1

273P

1

유니버셜 전동기-. 직권직류전동기에서

전기자전류와 계자전류가 정확히 거꾸로 바뀌기 때문에 교류전원으로 운전이 가능하다.

-. 직류직권전동기를 교류전원으로 효과적으로 운전하기 위해서는

계자극과 고정자프레임을 완전히 적층해야 철손이 증가하지 않는다.

- 유니버셜 전동기. 유니버셜 전동기

계자극과 고정자 프레임을 적층한 직권직류전동기로

교류전원과 직류전원 어느것으로도 동작할 수 있다.

2

2

유니버셜 전동기의 교류운전-. 직류전원으로 동작할 때보다 정류작용이 상당히 악화된다.

-. 브러쉬에서 발생하는 스파크는

정류가 진행중인 코일에서 전압을 유기하는 변압기작용으로 발생한다.

브러시의 수명을 단축시키고, 특정 라디오 주파수대에 장애를 일으킬 수 있다.

3

계자 리액턴스

회전자 저항

역기전력

4

3

유니버셜 전동기의 응용-. 유니버셜 전동기는 직류직권전동기와 같이 토오크-속도 특성이 급격히 하강한다.

일정속도를 요구하는 응용분야에는 적당치 않다.

-. 다른 단상전동기에 비해 크기가 작고, 단위전류당 토오크가 크므로

경량 고토오크가 필요한 부하에 사용된다.

용도 :

진공청소기, 드릴, 휴대용 공구, 주방용품 등에 사용된다.

5

유니버셜 전동기의 속도제어-. 가장 적합한 속도제어는 입력전압의 실효치를 가변하는 것이다.

-. 입력전압의 실효치가 증가할수록 전동기의 회전속도는 증가한다.

-. SCR 혹은 TRIAC회로에 의해 가변된다.

6

4

7

Freewheeling diode가필요 없다.(전파)

8

5

분상유도전동기

분상권선에 저항성분이므로 위상차에 의해

9

크므로 위상차에 의해회전자계가 형성된다.

커패시터 기동 분상전동기

원심력 스위치

10

기동권선의 콘덴서에 의해분상이 발생하여 기동토크 발생

6

영구분상 커패시터 전동기기동권선의 콘덴서를기동 뿐만 아니라 운전중에도 접속하여분상 및 역률개선 등의 효과

11

커패시터기동 커패시터운전 유도전동기

기동용 콘덴서

운전용 콘덴서

12

7

Shaded-pole 유도전동기

Shaded-pole

13

273P

9.1 개 요용도 : 산업용, 상업용, 가정용

시계, 냉장고, 냉동고. 팬, 송풍기, 펌프, 세척기, 공구 등에 사용

용량 : 수분의 일마력부터 15hp에 걸쳐 있다.

1 큰 용량의 단상유도전동기 : 분상전동기1, 큰 용량의 단상유도전동기 : 분상전동기

-. 두 개의 별도의 권선이 전기각으로 90˚ 떨어져 배치되어 있고

한권선의 전류와 이에 상응하는 자속이 다른쪽 권선에 비하여 뒤지거나

앞서도록 하는 상분할 회로를 갖는다.

2. 작은 용량의 단상유도전동기 : 쉐이딩코일형 유도전동기

-. 단순한 기동장치

14

8

273P

상분할회로-. 3상 유도전동기를 단상전동기로 운전하는 용도

-. 3상 전원을 사용할 수 없는 곳에서 큰 전동기를 운전할 수 있도록 한다.

결상(ingle phase)회로3상전동기가 3상 운전 중 세선 중에 하나가 개방된 고장 상태-. 3상전동기가 3상 운전 중 세선 중에 하나가 개방된 고장 상태

-. 상분할이 존재하지 않음

-. 큰전류와 진동이 발생,

보호기기가 작동되지 않을 경우 전동기의 손상이 발생

15

274P

6.2 직교계자이론과 유도전동기 동작

단상유도전동기

회전자가 돌기 시작하는 보조수단 없이는 회전자계를 발생할 수 없고

이에 따라 토크도 발생시킬 수 없다.

