1

143P

143P

유도기(induction machines)란-. 전자기적 슬립 커플링을 포함하는 회전기기-. 유도전동기, 유도발전기, 유도주파수 변환기, 유도상변환기

4.1 개 요

유도전동기용량 수분의 1마력부터 100 000마력 까지-. 용량 : 수분의 1마력부터 100,000마력 까지

-. 견고하고 가격이 싸며, 유지보수가 용이-. 용도: 모든전동기 응용분야(매우 큰 토크, 매우 정밀한 속도제어를 제외한)-. Nikola Tesla에 의해 1888년 발명-. 회전부위에 결선이 필요 없고, 정지부위로부터 회전부위로 전자기적으로 에너지를 전달-. Stator에서 만들어지는 회전자계가 Rotor에 교번기전력과 전류를 유기-. 유기된 회전자(Rotor) 전류가 고정자(Stator)권선의 회전자계와 상호작용에 의해-. 전동기의 토크를 발생한다.-. 토크-속도 특성은 회전자의 저항과 리액턴스 비율을 달리하여 다른 토크-속도 특성을

얻을 수 있다.

2

146P4.4 유도전동기의 구조

148P

3

148P

149P

4

146P고정자 철심

-. 얇은 규소강판을 성층(각판들은 산화물, 바니스로 코팅하여 절연)규소강을 자성체내의 히스테리시스 손실을 최소화

-. 철심의 슬롯(Slot : 도체 홈)안에는 절연 된 코일이 중첩되어 설치

고정자 권선(코일)-. 중첩된 코일이 직렬 또는 병렬로 접속되어 권선군(phase group)을 형성하고-. 권선군이 와이 또는 델타로 결선-. 전압과 전류의 요구조건에 따라 결선 방식은 정해진다.

회전자-. 농형과 권선형의 두가지-. 중첩된 코일이 직렬 또는 병렬로 접속되어 권선군(phase group)을 형성하고-. 작은 농형 회전자의 경우 : 알루미늄을 주조하여 단락환(end ring)과 송풍날개( g)-. 큰 농형 회전자의 경우 : 동막대와 동의 단락환을 용접하여 다람쥐 쳇바퀴 형태-. 철심과 도체 사이에는 절연물이 없으며, 회전자에 유기되는 전류는 도체와 단락환으로

구성되는 회로에 국한하여 흐른다.-. 사구(skewing) : 회전자 도체(slot)를 비스듬하게 하는 것

동기속도 아래의 속도에서 회전하는 크롤링(crawling)을 방지하고, 진동을 억제하는 효과가 있다.

147P권선형 유도전동기의 회전자 회로

-. 절연된 코일이 도체의 홈에 설치되고 와이결선으로 접속된다.

-. 회전자회로는 슬립링과 흑연 브러시, 그리고 와이 결선 된 가감저항기를 통해

폐회로를 구성하게 된다.

-. 3상 가감저항기는 와이결선된 세개의 저항기로 구성되며 세 가감저항기를 동시에 조절

-. 저항기를 단락하면, 농형회전자와 유사한 상태가 된다.. 저항기를 단락하면, 농형회전자와 유사한 상태가 된다.

-. 권선형은 기동토크와 회전속도를 조절하는데 사용한다.

유도전동기의 에너지 전달

-. 고정자에서 회전자로 에너지전달은

농형, 권선형 동일하게 전자기유도에 의하여 이루어지며,

변압기와 비슷한 방식으로 이루어진다. 이러한 이유로 고정자를 1차측으로,

회전자를 2차측으로 간주하게 된다.

-. 에너지의 전달은 공극(air gap)을 통해 전달되므로, 자기저항을 최소화하기 위해

매우 작게 만들어진다.

5

150P유도전동기의 고정자 코일

-. 고정자의 각각의 코일은 고정자 표면에서 극간격(pole pitch)과 같거나

약간 작은 범위에 걸쳐져 있도록 설치

-. 극간격이란 : 고정자 둘레를 고정자 극수로 나눈 값으로서 고정자 슬롯의 개수나

고정자원호의 각도로 표현된다.

