유도 전동기

목 차

• 유도전동기의 원리

• 유도 전동기의 구조

• 유도 전동기 특성

• 유도 전동기 기동

• 유도전동기 속도 제어

• 전동기 운전 시 고려 사항

교류 전동기란? ( AC MOTOR )

저압용(480V) 전동기( 농형)

전동기 축 : 펌프와 연결부

터미날 박스 : 전원 케이블 연결부

전동기 외함

고압 유도전동기 (4.16KV)

표준형 원전 13.8KV 원자로 냉각재 펌프 전동기

전동기 상 부

전동기 하 부

교류 전동기 란?

유도 전동기 의 원리

유도 전동기 원리

• 동기 속도

– 회전자계의 회전수를 동기 속도라 하며, 전원의 주파수 와

극 수에 의해 정해 진다 동기 속도는 아라고 원판 주위의 자석의

회전 속도에 해당 된다

– 동기 속도 = ( 120 × 주파수 ) / 극 수 [ RPM]

• 주파수에 비례하고 극 수에 반비례

• 슬립 ( Slip)

– 3상 유도 전동기는 항상 동기속도( 자석의 속도) 와

회전자의 속도 ( 아라고 원판의 속도) 사이에 차이가 생기게

되며 이 차이( NS-N) 와 동기속도와의 비를 슬립 ( S) 이라 함

– 슬립 ( S) = [%]

• 슬립이 커지면 회전자의 속도는 감소하고 , 작아지면

회전자의 속도는 증가 한다.

• 전부하에서의 슬립

– 소형 전동기의 경우 5 ~10 [%]

– 중형 및 대형 전동기에서는 2.5 ~ 5.0 [%].

100×−

NsNNs

교류 전동기의 구조

• 유도 전동기의 구조

– 고정자 ( 고정부분) : 회전자계 생성

– 회전자 : 회전체

• 고정자

– 고정자 틀

» 고정자 철심을 지지하며, 전동기 전체를 지지

» 주철로 만들지만 , 대형 전동기에서는 중량 감소를 위해

압연 강판으로 제작

– 고정자 철심

» 와류손 과 히스테리시스손을 줄이기 위해 두께 0.35~0.5

[ mm] 규소 강판을 성층 하여 제작

» 강판을 한 장 마다 그 양면에 절연 니스로 칠해져 있음.

– 고정자 권선

• 절연된 구리선 을 그림과 같이 감아 홈에 넣는다 1개의 홈에

1개의 코일 변을 넣는 것을 단층권 이라 하고, 1개의 홈에 1개

상, 하 두개의 코일 변을 넣는 것을 2층권 이라 하며, 일반적

으로 2층권이 사용

• 고정자 권선의 결선에는 Y, ∆ 결선이 있음

• 일반적으로 고압전동기에는 Y 결선이 사용

• 회전자

회전자는 축, 철심 및 권선으로 구성되어 있으며,회전자의

구조에 따라 농형 와 권선형 회전자로 분류됨

– 회전자 축

• 회전자 철심을 지지하고 , 회전의 중심이 된다

– 회전자 철심

• 고정자 철심과 같이 규소강판을 성층 하여 만든다

– 회전자

• 농형 회전자

– 철심의 홈을 원형 또는 사각형 모양의 반폐 홈으로 만들

고 이 속에 같은 형태의 단면을 가진 구리 막대를 넣어

서 양끝 을 구리 막대를 넣어서 양끝을 구리로 만든 단

락고리를 붙여 전기적으로 접속한다

– 회전자의 홈이 축 방향으로 약간 비뚤어져 있는 홈을 가

지고 있으며 소음을 억제하는 효과가 있음.

• 권선형 회전자

– 회전자 철심의 홈 속에 권선을 넣어서 고정자 권선 과 같이 3

상 결선을 한 것이다. 권선형 회전자 권선의 결선은 대개 Y결

선으로 하고 3상 권선의 3단자에는 3개의 슬립 링에 접속하고

브러쉬를 통하여 외부의 기동 저항기와 연결한다

• 유도전동기 특성

– 속도 – 토크 특성

• 속도 특성

– 1차 전압을 일정하게 유지하고 슬립 또는 속도에 의하여

1차 전류 , 2차 전류 ,토크 , 기계적 출력, 역률, 효율 등이

어떻게 변하는가를 나타내는 곡선을 속도 특성 곡선이라 함.