16

9

274P

단상에서 정지되어 있는 농형 회전자-. 단락상태의 변압기의 2차처럼 동작한다.

-. 고정자의 자속(주극자속 : main-pole flux)은 아래

방향으로 증가하고, 회전자의 기자력 Tr은 위쪽으로

향한다.

- 회전자의 자속축이 고정자의 자속축과 일직선. 회전자의 자속축이 고정자의 자속축과 일직선

회전자계는 발생하지 않으며, 전동기동작이 발생않는다.

17

그림6.1 변압기 작용

274P

회전자가 기계적으로 회전하면-. 그림과 같이 회전자계가 형성

-. 유도전동기 동작이 발생하여

기계는 동기속도 부근까지 가속된다.

-. 동작원리는

직교계자이론 이중회전자이론으로 설명된다직교계자이론, 이중회전자이론으로 설명된다.

18

그림6.1 속도전압에 의해 야기된 회전자 도체내의순시전류방향

10

275P

직교자계이론-. 회전자를 기계적으로 돌려주면

회전자의 도체가 주자극 자속을 끊고 지나간다.

-. 속도전압에 의해 유기된 회전자도체의 전류는

주극자속의 중심선과 90도의 각도를 갖는

자계를 발생한다자계를 발생한다.

주축자속(direct-axis flux) :

주극자속

직교축자속(quadrature-axis flux) :

속도전압에 의해 유기되는 자속, 전압의 순시적

방향과 전류, 직교자속은 렌쯔의 법칙에 의해

결정된다.

-. 회전자가 돌아감에 따라 도체의 상대적인 위치가

19

회 자가 돌아감에 따라 체의 상대적 위치가

변화하며 다른 도체가 그 자리를 차지하며,

직교자속을 유지한다.

-. 고정자권선이 만드는 자속은 주축상에서

정현적으로 교번하며, 유기되는 자속은 직교축상

에서 정현적으로 교번한다.

그림6.1 속도전압에 의해 야기된회전자 도체내의순시전류방향

275P

주극자속, 속도전압, 이에 의한 회전자전류, 직교축자속 사이의 위상관계이다.

-. 회전자저항에 대한 회전자리액턴스의 높은 비율로

회전자전류와 이에 의한 직교자속은 유기전압에 비해 거의 90도 뒤지게 된다.

-. 속도전압은 이를 야기하는 자속과 동상이며, 자속은 이를 야기하는 전류와 동상이다.

-. 직교자속은 주축자속에 비해 거의 90도 뒤지게 된다.

회전자 전류

회전자 전압직교축 자속

주축 자속

20

a. 주극자속, 속도전압, 이에 의한 회전자전류및 직교자속간의 위상관계

b. A그림의 위상관계

11

275P

-. 주축자속, 직교축자속, 합성자속의 순시방향

이다.

-. 합성자속벡터는 시계방향으로 회전한다.

-. 회전자를 손으로 돌리면 직교자속이 생성

-. 주축자속과 합성, 회전시킨 방향으로 회전

회전자속은 회전자를 동기속도 부근까지

가속한다주축 자속

직교축 자속

21

276P

6.3 상분할에 의한 유도전동기 작용-. 기계적 수단없이

단상전원으로부터 회전자계가 시작되기 위해서는 두개의 고정자권선과 상분할회로가

필요하다.

-. 주권선(main winding)은 주축자속(Φd)을 만들어내고, 주권선과 90도의 전기각을

갖도록 배치된 보조권선(auxiliary winding)은 직교축자속(Φq)을 만든다갖도록 배치된 보조권선(auxiliary winding)은 직교축자속(Φq)을 만든다.

보조권선은 기동권선(starting winding)이라고도 부른다.

-. 상분할회로는 보조권선과 직렬로 접속되어 보조권선에 흐르는 전류가 주권선전류와

위상차를 갖도록 한다.