-. 예를 들어

극 정자안의 각각의 일은 둘레의 과 같거나 약간 작은 범위에 걸쳐져4극 고정자안의 각각의 코일은 둘레의 ¼과 같거나 약간 작은 범위에 걸쳐져

놓인다.

-. 전절권(full-pitch winding) : 코일의 스팬(코일피치(coil pitch)이라 부르기도 함)이

극간격과 같은 경우

-. 단절권(fractional-pitch winding) : 코일피치가 극간격보다 작은경우

분수절권이라고도 한다.

150P-. 그림은 전절권의 4극과 8극의 고정자권선에서 코일의 스팬을 나타낸다.-. 세 개의 검은 원호는 세 상에 해당하는 세 코일을 단부에서 바라본 모습니다.

각도는 기계적 각도이다.

6

144P

기본적인 3상 2극 유도전동기-. 고정자는 세개의 120˚ 씩 떨어진 세 개의 “자심”으로 이루어진다.-. 자심에 감겨진 세 개의 코일은 와이로 결선되어 있고 3상 계통으로부터 에너지를

공급받는다.-. 회전자는 성층된 철심과 도체들로 이루어지고, 도체의 양단은 둥글게 연결되어

4.2 유도전동기 동작

다람쥐 쳇바퀴 모양을 이룬다.이를 농형(squirrel-cage)회전자라 부른다.

-. 고정자권선이 3상전원에 연결되면 세 코일의 전류는 서로 다른 시점에 최대치에도달한다.

-. 이들 세 전류는 서로 120 ˚의 전기각 만큼씩 떨어져 있기 때문에 이들 각각에 의해생성되는 자속 역시 120 ˚씩 위상차를 갖게 된다.

144P

7

144P

145P회전자속

-. 고정자 자속이 서로 다른 시점에서 회전자를 관통하는 방향을 나타낸다.

예 ;-. 0˚에서

A상은 강한 N극이 되고 B상과 C상은 좀더 약한 S극이 되며-. 60˚에서

C상은 강한 S극이 되고 A상과 B상은 좀더 약한 N극이 되며-. 120˚에서

B상은 강한 N극이 되고 A상과 C상은 좀더 약한 S극이 된다.

회전자 안의 큰 화살표는 매 순간의 합성자속의 방향을 나타낸다.합성자속벡터가 가리키는 서로 다른 방향들은 자속이 반시계방향으로 회전하고 있다.각각의 코일에 의해 발생되는 자속은 교번하는 자속이지만세 개의 엇갈린 코일에 흐르는 순차적 위상의 전류에 의한 합성자속은 2극의 회전자속을만들어낸다.유도전동기의 동작이 일어나는 것은 교번자속이 아니라 회전자속이다.

8

145P고정자권선에 3상 교류에 의해 형성되는 회전자계(회전자속)

-. 회전자 주위를 도는 자석에 의해 만들어지는 회전자계와 같다.-. 회전자계는 반시계방향으로 회전하면서

회전자의 도체를 “끊고 지나간다.”-. 회전자계의 회전속도를 동기속도(synchronous speed)라 한다.

145P회전자계(회전자속)와 회전자도체의 관계

-. 회전자도체에는 렌쯔의 법칙에 의해회전자속의 상대적인 움직임에 방해하는 방향으로 전압, 전류, 자속이 발생한다.

-. 렌쯔의 법칙을 만족하기 위하여도체에는 회전하는 자속과 같은 방향(반시계방향)으로 돌고자하는 힘을 발생한다.

-. 이를 만족하기 위하여 도체의 오른쪽에 자속집중(flux bunching)이 있어야 한다.-. 오른나사의 법칙을 만족하는 전류발생

9

회전자계의 다른 해석

10

11

146P

유도전동기의 회전방향은-. 고정자 자속이 회전하는 방향과 같다. 인가된 전원의 상회전 순서와 동일-. 전동기에 연결된 세단자중 임의의 두개를 서로 바꾸면 상순이 바뀌고

전동기의 회전방향도 바뀐다.

