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유도전동기 기동법 종류

학습 정보

과목 전기기기 · 유형 암기 · 난이도 중급 · 숙련도 미학습

유도전동기는 기동하는 순간 슬립이 1이다. 회전자가 정지해 있으니 자기장과의 상대속도가 최대이고, 그만큼 큰 기전력이 유도되어 정격의 5~7배에 이르는 기동전류가 흐른다. 이 전류가 전원 계통에 전압강하를 일으키고 전동기 자신도 과열시킨다. 기동법은 이 전류를 어떻게 줄이느냐의 문제다.

여기서 딜레마가 하나 있다. 전류를 줄이려고 전압을 낮추면 토크는 전압의 제곱으로 줄어든다. 기동전류와 기동토크를 동시에 만족시키기 어렵기 때문에 용량과 부하에 맞춰 방법을 고른다.

농형 유도전동기

회전자가 막혀 있어 외부에서 손댈 수 없다. 그래서 고정자에 걸리는 전압을 낮추는 방법뿐이다.

기동법 적용 용량 원리 기동전류
전전압(직입) 기동 5.5 kW 이하 정격전압을 그대로 투입 정격의 5~7배
Y-Δ 기동 5.5 ~ 15 kW 기동은 Y, 가속 후 Δ 로 전환 직입의 1/3
리액터 기동 15 kW 초과 직렬 리액터로 전압강하 탭으로 조절
기동보상기법 15 kW 초과 단권변압기로 전압을 낮춤 탭으로 조절

Y-Δ 기동이 왜 1/3인가

Y결선에서 각 상에 걸리는 전압은 선간전압의 \(1/\sqrt{3}\) 이다.

\[ V_{\text{상}} = \frac{V_{\text{선간}}}{\sqrt{3}} \]

전류는 전압에 비례하고, 토크는 전압의 제곱에 비례한다. 그런데 Δ결선과 비교하면 상전압이 \(1/\sqrt{3}\) 이 되므로

\[ \text{기동전류} = \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)^2 = \frac{1}{3}, \qquad \text{기동토크} = \frac{1}{3} \]

둘 다 1/3이 된다. 전류만 줄고 토크는 그대로인 것이 아니다. 기동토크도 1/3로 줄기 때문에, 무거운 부하를 달고는 기동하지 못할 수 있다.

권선형 유도전동기

회전자 권선을 슬립링으로 밖에 꺼낼 수 있어, 2차 저항을 직접 조절할 수 있다.

  • 2차 저항 기동법: 비례추이($r_2/s_m =$ 일정)를 이용해 최대토크가 나타나는 슬립을 기동 쪽(\(s=1\))으로 옮긴다. 기동전류는 줄면서 기동토크는 오히려 커진다. 농형이 못 하는 일이다.
  • 2차 여자법: 2차 회로에 별도의 전압을 걸어 속도를 제어한다. 기동보다는 운전 중 속도제어에 쓴다.

무거운 부하를 큰 토크로 기동해야 하는 곳(크레인, 권상기 등)에 권선형을 쓰는 이유가 여기 있다.

계산 예제

예제 1 — Y-Δ 기동의 기동전류

직입 기동 시 기동전류가 정격의 6배인 전동기를 Y-Δ 로 기동하면?

\[ 6 \times \frac{1}{3} = 2\;\text{배} \]

예제 2 — 그때 기동토크는

같은 전동기의 기동토크가 직입 시 정격토크의 1.5배였다면 Y-Δ 기동 시에는?

\[ 1.5 \times \frac{1}{3} = 0.5\;\text{배} \]

정격토크의 절반밖에 안 된다. 부하가 정격토크의 60% 를 요구한다면 이 방법으로는 기동하지 못한다. 전류만 보고 기동법을 고르면 안 되는 이유다.

예제 3 — 권선형의 2차 저항 기동

2차 저항이 \(r_2\) 일 때 최대토크가 슬립 0.25 에서 나타난다. 기동하는 순간 최대토크를 내려면?

\[ \frac{r_2}{0.25} = \frac{r_2'}{1} \quad\Rightarrow\quad r_2' = 4r_2 \]

외부 저항을 붙여 2차 저항을 4배로 만들면 된다. 기동이 끝나면 저항을 단계적으로 줄여 정상 운전점으로 옮긴다.

학습노트

(여기에 본인 언어로 이해한 내용을 정리)