전류에 의해 생성되는 자계는 전류와 동상이 되므로

직교축자속과 주자속 사이에는 위상차가 있게 되고

회전자계가 만들어져 유도전동기 동작이 일어난다.

22

12

277P

상분할-. 방법 : 커패시터, 저항을 통해 이루어진다.

커패시터기동형 분상전동기(capacitor-start split-phase motor)

저항기동 분상전동기(resistor-start split-phase motor)

상분할회로를 갖는 보조권선의 분리전동기가 돌기 시작하게 만드는 방법과 상관 없이(상분할이거나 기계적동작이거나)

일단 돌기 시작하면

자기여자에 의해 직교자속이 유지되므로

상분할회로를 갖는 보조권선은 분리해도 지장이 없다.

23

277P

기본적인 2극분상전동기의 실제권선구성

과 등가회로도이다.

Xaw : 보조권선(상분할회로) 리액턴스

24

Raw : 보조권선(상분할회로) 저항

Xmw : 주권선 리액턴스

Rmw : 주권선 저항

13

277P

6.4 구속토크분상전동기의 구속토크는

각 권선에 흐르는 구속전류의 크기의 곱에 이 두 전류간의 위상차의 사인값 곱에

비례한다.

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278P

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278P

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278P

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278P

12.1 개 요직류

30

16

280P

예제 6.1의 도식적 분석상분할을 위해 보조권선만이 직렬요소를 가지므로 주권선전류는 일정으로 가정하면

식(6-1)은 식(6-3)으로 변경이 가능하다.

31

280P

Rx를 0Ω에서 20Ω까지 증가 시킬 때-. 보조권선의 전체저항값의 변화에 대한 Iaw, α및 Iaw sinα값에 대한 그래프이다.

-. 보조권선의 전류는 저항이 증가함에 따라 감소하며 각도 α역시 저항의 증가에 따라

증가한다.

-. 그러나 Iaw sinα로 나타나는 구속토크는

보조권선의 저항이 14 2Ω 인 위치에서 최대치에 도달하였다가보조권선의 저항이 14.2Ω 인 위치에서 최대치에 도달하였다가

저항값이 더 증가하면 다시 감소하는 양상을 보인다.

분상전동기에 대해 구속토크를 최대로 하는 보조회로의 저항값

최적저항값에 해당하는 위상차는 25도에서 30도의 범위 내에 놓인다.

32

17

281P

33

281P

34

18

281P

최대 토크 발생

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283P

분상전동기의 내부구조

원심력 스위치원심력 위치

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19

282P

6.5 실제의 저항기동형 분상전동기

공급전압

37

기동회로 전류

직교축 자속

주축 자속

주권선 전류

282P

38

20

282P

6.5 실제의 저항기동형 분상전동기-. 보조권선에는 가는 전선을 사용하고, 저항-리액턴스 비가 주권선에서 보다 큰 값이

되도록 한다.

-. 보조회로 내에 있는 스위치는

자기릴레이, 정지형스위치, 원심스위치이다.

- 원심스위치는. 원심스위치는

동기속도의 75 – 80%에 도달하면 개방된다.

-. 정지형스위치(트라이액 triac)

동기속도의 75%에 도달하면 개방된다.

-. 자기식릴레이

큰 기동전류에서 닫히고 전동기가 가속하여 전류가 구속전류의 약80% 정도로

줄어들면 개방된다.

39

분상유도전동기는 농형회전자에 원심력기구가 부착되고, 이것과 연결된 스위치가

덮게부분에 정착되어 있다.

283P

6.6 커패시터기동형 분상전동기(capacitor split-phase motor)-. 커패시터기동형 분상전동기는 저항기동형 분상전동기에 비해 훨씬 큰 Iaw sinα와 훨

씬 큰 구속토크를 발생한다.

-. 저항기동형에서는 위상차 α가 25도에서 30도의 값을 갖지만

커패시터기동형에서는 위상차 α가 75도에서 88도 사이의 값이 된다.