• 속도 – 토크 특성

– 토크(T)는 슬립(S)에 대한 함수가 되며, S=1일 때 의 토크T는

기동 순간의 토크이므로 이것을 기동 토크 ( Ts) 라 함

– 기동토크는 기동상태에서 부하 토크보다 커야 하며, 그러치

않으면 전동기는 정지 상태에서 가속되지 않는다.

– 유도전동기는 회전을 시작하면 토크는 회전속도에 따라 증가

하게 되고 어느 속도에서 (최대 토크 : Tm )가 되고 다시 감소

하여 동기 속도가 되면 ( 슬립 S=0)가 되면 토크 도 0 이 된다.

– 비례 추이

• 권선형 유도전동기의 2차 회로 ( 회전자 권선)에 저항을 접속 하여

• 2차 저항을 증가 시키면 토크 곡선이 슬립S가 증가하는 방향으로

• 이동하는데 이것을 비례 추이라고 한다

• 그래서 2차 저항을 가감하여 우리가 원하는 토크를 발생 할 수 있고

또 속도 제어를 할 수 있다

• 유도전동기 기동

– 농형 유도전동기 기동

• 직입 기동법 ( 전전압 기동)

– 보통 5KW 이하의 소형 농형 유도전동기는 특별한 기동 장치를

사용하지 않고 정격전압을 직접 전동기에 인가하여 기동한다

– 기동전류는 정격전류의 5~7배에 도달한다

– 최근에는 전원용량이 크게 되어서 수백 KW 이상의 농형 유도

전동기도 이 방법으로 기동 ( 원자력 발전소 적용)

• Y - △ 기동법

– 전동기를 기동 할 때 에는 스위치를 기동측(Y) 으로 닫아서

권선에 흐르는 기동전류를 감소 시키고 전동기의 속도가

정격속도에 이르면 스위치를 운전측( △ )측으로 전환하여 운전

을 계속한다

– 기동 시 Y 결선으로 하면 각 상의 권선에는 정격전압의 1/√3의

전압이 가해져 △결선으로 기동 할 때에 비해 전동기 내부에는

1/√3배의 전류가 흐르고 전동기 외부의 전선에는 1/3배의

전류가 흘러서 기동전류가 제한 된다. 반면에 기동토크도 역시

1/3로 감소 한다

• 기동 보상 기법

– 15KW 이상의 농형 유도전동기를 기동 시킬 경우에는 기동 전류를 제한 하기 위하여 기동보상 기법을 사용한다 기동 보상 기법은 기동전류를 제한하기 위해 3상 단권변압기에 2~4개의 탭을 만들어서 사용 한다

– 권선형 유도전동기 기동

• 권선형 유도전동기의2차 회로에 슬립 링을 통하여 저항기를

접속하고 기동 시에는 2차 회로의 저항을 크게 하여 기동토크를

크게 하는 동시에 적은 기동전류가 흐르도록 한다

• 속도가 증가 함 에 따라 전류와 토크가 감소하므로 기동저항기

의 저항을 감소시켜 정격속도에 달하면 기동저항기의 저항을

단락 시켜 정상운전을 한다

• 유도 전동기 속도 제어

– 유도전동기 슬립 S = ( Ns-N) / Ns

– N 에 대해 정리하면 N = Ns - ( 1- S)

• Ns = ( 120 × f ) / P

• Ns : 동기 속도 S : 슬립 P : 극 수 f : 주파수

– 유도전동기의 회전 속도( N) 를 변경시키기 위해 , 동기 속도나

슬립을 변경시키면 된다

– 동기 속도를 변경시키기 위해서는 극 수 나 주파수를 변경

시키면 되고, 슬립을 변경 시키기 위해서는 2차 회로의 저항을

변화 시키는 방법과 2차 회로에 적절한 주파수의 전압을 삽입하는 방법

– 극 수를 변경하는 방법

• 고정자 권선의 결선 변경에 의해 속도 변경

• 회전수는 극 수에 반비례하기 때문에 권선의 결선을 바꾸어 극수

를 변환 할 수 있다

• 이 방법은 비교적 효율이 좋고 간단히 속도의 변화가 얻어 지므로

소형의 승강기, 원심분리기, 공작기계에 많이 사용

– 주파수를 변경하는 방법

• 사용주파수의 전원과 전동기 사이에 주파수 변환 장치를 접속 하여

전동기에 가해지는 주파수를 변환시켜 속도를 변환시키는 것

• 주파수 변환 장치로는 인버터 ( 전압형, 전류형)