4.3 회전방향의 반전

12

151P

동기속도란 : 자속이 회전하는 속도-. 전원의 주파수에 비례하고, 극수에 반비례(극수는 쌍을 이룬다.)

4.5 동기속도

151P회전자속의 속도와 고정자 극수와의 관계

-. 서로 다른 극수를 갖는 전동기에서 자속이 지나가는원호의 기계각(mechanical degree)를 비교하면, 4극 전동기에서 회전하는 각도는8극 전동기의 두배가 된다.

13

151P회전자속의 속도와 주파수와의 관계

-. 전원의 주파수를 증가시키면 고정자권선의 회전자속의 속도도 증가한다.

유도전동기의 동기속도의 변화-. 고정자의 극수를 바꾸거나- 주파수를 바꾼다 (frequency convert) 또는 극수와 주파수를 함께 바꾸는 방법이 있다. 주파수를 바꾼다.(frequency convert) 또는 극수와 주파수를 함께 바꾸는 방법이 있다.

151P

14

152P4.6 다중속도 일정주파수 극수변환 전동기가변극 전동기(consequent-pole motor)

-. 극수의 변화은 각각의 속도에 대응하는 별도의 권선을 사용하거나-. 전동기에서 권선을 재결선하므로써 가능하다.-. 두개의 별도권선의 경우 : 2중속도 2권선전동기(two-speed two-winding motor)- 세개의 별도권선의 경우 : 3중속도 3권선전동기(three-speed three-winding motor). 세개의 별도권선의 경우 : 3중속도 3권선전동기(three speed three winding motor)

2극, 4극, 6극으로 결선하였을 때 동기속도는 60㎐에서 3600, 1800, 1200 r/min이 된다.

152P

슬립속도 (slip speed):-. 회전자계의 속도와 회전자속도와의 차이

슬립 (slip):-. 동기속도에 대한 슬립속도의 비-. (4-3)식을 단위슬립(per-unit slip)이라 한다.

4.7 슬립 및 슬립이 회전자의 주파수, 전압에 미치는 영향

( ) (p p)-. 슬립은 전원에 변화가 없다면, 회전자축에 접속된 기계적부하에 영향을 받는다.-. 축의 부하를 증가시키면 회전자의 속도가 느려지고 슬립은 증가한다.

15

152P슬립 (slip):

-. 만일 회전자를 돌지 못하게 구속하면 nr = 0 이므로 s = 1이 된다.-. 브레이크를 풀어주면 회전자는 가속하고, 슬립은 감소하며

모든 기계적부하가 제거된 상태에서는 슬립이 0에 근접하게 된다.-. 축에 부하가 없고, 풍손과 마찰손이 충분히 작다면

회전자와 회전자속의 상대속도가 매우 작아지게 되므로회전자는 최소의 자기저항을 갖는 축을 따라 회전하게 된다회전자는 최소의 자기저항을 갖는 축을 따라 회전하게 된다.

-. 이런 상태에 도달하면회전자가 고정자의 회전자속과 동기되어 슬립이 0이 되면서유도전동기의 토크가 발생하지 않게 되고 마치 릴럭턴스 동기전동기와 같이 동작한다.

-. 축에 작은 부하를 인가하면 동기화상태에서 이탈하고 유도전동기의 동작으로 전환

153P슬립(slip)과 회전자주파수:

-. 회전자계에 의해 회전자루프에 유기되는 전압의 주파수는

16

154P회전자가 돌지 못하게 구속되어 있다면 s = 1이 되고

fBR : 구속된 회전자 발생 전압의 주파수

회전자주파수를 슬립과 구속시 회전자주파수를 사용하여 표현하면

구속회전자(blocked rotor 또는 locked rotor) 상태에서는회전자와 고정자간에 상대적인 움직임이 없으므로 슬립은 0이고회전자에서 발생하는 주파수는 인가된 전압의 주파수와 동일하다