그림 : 커패시터분상형 분상전동기의 회로도와 페이서도

보조축 자속

공급전압

보조권선전류

40

주축 자속주권선전류

21

284P

커패시터 기동형 분상전동기의 토크-속도 특성곡선

41

284P

-. 기동시의 곡선은

보조권선과 주권선이 보두 연결되어 있을 때의 전동기특성이며

-. 운전시의 곡선은 보조권선이 제거 후의 특성이다.

저항기동형 분상전동기의 운전특성과 거의 비슷하며

저항기동형에서는 130%의 기동토크를 갖지만

커패시터분상형에서는 300%에 달한다.

용도 : 높은 기동토크와 잦은 속도변동률

스토커, 컴프레서, 왕복형 펌프 등과 같은 높은 기동토크를 요하는 부하

커패시터 분상전동기의 속도제어

-. 일정주파수 전원하에서는 극수변경 이외에는 속도변경 빙법이 없다.

42

-. 회전자계는 회전자에 유기된 전류가 직교자속 생성으로 발생

-. 회전자가 동기속도에 접근하면 회전자에 유기되는 속도전압과 회전자전류,

직교자속은 0에 근접하므로 가속토크는 동기속도보다 약간 낮은 값에서

0이 된다.

-. 영구분상형 커패시터 전동기와 2중 커패시터 전동기는 2상전동기에 되어

무부하상태에서는 동기속도에 도달하는 것이 가능하다.

22

284P

영구분상형 커패시터 전동기(permanent-split capacitor motor)-. 커패시터를 포함한 보조권선이 영구적으로 접속된 구조로 동작특성은 커패시터나

저항기동형에 비해 부드럽고 조용하다.

-. 커패시터의 용량은 커패시터 기동형보다 작고, 최선의 기동특성과 최선의 운전성능

사이의 절충된 값이다.

용도 : 일체형 난방기와 환기용 팬 등에 장착된 팬 등에 사용된다.

속도제어방식 :

-. 전원측에 탭이나 슬라이드 단자를 갖는 단권변압기 방법

-. 주권선, 또는 두 권선에 직렬로 외부저항이나

리액터를 사용하는 방법

- 탭과 선택스위치를 사용하여 주권선의 권선수를 조정

43

. 탭과 선택스위치를 사용하여 주권선의 권선수를 조정

-. 정지형 제어기를 사용하는 방법 등

286P

2중 커패시터 전동기(two-value capacitor motor)-. 구속토크를 영구분상형보다 크게하기 위해

기동시에는 운전시보다 더 큰 커패시터 용량을 사용한다.

-. 운전상태에서는 커패시터 용량을 감소시켜

1). 역률의 개선

2) 효율의 향상2). 효율의 향상

3). 높은 항복토크를 나타낸다.

44

23

286P

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287P

50

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287P

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288P

예제 6.2 의 도식적 분석

Xc의 변화에 따른 Iaw 값의 그래프에서

커패시터의 리액턴스가 증가함에 따라

보조권선에 흐르는 전류는 증가하였다가

감소한다(공진현상)

보조권선전류

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구속 토크

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288P

Xc의 변화에 따른 α값의 그래프에서

커패시터의 리액턴스가 증가함에 따라

α가 증가

주권선과보조권선의위상각

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288P

Xc의 변화에 따른 Iaw 값의 그래프에서

커패시터의 리액턴스가 증가함에 따라

Iaw sinα로 표현되는 구속토크의 값은

최대치까지 증가하다가 감소한다.

주어진 권선정수에서는

약 75도의 위상차를 갖는 커패시터

리액턴스에서 가장 큰 구속토크가

발생한다.

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28

288P

커패시터 분상전동기와 저항 분상전동기와 비교

저항분상기동기와 비교하면커패시터를 이용한 위상이동이저항을 이용한 위상이동에 비해큰 구속토크를 갖는다.

