유도 전동기의 슬립 : 0 < s < 1
③ 유도 제동기의 슬립 : s > 1
④ 유도 발전기(비동기 발전기)의 슬립 : s < 0
⑤ 정지상태 : s = 1, N = 0
⑥ 동기상태 : s = 0, N = Ns
⑦ 슬립 링이 필요한 유도전동기 : 권선형
① Kw : 권선 계수, W : 1상 권수, Φ : 자속, f : 주파수
② 1차 유도 기전력 E1 = 4.44 Kw1W1fΦ
③ 2차 유도 기전력 E2 = 4.44 Kw2W2fΦ
④ 1차, 2차 권수비 a
⑤ 1차 전류 I1
○ 1차 전류 I1
○ 1차 역률 cos θ1
⑷ 전동기가 슬립 s로 회전하고 있는 경우
① 유기 기전력은 자속의 변화율과 관계되므로 상대속도 개념을 써야 한다.
② 상대속도 = Ns - N = sNs
③ 2차 주파수 f' = sf
④ 2차 유도기전력 E2'
⑤ 전압비 E1 / E2'
⑥ 2차 전류 I2
○ 2차 전류 I2
○ 2차 역률 cos θ2
⑸ 전력
① 2차 입력 P2
○ P0 : 기계적 출력
○ Pc2 : 2차 저항손
○ Pm : 기계손
○ 기계적 출력 및 기계손은 자극과 도체의 상대각속도로 인한 토크 일
② 2차 저항손 Pc2
③ 기계적 출력 P0
④ 2차 효율 η2 = 1 - ( 2차 저항손 / 2차 입력 )
⑹ 토크
① 수식화
○ 토크와 대응되는 회전수는 절대속도를 쓰는 게 맞기 때문에 n = (1 - s) ns이다.
② 동기와트 : 2차 입력을 토크와 동기속도로 표시한 것
③ 토크 부등식
○ 위 식은 산술-기하평균 부등식으로부터 얻어진다.
○ T ∝ V2, Φ ∝ V, I ∝ V이므로 T ∝ Φ2, T ∝ I2이 성립
○ 최대 토크 시 슬립 sm
○ 3상 유도 전동기 : 2차 저항 r2를 바꾸면 최대 토크 불변
○ 단상 유도 전동기 : 2차 저항 r2를 바꿔도 최대 토크 변화
○ 위 계산이 3상 유도 전동기를 기준으로 함
⑺ (필기 빈출) 비례추이
① 2차 회로 저항의 크기를 조절함으로써 그 크기를 제어할 수 있는 요소
② 에너지 보존법칙
③ 1차 근사
④ 2차 근사
⑤ 결론 : sE22 / r2 ≃ constant
⑥ 2차 저항 r2와 슬립 s와의 관계
⑦ 공급전압 V와 슬립 S와의 관계
⑧ 비례추이를 할 수 있는 것
○토크 τ
○ 1차 전류 I1
○ 2차 전류 I2
○ 역률 cosθ
○ 1차 입력 P1
⑨ 비례추이를 할 수 없는 것
○ 출력 P0
○ 효율 η
○ 2차 동손 Pc2
○ (주석) 비례추이를 할 수 없는 것은 출력이나 효율과 관련 있음
⑻ 최대 출력
① 유도 전동기의 등가회로 및 변환
○ 유도 전동기의 간이등가회로
○ 기계적 출력을 대표하는 부하 저항
○ 출력 P
○ 1차, 2차 환산
○ 2차 전압의 1차 환산 E2"
○ 2차 전류의 1차 환산 I2"
○ 2차 임피던스의 1차 환산 Z2"
○ 여자 임피던스 g0
② 최대 출력 Pm
③ 기동시 최대 토크를 발생시키기 위하여 삽입하여야 하는 저항의 크기 : 비례추이를 이용
④ 최대 출력시 슬립 sp
○ sm : 최대 토크시 슬립
4. 헤일랜드 원선도(Heyland Circle Diagram) [목차]
⑴ 원선도의 지름은 전압에 비례하고 리액턴스에 반비례
⑵ 원선도 작성시 필요 시험 : 저항 측정, 무부하시험, 구속시험
5. 유도 전동기의 기동 및 제동 [목차]
⑴ 농형 유도 전동기의 기동법 : 기동토크 Ts는 전압의 제곱에 비례
① 전전압 기동(직입 기동)
○ 기동 방법 : 기동 장치를 따로 사용하지 않고 직접 정격 전압을 인가
○ 기동 전류 : 부하 전류의 5 ~ 6배
○ 적용 용량 : 5 kW 이하
② Y-Δ 기동
○ 기동 방법 : 고정자 권선을 Y접속으로 하여 기동하고 정격 속도에 가까워지면 Δ 접속으로 교체
○ 기동 전류 : Δ 결선으로 기동할 때의 1/3배
○ 기동 토크 : 전전압 기동시의 1/3배
○ 적용 용량 : 5 kW 이상 ~ 15 kW 이하
③ 기동 보상기 기동
○ 기동 방법 : 3상 단권 변압기로 정격 전압의 50 ~ 80 %의 전압에서 시동, 정격 속도에 가까워지면 스위치로 단권변압기를 분리하고 전전압 인가
○ 기동 전류 : 단권 변압기로 공급 전압을 낮추어 기동 전류를 정격 전류의 100 ~ 150 %로 제한