154P슬립과 회전자전압

-. 회전자루프(두 개의 회전자도체와 단부결선)는 회전하는 고정자자속이 지나감에 따라식 (1-25)에서

구속상태에서는 s = 1이므로 EBR : 구속회전자전압

식 (4-11)을 식 (4-10)에 대입하면

회전자루프에 유기되는 전압은회전자루프에 유기되는 전압은어떤 속도에서나 구속회전자전압과 슬립을 이용하여 나타낼 수 있다.

17

155P

155P4.8 유도전동기 회전자의 등가회로

유도전동기 회전자 한상을 나타내는 등가회로 모델로 취급하고 해석이 가능하다.-. 3상 전동기에서 발생하는 동력과 토크는 한 상에서 만들어지는 것의 세배이다.-. 가정 : 고정자는 일정한 크기와 속도의 회전자계를 생성하면서 철손과 동손,

전압강하도 없는 이상적인 동작을 하는것으로-. 회전자 : 저항과 리액턴스로 이루어지고 유기된 회전자전압 Er이 인가되는 전기적으로

독립된 폐회로로 표현한다.회전자전압은 고정자의 회전자속에 의해 fr의 주파수로 유기된다.

-. 그림은 권선형회전자의 한상을 나타낸다.-. 농형 회전자의 경우에는 등가 권선형 회전자의 한상을 나타낸다.

18

155P회전자 저항

-. 회전자저항은 회전자도체의 길이, 단면적, 저항률, 그리고 표피효과에 의해 좌우되며,권선형회전자라면 외부 가감저항기의 저항도 포함된다.

-. 회전자의 유도성리액턴스 Xr 은 누설리액턴스(leakage reactance)라 불리우며누설자속으로 인해 생기는 것으로 회전자도체의 형상과 회전자철심내에서의 깊이회전자전압의주파수, 그리고 회전자철심과 고정자철심간의 공극의 길이에 좌우된다.

회전자 누설리액턴스는 회전자주파수와 회전자의 인덕턴스로Xr = 2πfrLr (4-13)

fr = sfBR (회전자주파수=슬립*구속회전자주파수) 적용하면Xr = 2π(sfBR)Lr = s(2πfBRLr) Xr = sXBR (4-14)

회전자누설리액턴스 = 슬립*구속회전자리액턴스

156P

-. (a)에서 Xr, Er 그리고 fr을 슬립을 사용하여 등가의 값으로 치환하면 (b)와 같이 된다.(c )에서와 같이 회전자 임피던스를 구하면

19

157P-. (b)에 오옴의 법칙을 적용하면

-. 분모와 분자를 모두 s로 나누면

등가의 직렬회로와 임피던스도를 수정하면 (d)와 (e)처럼 나타낼 수 있다.(d)에서는 일정한 구속회전자전압이 슬립에 따라 변화하는 등가의 회전자저항과 결합된형태로 표현되며, 유도전동기의 동작을 해석하는데 편리하다.

157P회전자전류를 그 크기와 위상각으로 나타내면

회전자 전류의 크기는

(e)로부터

20

158P

158P

21

158P4.9 회전자전류의 궤적

유도전동기가 정지상태에서 동기속도까지 가속하는과정에서-. 회전자임피던스각 Θr과 회전자전류의

크기 Ir이 변화하는 양상의 곡선이다.회전자전류와 회전자임피던스각은-. 회전자전류와 회전자임피던스각은회전자가 구속된상태에서 가장 크며회전자가 가속함에 따라 크기가줄어들어 회전자가 동기속도에도달하면 0에 수렴하게 된다.

159P슬립이 s = 1에서 s = 0 까지 변화하는과정에서 회전자전류의 크기와 위상각을나타내는 페이서도이다.

-. 전동기가 구속상태(s = 1)에서 동기속도(s = 0)까지 가속함에 따라 전류의 페이서는 크기와위상각 모두 변화한다.

