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유도전동기의 기동방식✶ (X)
단상유도전동기의 기동⁕
유도전동기의 기동방식 선정 시 고려사항
1)전압변동의 허용치에 대한 시동 시 전압강하 확인
- 전동기 단자에 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 확인하여야 한다
- 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 선정한다
유도전동기의 기동 특성
1) 전전압 기동시 정격전류의 5~8배 크기의 큰 기동전류가 수초 정도 흐른다.
2) 기동전류에 의한 전동기의 열적, 기계적 소손을 막기 위한 기동을 수행한다.
3) 감전압 기동의 경우 토크 저감되는 문제가 있다
4) 감전압 기동특성 곡선
5) 기동전류를 줄이면서도 기동토크를 확보하는 것이 중요하다.
농형 유도전동기 기동
1) 전전압 기동(직입 기동)
소형 전동기(5[kW] 이하) 농형유도전동기에 정격전압을 인가하면 정격전류의 5~8배 수준의 기동전류가 흐르며 기동한다. 관성이 작아서 기동시간이 짧다.
2) Y-△ 기동
기동시에 기동전류를 1/3수준으로 낮추기 위하여 Y결선으로 기동하고, 정격속도에 다다르면 △결선으로 전환하여 전전압을 인가하는 기동방식으로 5~15[kW] 용량의 전동기에 적용한다.
Y결선으로 기동하면 인가 전압이 1/1.73배 저감, 전류 1/3배 저감, 토크 1/3 저감되며, MODE 절환시(Y결선 ->△결선)에 과도전압 발생하는 문제가 있다.
3) 리액터 기동
15kW 이상의 대용량 농형 유도전동기에 적용하는 방식으로 전동기 단자 사이에 리액터를 삽입해서 기동하고, 기동 완료 후 리액터를 단락한다. 기동시 MC-1 스위치를 닫으면 리액터가 전동기 회로와 직렬로 접속되어 기동전류가 제한된다. 일반적으로 전전압의 50%, 65%, 80% 인가되도록 탭 설정한다.
4) 기동 보상기 기동 -> 콘돌퍼 기동방식
15kW 이상의 대용량에서 Y-△기동법은 기동시간이 오래 걸리므로 유도전동기의 소손의 가능성이 있다. 단권변압기를 사용하여 인가전압을 조정하는 방식이다.
| MC-2 | MC-3 | MC-1 | 비고 | |
|---|---|---|---|---|
| Step 1 | ON | ON | OFF | 기동보상기 동작(감전압) |
| Step 2 | ON | OFF | OFF | 리액터 동작 |
| Step 3 | OFF | OFF | ON | 전전압 운전 MC-1선행 투입 후 MC-2개방(과도전류 방지) |
이 방법은 기동시에 낮은 전압을 인가하고 운전영역에서는 단권변압기를 개방하여 전전압을 인가한다. 유도전동기의 전압기동을 위해서 이용되는 변압기를 기동보상기라고 한다. 특히 모드 절환시(기동보상기 모드 -> 전전압 모드) 과도전압이 발생되지 않도록 MC-3 스위치를 채용한 것을 “콘돌퍼 기동방식”이라고 부른다. 일반적으로 전전압의 50%, 65%, 80% 인가되도록 탭 설정한다.
권선형 유도전동기
1) 2차 저항기동(비례추이 원리 적용)
유도전동기의 비례추이 원리를 적용하여 외부 가변저항을 슬립링을 통하여 회전자 권선과 직렬로 삽입하여 가변저항을 제어함으로써 기동할 경우에는 저항을 순차적으로 증가시켜 기동토크를 크게 하고, 회전자 속도가 상승하면 저항을 다시 순차적으로 저감시켜서 속도를 증가시키는 방식의 제어를 말한다.
2) 2차 임피던스기동
원리적으로 비례추이 원리와 동일하며, 회전자회로에 고정저항과 리액터를 병렬하여 접속한 방식이다. 슬립특성에 의해서 리액터의 리액턴스(2πsfL)의 가변특성에 따라서 정지시와 같이 슬립이 큰 범위에서는 리액턴스가 커서 대부분 전류는 저항으로 대부분 통전되고 회전자 속도가 정격속도 부근로 가면 리액턴스(2πsfL)가 매우 낮아져서 거의 단락과 같은 상태가 되어 저항이 줄어든 것과 같은 특성을 나타낸다. MC를 이용해서 별도의 단락회로를 구성할 필요가 없다.
특수 농형 유도전동기
이중농형과 심구형은 농형방식의 유도전동기로서 기동시에는 기동토크를 크게하여 기동특성을 개선하고 정상운전 범위에서는 효율을 높이는 방식으로 농형회전자를 구성한 것이다. 농형회전자 권선의 배치를 조정하여 기동시에는 등가 회전자 저항값이 크고, 정상운전 범위에서는 등가 회전자 저항값이 낮게 되도록 하여 회전속도를 증가시켜 슬립을 낮게하여 효율[η=(1-s)]을 높인다.
1) 이중농형 유도전동기
누설자속 측면에서 보면 외부도체보다 내부도체가 크다. 회전자 전류에 의한 자속은 공극 큰 자기저항과 철심의 낮은 자기저항으로 인해서 회전자 중심부로 갈수록 자속밀도가 크다. 그러므로 외측보다 내측의 누설리액턴스가 보다 증가하기 때문에 기동시에 슬립이 크므로 누설리액턴스[2π(sf)L]의 증가로 대부분의 전류가 외부도체로만 흘러서 실효저항이 큰 상태가 된다. 정격속도에 가깝게 운전하면 슬립이 매우 작아지므로 누설리액턴스[2π(sf)L] 값이 매우 작아지므로 저항이 작은 내부도체로 전류가 대부분 흐른다.
회전자 누설자속은 고정자 권선에 쇄교하지 못하고 회전자 도체 또는 코일에만 쇄교하는 자속을 말한다. 이 누설자속은 회전자 누설리액턴스[X2=2π(sf)L]이 된다.
2) 심구형 유도전동기
기동시에는 하부의 누설리액턴스가 증가하므로 상부에 집중하여 전류가 흐르기 때문에 실효저항이 증가하며, 정격에 가까운 속도가 되면 누설리액턴스가 감소되어 전체 면적에 거의 균일하게 흘러서 실효저항이 저감되는 효과가 나타난다. 여기에 주파수 특성이 작용하는 표피효과도 기인한다. 운전시 실효저항은 기동시의 값 보다 약 1/4정도 감소되도록 설계한다.
★유도전동기
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