○ 적용 용량 : 15 kW 이상에 사용
④ 리액터 기동
○ 기동 방법 : 전원과 전동기 사이에 직렬 리액터를 삽입하여 시동하고 일정 시간 후 리액터를 단락
○ 일반적으로 리액터의 크기는 전동기 단자 전압이 정격 전압의 50 ~ 80 %가 되는 값을 선택
⑵ 권선형 유도 전동기의 기동법 : 2차 저항법 (비례 추이의 원리)
⑶ (실기 빈출) 유도 전동기를 운전할 수 있는 자가 발전기의 최소 용량
① 단순 부하의 경우
○ P : 발전기의 출력
○ ΣWL : 부하 입력 총계
○ L : 부하 수용률. 비상용일 경우 1.0
○ cos θ : 발전기 역률. 통상 0.8 정도의 값을 가짐
② 기동 용량이 큰 부하가 있을 경우 : 전동기 시동에 대처하는 용량
○ P ≥ ( 1 / 허용 전압 강하 - 1 ) × 기동 용량 × Xd × 여유율
○ 단, P : 발전기 정격 출력, Xd : 발전기의 과도 리액턴스, 0.25 ~ 0.30, 허용 전압 강하 : 0.2 ~ 0.3
③ 단순 부하와 기동 용량이 큰 부하가 있을 경우
○ ΣWo : 기운전 중인 부하의 합계
○ QL,max : 시동 돌입 부하
○ cos θGL : 최대 시동 돌입 부하 시동시 역률
○ K : 원동기 기관의 과부하 내량
○ cos θG : 발전기 역률
⑷ 이상기동현상
① 차동기 운전(크로우링 현상)
② 고조파의 회전자계 방향 및 속도
③ 게르게스 현상 : 3상 권선형 유도 전동기의 2차 회로가 한 개 단선된 경우 2차 회로에 단상 전류가 흐르므로 부하가 약간 무거운 정도에서는 s = 50 %인 곳에서 더 이상 가속하지 않는 현상
⑸ 유도 전동기의 제동법
① 전기적 제동 : 회생 제동, 발전 제동, 역전 제동, 단상 제동
② 기계적 제동
6. 유도 전동기의 속도제어 [목차]
⑴ 극수 변환법
⑵ 주파수 변환법 : 자속을 일정하게 유지하기 위하여 V1/f를 일정하게 함
○ 선박추진기, 포트모터 등에 사용
⑶ 전원 전압 제어법
⑷ 저항 제어법 : 권선형 유도 전동기에서만 사용, 비례추이 응용
⑸ 2차 여자법 : 2차 주파수 sf와 같은 주파수의 전압을 공급하여 s를 변화시키는 방식
① Ec를 2차 기전력과 반대 방향으로 인가
② Ec를 2차 기전력과 같은 방향으로 인가
⑹ 종속 접속법
① 직렬 종속법
○ N : 직렬 종속으로 운전하는 경우의 속도
○ p1 : M1의 극수
○ p2 : M2의 극수
② 차동 종속법
○ N : 차동 종속으로 운전하는 경우의 속도
○ p1 : M1의 극수
○ p2 : M2의 극수
③ 병렬 종속법
○ N : 병렬 종속으로 운전하는 경우의 속도
○ p1 : M1의 극수
○ p2 : M2의 극수
7. 유도 전압 조정기 [목차]
⑴ 단상 유도 전압 조정기
① 원리
② 단락권선 : 직렬권선의 누설 리액턴스를 감소시켜 전압강하 감소
③ 정격출력
④ 교번자계 형성
○ 팁. 단상이라 (+), (-)가 교번하는 느낌으로 이해
⑤ 입력 전압과 출력 전압 사이에 위상차가 없음
⑵ 3상 유도 전압 조정기
① 원리
② 단락권선 : 단상 유도 전압 조정기와 같은 단락권선을 필요로 하지 않음
③ 정격출력
④ 회전자계 형성
○ 팁. 3상이라 회전하는 느낌으로 이해
8. 3상 유도 전동기의 시험 [목차]
⑴ 부하시험 : 손실을 알고 있는 직류 발전기를 사용하는 방법
① 예 : 전기동력계법, 프로니브레이크법
⑵ 슬립의 측정 : 회전계법, 직류 밀리볼트계법, 수화기법, 스트로보스코프
9. 특수 유도기 [목차]
⑴ 2중 농형 유도기 : 회전자의 농형권선을 이중으로 설치한 것
⑵ 디이프슬롯 농형 유도 전동기
⑶ 유도 발전기
① 장점 : 가격↓, 고장↓, 동기화 ×, 단락전류 ↓
② 단점 : 효율↓, 역률↓
⑷ 유도 주파수 변환기
⑸ 셀신장치(지시용 싱크로)
⑹ 리니어 모터
⑺ 스텝 모터
10. 단상 유도 전동기 [목차]
⑴ 분상 기동형
⑵ 반발 기동형
⑶ 반발 유도형
⑷ 셰이딩(세이딩) 코일형
⑸ 모노사이클릭 기동형
⑹ 기동토크의 비교 : 반발 기동형 ＞ 콘덴서 기동형 ＞ 분상 기동형 ＞ 셰이딩 코일형(세이딩 코일형)
입력: 2018.02.19 08:23
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