-. 전류의 궤적은 반원이 된다.

22

159P-. 전류의 궤적은 반원이 된다.

이 특성은 그림(4.7 e)으로부터 (4-18)에 대입하면

-. 식(4-22)는 원점에서 수평축을 접선으로 하고 그 반지름이 EBR/XBR 이 되는 원을 나타내는 수식이 된다.“원선도(circle diagram)”는 이상적인 고정자에 대하여 나타낸 것이며

160P-. 모든 전동기에 대하여 가속시, 부하 인가 및 제거시 회전자전류와 회전자 위상각에

나타나는 상대적인 변화를 표현해 주고 있다.회전자로 전달되는 에너지가 공극을 통하여 자기적으로 전달되기 때문에 회전자 전류의변화는 이에 상응하는 고정자전류의 야기하게 된다.

23

160P4.10 공극전력공극전력(air-gap power 또는 gap power)

공극을 통하여 고정자로부터 회전자로 전자기적으로 전달되는 전력

160P

그림 4.7 : (d), (e)

24

161P

161P유효성분 Pgap

축출력 + 마찰손 + 풍손 + 열적손실을 공급한다.무효성분 Pgap

회전자전류에 의해 만들어지는 교번자계에 대한 무효전력을 공급소모되어 없어지는 것이 아니며, 고정자와 회전자 사이의 공극에 “시소”를 타듯이정현파와 같은 형태로 왕래한다.

25

161P

162P원선도의 의미

일정한 자속밀도로 가정하면이에 비례하는 구속회전자전압(EBR) 역시 일정한 것으로 가정할 수 있다.Pgap은 Ir cos θr에 비례한다. 이는 전류페이서의 수평축에 해당한다

전동기가 부하가 인가되어 s=0.05의 슬립으로 동작하는 것으로 가정하고는 것으로 가정하고

- 부하를 증가시키면전동기의 속도가 저하되고 슬립은 증가한다.

- 슬립이 증가하면회전자전류의 크기와 위상각도 증가

- 전류페이서는 길어지고 시계방향으로 회전하여Ir cos θr가 증가된 부하에 해당하는 위치로 이동

- 전동기가 심하게 과부하가 되면Ir cos θr이 더 이상 증가하지 못하고오히려 감소하는 영역에서 회전하게 된다.

Ir

이 상태를 항복상태(breakdown condition) 라 한다.- 항복상태에서

전동기는 빠르게 감속하고 전동기를 손상시킬 수있는 매우 큰 전류가 흐르게 된다.

26

162P4.11 기계적 동력과 유기토크-. 공극을 통해 고정자에서 회전자로 전달되는 전력의 대부분은 기계적동력으로 변환-. 나머지는

회전자의 도체에서 I2R의 열손실로 소모된다.

-. 회전자의 상당 등가회로에서기계적동력에 해당하는 부분은 보이지않는다.리액턴스 X 은 유효전력을 소모하지-. 리액턴스 XBR은 유효전력을 소모하지않으므로 공극전력은 등가저항 Rr/s에서열적손실로 소모되는 것으로 표현된다.

162P3상 전체에서 회전자로 전달되는 공극전력은

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163PStainmetzd의 등가회로-. 수정된 등가회로

식(4-34)를 식(4-33)에 대입하고 얀변을 3Ir2으로 나누어 구해진다.

164P

Rr/s는/-. 두 개의 직렬성분으로 나뉘어진다..

28

164P유기토크

식(4-4)로부터

식(4-34)식에 대입하고 정리하면 3상전동기의 회전자의 기계적동력을 회전자속도로 표현

-. 제작사 및 미국제조업협회(NEMA : National Electrical Manufactures Association)로 부터 제공되는 명판 사양과 데이터는hp, r/min, lb-ft 토크로 주어진다.