저항 분상전동기

55커패시터 분상전동기

288P

6.7 단상유도잔동기의 역회전-. 역회전을 위해서는 전동기를 정지시키고

보조권선 인입선을 뒤바꾸고 기동한다.

-. 직교축자속을 반전시켜 자속이 반대방향으로 회전하게 한다.

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288P

6.8 쉐이딩폴 전동기(shsded-pole motor)쉐이딩 코일(shading coil)

-. 기동토크를 얻기 위한 단락된 코일이나 구리로 만들어진 고리를 사용

-. 자극의 일부에 감겨있으며, 단락된 변압기의 2차측과 같이 동작

-. 렌쯔의 법칙에 따라

쉐이딩코일에 흐르는 전류는쉐이딩코일에 흐르는 전류는

전류를 유기하는 자계의 기자력을 방해하는 방향으로 기자력을 발생한다.

-. 자극표면의 쉐이딩코일 부분에서 자속이 생성되는데 시간지연을 일으킨다.

쉐이딩부분에서 자속이 최대치에 도달하기 전에 이외의 부분에서

먼저 최대치에 도달하며,

자속의 방향이 쉐이딩코일 쪽으로 이동하는 효과를 준다.

-. 이동하는 자속이 농형회전자의 표면을 지나가므로 유도전동기 효과가 발생

- 각각의 회전방향에 해당하는 2개조의 쉐이딩코일과 스위치의 조합을 사용하지

57

. 각각의 회전방향에 해당하는 2개조의 쉐이딩코일과 스위치의 조합을 사용하지

않으면 회전방향을 바꿀수 없다.

용도 :

시계, 레코드플레이어, 소용량의 팬 등에 사용된다.

290P

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30

단상유도전동기의 비교기동특성과 운전특성을 비교한 순서

1. 커패시터 기동, 커패시터 운전 전동기

2. 커패시터 기동 전동기

3. 영구분할 커패시터 전동기

4 분상전동기4. 분상전동기

5. Shaded-pole 전동기

주어진 응용분야에서 가장 좋은 성능을 나타내는 이용 가능한,

가장 저렴한 전동기를 선택하는 것이 기술자의 역무이다.

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기동 : 기동시에만 콘덴서 접속구동 : 운전중에 콘덴서를 접속

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290P

6.9 단상유도전동기의 NEMA 표준정격

단상유도전동기의 주파수와 전압정격

60Hz – 115V 및 230V,

50Hz – 110V 및 220V

NEMA표준에 의한 단상유도전동기의 정격용량의 범위

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용량이 적은 경우에 사용 : 기동토크가 적다

291P

6.10 단상선로에서의 3상 전동기 운전-. 단상전동기의 용량은 10hp 이내로 제한된다.

-. 보다 큰 용량의 동력의 요구조건을 만족하기 위해

3상전동기를 이용, 상변환을 위한 캐퍼시티를 사용하여 단상전원하에서 운전한다.

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-. 단상전원에 3상 전동기를 구동할 때의 접속과 스위치의 구성이다.

-. 접점 S는 기동시에 닫혔다가, 회전자가 동기속도의 약 80%에 도달하면 개방된다.

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291P

단상에서 3상전동기를 기동하는 최선의 조건은

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291P

-. 3상 전동기를 단상에서 운전하면

항복토크가 감소하고, 운전온도가 높아지게 되므로

-. 상변환을 통해 단상전원으로 운전되는 3상 전동기는

3상 정격용량의 약 3분의 2정도로 용량감소를 한다.

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293P

6.11 3상 전동기의 결상운전(single phasing : 고장상태)-. 결상운전은

일종의 고장상태로 3상 전동기가 한 상이 개방된 상태로 운전되는 것이다.

-. 3상 전동기는 한 상이 개방된 상태에서 기동되지는 않지만

운전중 결상이 일어 났을 때에는 축에 걸린 부하가 80% 이하이고, 단상전압이

정상이라면 회전자의 회전으로정상이라면 회전자의 회전으로

직교자속이 만들어지므로 회전상태가 유지된다.