• 사이리스터 인버터를 사용하는 방식은 사이리스터에 의한

순변환 장치 (정류기)를 사용하여 상용주파수를 직류로 변환

하고 그 것을 사이리스터 인버터에 의해 가변 주파수의 교류로

바꾸는 방식

– 1차 전압을 바꾸는 방식

• 유도전동기 토크가 전압의 2승에 비례하여 변화하는 성질을

이용하여 부하 시에 운전하는 슬립을 변화하는 방법이다

• 1차 전압이 V1일 때 속도는 N1 으로 운전한다고 하면 1차 전압을

V2로 낮출 때는 토크는 전압의 2승으로 낮아지기 때문에 속도는

N2로 운전 한다

• 유도 전동기의 전기적 제동

– 회생 제동

• 유도전동기를 동기 속도 이상으로 운전할 때 유도발전기가

• 되어 제동 토오크를 발생한다. 발전기의 기계적 입력이 전기에너지로 변환되

어 전원에 회수 된다

– 발전 제동

• 유도전동기의 고정자를 전원에서 분리하는 동시에 직류 여자를

가한다 그러면 , 전동기는 2차 권선을 전기자라 하는 교류발전기가

되며, 회전자에 전압을 유도하여, 회전자 전류가 흘러 전력을

소비하므로 제동이 걸린다.

– 역상 제동

• 회전중인 전동기의 1차 권선3단자 중 임의의 2단자 접속을

바꾸면 상회전의 순서가 반대로 되어 회전자의 작용하는 토크의

방향이 역으로 되므로 전동기는 제동되어 급속히 감속

– 단상 제동

• 권선형 유도전동기의 1차측을 단상교류로 여자하고 2차측에

적당한 크기의 저항 R 을 삽입하면 전동기의 회전과는 역 방향으로 토

크가 발생하여 제동

• 전동기 절연

– 절연물의 종류는 Y, A,E,B,F,H,C종이 있으며, 종류에 따라

허용 최고온도와 온도 상승의 한도가 정해져 있음

• 절연물의 종류와 허용최고 온도

절연물의 종류

Y종 A종 E종 B종 F종 H종 C종

최고

허용

온도

90 105 120 130 155 180 180

이상

– 베어링

• 베어링은 일종의 소모품으로 교환이 필요하므로 명판에

사용하고 있는 베어링의 번호가 표시되어 있다.

• 베어링 호칭 번호배열의 기본번호

– 기본번호 = 형식 번호 + 베어링 높이 기호 ( 또는 폭 기호 )+

– 베어링 직경(외경) 기호 +베어링 내경 기호

– 명판에 “ 6306 shield”가 의미 하는 것

» 형식기호 6 : 단열로 된 깊은 홈이 있는 볼 베어링

» 베어링 높이 기호 3 : 베어링 높이 또는 푹 치수를 나타내는

» 기호로 실제 치수는 제작사 매뉴얼을 참조

» 베어링 직경 0 : 베어링 직경(외경) 의 치수를 나타내는 기호

로 실제 치수는 제작사의매뉴얼을 참조

» 베어링 내경 기호 (축의 직경)

일반적으로 내경기호에 5를 곱하면 축의 직경이 구해진다

( 축의직경: 6×5 = 30 mm)

» Shield : 베어링에 이 물질의 침입을 방지한 구조

– 전동기 운전 시 고려 사항

• 과부하

– 지속적인 과부하 전류에 의해 전동기 권선이 열화 되고

절연물의 온도상승 허용치를 초과 함.

• 구속 회전자

– 회전자를 구속한 상태, 매우 낮은 저 전압,1상 결상 상태에서

기동하면 기계적 손상 및 열적 손상을 입는다.

• 빈번한 기동

– 짮은 시간 간격으로 반복 기동 시 이상 과열이 됨

• 연속 기동 허용 횟수

– 전동기 냉각 상태:2회

– 가열상태 :1회

– 1일 기동횟수 : 3회

• 권선 단락 및 지락

– 전동기 권선 내 고장은 3상 단락, 2상 단락 ,1상 단락