- 모든 전동기는 이들 단위를 사용하고 [lb-ft]*0 7376 = [N·M] 로 환산된다. 모든 전동기는 이들 단위를 사용하고 [lb ft] 0.7376 [N M] 로 환산된다.식(4-37)을 마력수로 환산하면 우변을 746[W/hp]으로 나눈다(1hp = 746W)

164P마력수를 토크와 회전자속도로 나타내면

식(4-39)를 식(4-38)에 대입하여 TD에 대하여 쓰면

29

165P식(4-30)를 식(4-40)에 대입하면

165P

30

165P

166P4.12 토크-속도 특성

전류의 식(4-19)를 토크 식(4-40)에 대입하여 토크를 슬립 하나만의 함수로 표현하면

식(4-42)를 유도전동기의 토크-속도 특성이라 한다.

31

168P

-. 회전자전류의 페이서를 함께표시하여

-. 이상적인 고정자를 갖는 유도전동기에서회전자전류와 유기토크 사이의 상관관계를 나타낸다.

-. 비록 이상적인 고정자를 가정한 상태이지만

토크-속도 특성곡선과 이에대한 설명은실제 전동기의 일반적인 동작을 나타내고 있으며을 나타내고 있으며정상적인 동작상태와 과부하운전상태에서 일어나는 현상을 이해할 수 있다.

166P구속상태에서의 토크

회전자가 정지된 상태에서 고정자에 전압이 인가되면

기계적관성은 회전이 일어나는 것을 방해하며, 회전자가 구속되어 있는 것과 같이 동작

구속토크는 회전자전류와 고정자자속간의 상호작용에 의해 발생하는 토크이다.

구속토크(locked-rotor torque, blocked-rotor torque, static torque)는

식( )에 을 대입하여 구할 수 있다식(4-42)에 s=1.0을 대입하여 구할 수 있다.

구속토크는

-. 회전자가 고정자 안에서 멈추어 있는 위치에 따라 다소 변할 수 있으며 이것

이 기동에 영향을 미칠 수 있다

설계가 잘못되거나 권선을 다시 감았거나 손상된 코일을 잘라낸 경우에는 특-. 설계가 잘못되거나, 권선을 다시 감았거나 손상된 코일을 잘라낸 경우에는 특

정위치에서 구속토크가 현저히 낮은 값이 될 수 있다.

-. 축에 걸린 부하의 토크가

구속토크와 같거나 큰 경우에는 전동기가 기동하지 못한다.

이런 경우 보호장치가 작동하지 않으면 전동기는 소손된다.

32

168P

167P가속

-. 축의 부하토크가 구속토크보다 낮은 경우에는 회전자가 가속된다.

-. 정지상태에서 가속이 되면 슬립은 감소하고,

회전자전류의 크기, 위상각 역시 감소한다.

그림에서 Ir cos θr이 구속상태의 낮은 값에서 항복토크(최대치)에 도달하였다가그림에서 Ir cos θr이 구속상태의 낮은 값에서 항복토크(최대치)에 도달하였다가

계속 가속이 됨에 따라 감소하는 것으로 나타난다.

유기토크(TD)와 Ir cos θr의 상관관계가 중요하다.

33

167P동기속도에 접근할 때

-.축에 연결된 부하가 적은 경우

회전자속도는 고정자의 회전자속의 속도에 근접한다.

전류는 매우 낮은 값이 되고 유기기전력과 거의 동상이 되며

Ir cos θr 이 매우 낮은 값이 되기 때문에 TD역시 매우 낮은 값이 된다.

- 축에 무부하상태(아무것도 걸리지 않은 경우)에서. 축에 무부하상태(아무것도 걸리지 않은 경우)에서

회전자가 회전자속에 동기되는 경우가 생길 수 있다.

양자 사이에 상대적인 속도가 매우 낮아서

회전자가 최소의 자기저항을 갖고 축을 따라 자화되었을 때 일어난다.

-. 동기되는 경우

전동기는 더 이상 유도전동기로서 토크를 발생하지 않고

슬립은 0이 되며, 회전자에는 전류가 흐르지 않는다.