-. 결상운전은 상변환기를 통해 운전되는 상태와는 다르며

결상으로 야기되는 과도한 진동은 전동기와 부하에 손상을 줄 수 있다.

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293P

-. 결상상태에서 부하가 3상 운전에서와 같은 크기로 유지되는 것을 가정하면

-. 결상상태에서 부하가 3상 운전에서와 같은 크기로 유지되는 것을 가정하면

와이, 델타결선된 고정자에서 결상이 발생하면, 나머지 두 선로에 흐르는 전류는

68

, ,

73% 증가한다.

-. 고정자권선들 사이에서 전류가 흐르는 양상은

결선이 와이, 델타인지에 따라 달라진다.

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294P

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294P

와이결선의 경우 상전류와 선전류는 같다.

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델타결선에서-. 상전류는 병렬접속된 임피던스값에 반비례하여 나뉘어진다.

델타결선에서 전류의 분포는

-. 정격부하나 그 부근에서 운전중에 결상이 발생하면

상전류의 증가는 권선을 급격하게 가열하게 되므로 전동기를 전원으로부터

보호기기가 설치되어야 하며, 그렇지 않으면

고정자와 회전자권선에 심각한 손상이 일어날 수 있다.

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37

295P

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295P

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38

단상 유도전동기의 속도제어

농형 회전자를 가진 전동기에 다음과 같은 속도제어 방법이 가능하다.

1. 고정자주파수를 변화시킨다.

2. 극수를 바꾼다.

3 단자의 인가 전압 VT를 바꾼다3. 단자의 인가 전압 VT를 바꾼다.

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전동기 인가전압을 변화하는 세가지 방법1 자동변압기를 이용한 선전압의 연속적인 변화

비용이 가장 많이 들며, 매우 부드러운 속도제어가 필요할 때만 이용된다.

2 교류 위상제어로 전동기의 인가전압의 실효치를 조정하는데 SCR이나 TRIAC회로가

쓰인다.

교류파형을 절단함으로써 전동기의 소음과 진동을 다소 증가시킨다교류파형을 절단함으로써 전동기의 소음과 진동을 다소 증가시킨다.

반도체제어회로가 자동변압기에 비해 상당히 가격이 저렴하므로 사용빈도가 높아진다

3 전동기의 고정자회로에 직렬로 저항을 삽입하는 것이다.

저렴한 제어방법이지만

저항에서 전력손실이 발생하여, 전체적인 전력변환 효율을 저감시키는 단점이 있다.

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39

고정자권선 자체가 단권변압기로 이용한 속도제어-. Shaded-pole 전동기와 같은 매우 큰 슬립으로 동작하는 전동기에서

단권변압기를 사용하는 대신, 고정자권선이 철심을 둘러싸고 있으므로

단권변압기처럼 작용한다.

-. 이런 방법은

선풍기나 송풍기에 많이 쓰이는 단상유도전동기의 속도제어 표준방법이다선풍기나 송풍기에 많이 쓰이는 단상유도전동기의 속도제어 표준방법이다.

속도제어가 필요한 구성요소가 전동기 주권선의 탭과 일반적인 다중위치스위치 뿐이

므로 매우 저렴한 속도제어 방법이다.

-. 단권변압기로 작용하는 것은

저항에서 소비되는 것과 같은 전력손실이 없다는 장점이 있다.

77

-. 주권선에 전전압 V가 인가되면

유도전동기는 정상적으로 동작한다.

-. 만일 전전압이 2번 탭에 인가되었다면

인가된 만큼의 전압이 변압기 작용에 의해 권선의

상단부에 유기되고, 전체권선전압은 인가한 전압의

2배가 된다 즉 권선에 인가한 전체전압이 2배가2배가 된다. 즉, 권선에 인가한 전체전압이 2배가

되는 효과가 있다.

-. 선전압이 인가되는 코일부분이 작으면 작을수록

전체권선에 걸리는 전압은 커지고,

주어진 부하에서 전동기의 속도는 증가한다.

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