릴럭턴스토크(자기저항토크)는 매우 작기 때문에-. 릴럭턴스토크(자기저항토크)는 매우 작기 때문에

축에 약간의 부하만 걸려도 동기상태에서 이탈하게 된다..

167P부하가 커서 항복상태의 동작

-. 유도전동기가 무부하상태에서 동작하고 있을 때

부하는 풍손과 마찰손이 전부가 된다.

-. 축에 부하가 인가되면

부하의 토크가 유기토크보다 커지게 되고, 전동기는 감속된다.

이에 따라 슬립은 증가한다이에 따라 슬립은 증가한다.

슬립이 증가하면 Ir cos θr 이 증가하고, 유기토크도 증가한다.

-. 축에 정격의 부하토크가 인가되면

전동기는 슬립이 증가하면

유기되는 토크의 증가가 축에 걸린 부하와 풍손, 마찰손 및 표류부하손을

합한 것과 같아질 때까지 감속하게 된다.

-. 전동기가 그림의 5지점의 정상상태의 속도에서 운전된다.

-. 축부하를 더욱 증가시키면(과부하상태)

속도는 더 줄어들고 Ir cos θr 역시 더 증가하고 유기토크가 더 커지게 된다.

34

168P부하가 커서 항복상태의 동작

-. 만일 축의 부하토크가 전동기가 낼 수 있는 최대토크 이상으로 증기하면

전동기는 항복상태(break-down)가 되어

슬립이 증가하고 Ir cos θr 와 유기토크도 빠르게 감소한다.

전동기의 속도는 빠르게 낮아지며 정지하게 된다.

- 보호장치가 동작하지 않으면. 보호장치가 동작하지 않으면

높은 슬립에 따른 큰 전류는 전동기의 권선을 소손한다.

항복토크(Break-down torque)

정격전압과 주파수에서 부하가 인가되었을 때 급작스러운 속도의 감소를 유발

하지 않고 전동기가 낼 수 있는 최대의 토크이다.

169P무부하상태

-. 축에 부하가 걸려 있지 않은 경우

전동기는 동기속도 또는 동기속도에 근접한 속도로 회전하고

회전자전류는 0 또는 0에 가까운 값이 된다.

-. 고정자전류는. 고정자전류는

회전자계를 생성하고, 마찰손, 풍손 및 철손을 공급하는 전류이다.

무부하전류는 자속의 생성, 철손을 공급하는 여자전류와 유사하다.

유도전동기에서”여자전류”를 무시한다면

고정자전류(1차측 전류)는 회전자전류(2차측 전류)에 바로 비례한다.

축의 부하를 증가시키면 회전자전류가 증가하고

이에 비례하여 고정자전류 역시 증가한다이에 비례하여 고정자전류 역시 증가한다.

35

169P

169P4.13 기생토크

-. 회전자와 고정자의 슬롯으로 인해 자기회로의 자기저항은

주기적으로 변동하여 회전자속이 공간상에서 비정현적으로 분포하도록 한다.

-. 회전자속의 패턴은

공간고조파(space harmonics)라 불리는

여러 개의 회전자계로 구성된다.

-. 기본파(fundmental) : 실제권선의 극수에 해당하는 속도로 회전한다.

-. 5차 공간고조파의 경우

기본파의 1/5에 해당하는 속도로 반대방향으로 회전

-. 7차 공간고조파는

기본파의 1/7에 해당하는 속도로 기본파와 같은 방향으로 회전기본파의 1/7에 해당하는 속도로 기본파와 같은 방향으로 회전

-. 짝수와 3차, 그 배수의 공간고조파는 나타나지 않는다.

36

170P-. 기본파 성분이 대부분을 차지한다.

-. 5차와 7차 등에 의해 나타나는

기생토크(parasitic torque) 또는 고조파토크(harmonics torque)는

전동기의 가속과정에서 나타나는 토크-속도 특성에서

기생토크의 영향

유도전동기의 토크-속도 특성상에

바람직하지 않은 요동을 유발하기도하고

경우에 따라서

회전자가 어떤 차동기속도(subsyncronous speed)에서 묶이게되는

크롤(crawl)현상이 나타나게하기도 한다.

현저한 함몰이 나타나는 것은

설계상의결합, 회전자의 손상,

손상된 고정자를 잘못 수리한 결과

등으로 나타난다.

170P4.14 풀업 토크(pull-up torque)

-. 전동기가 정지상태에서 항복상태의 속도까지 가속하는 과정에서

나타나는 최소의 토크를 말한다.

-. 풀업토크는

기생토크에 의해 유발되는 함몰부분의 밑바닥에 해당하는 토크가 된다.

-. 풀업토크가 축의 부하보다 작으면

전동기는 이 풀업지점을 통과해서 가속할 수 없게 된다.

37

171P4.15 손실, 효율, 역률

-. 전동기 전체 효율의 계산

고정자와 회전자에서 발생하는 손실을 모두 고려해야 한다.

- 고정자손실의 내용

고정자 및 회전자에서의 모든 히스테리시스손실과 와전류손실(철손)

고정자권선의 I2R 손실(고정자의 도체손 또는 고정자동손)

- 공극을 건너가는 전력

171P

-. 전동기의 총전력손실은

Ploss = Pscl + Pcore + Prcl + Pf,w + Pstray W (4-45)

-. 마찰손(f)은 베어링의 마찰손과 권선형전동기의 브러시마찰손을 포함. 마찰손(f)은 베어링의 마찰손과 권선형전동기의 브러시마찰손을 포함

-. 풍손(w)은 축에 장착된 냉각팬과 회전으로 야기되는 손실을 포함

-. 마찰손과 풍손은 NEMA 규격의 전동기의 정상부하에서 거의 일정한 값이며

이들 전동기는 무부하상태에서 정격의 115% 부하까지의 속도의 변화가

매우적다.

38

171P-. 표류부하손(stray load loss)

다른 손실들에서 고려되지 않은 손실의 합

부하에 따라 변하며, 회전자 전류의 제곱에 비례한다.

-. 표류부하손에 포함되는 것

고정자슬롯의 누설자속으로 인한 고정자도체 내부에서의 와전류손실

권선 단부에서의 손실

단부 실드에서의 손실

표류자속에 의한 단부에서의 기타 손실

고정자와 회전자 전류에 의해 생성되는 고조파로 인한 회전자에서의 손실

172P유도전동기의 손실

-. 유도전동기에서의 손실 비율과 주된 영향요소(1 – 125마력의 4극 NEMA B형)

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172P가용축출력과 축토크

-. 가용축출력

3상전체에서 만들어지는 기계적 동력에서

마찰손, 풍손 및 표류손실을 뺀 나머지에 해당한다.

Pshaft = Pmech – Pf,w – Pstray W (4-47)

축토크는

전동기의 출력토크이며 이는 부하로 전달되는 토크이다.

172P효율

유도전동기의 효율은 전체입력전력에 대한 가용출력의 비

식(4-49)는 비율의 형태로 나타낸 것으로

단위효율(per-unit efficiency)이라 부른다.

40

173P역률

역률은 피상전력에 대한 유효전력의 비이다.

유도전동기에서의 역률은

173P

41

173P

174P

42

143P

1. 전동기동작의 원리를 설명(P19 1.9)2. 예제 1.4(P22)3. 변압기 철심에 규소강판을 적층하는 이유는(P43) ?4. 변압기 냉각방식의 종류(P43)

중간고사 요점정리

5. 예제 2.4(P57) 6. 예제 2.6(P67)7. 예제 3.1(P106)8. 예제 3.7(P124)9. 예제 3.8(P127)10. 예제 4.5(P165)11 예제 4 6(P173)11. 예제 4.6(P173)

12. 4장 문제 6, 12(P178)13. 3상유도전동기에서 회전방향의 반전을 설명하라.(P146)