슬라이드 1

Size: px

Start display at page:

Download "슬라이드 1"

령 차
5 years ago
Views:

1 유도전동기일반 1

2 목 차 1. 전기회전기계 유도전동기일반 유도전동기특성 전동기명판이해

3 1. 전기회전기계 1.1 전동기와발전기 전기회전기계에너지변환 - 전기적입력을기계적인출력으로, 기계적인입력을전기적출력으로변환하는과정 전기기계효율 η (%) 전기시스템 ( 전압 x 전류, V x I) 전자계결합 기계시스템 ( 속도 x 토크, N x T) 발전기 에너지흐름 3 전동기

4 1. 전기회전기계 1.2 전동기종류별특징 4

5 1. 전기회전기계 1.3 전동기전원별분류 교류전동기 유도전동기 (induction motor) 삼상유도전동기 (three phase induction motor) - 농형 ( 籠形 ) 유도전동기 (squirrel cage motor) - 권선형 ( 捲線形 ) 유도전동기 (wound-rotor motor) 동기전동기 (synchronous motor) 단상유도전동기 (single phase induction motor) 단상동기전동기 (single phase synchronous motor) 삼상동기전동기 (three phase synchronous motor) - 분상기동형전동기 (split phase motor) - 콘덴서기동형전동기 (capacitor start motor) - 영구콘덴서형 (permanent split capacitor motor) - 셰이딩코일형전동기 (shaded pole motor) - 콘덴서기동 / 운전전동기 (capacitor start/ run motor) 직류전동기 교류직류전동기 (universal motor) 브러쉬부착전동기 (brush d.c. motor) 브러쉬레스전동기 (brushless d.c. motor) Wound-field motor - 직권 ( 直捲 ) 전동기 (series-wound motor) - 분권 ( 分捲 ) 전동기 (shunt-wound motor) - 복권 ( 複捲 ) 전동기 (compound motor) - 타여자 ( 他勵磁 ) 전동기 (separately excited motor) 5

6 2. 유도전동기일반 2.1 동기전동기와유도전동기의차이 회전자계 ( 고정자 ) 회전자 동기전동기속도는항상회전자계속도로회전한다 유도전동기는회전자계속도보다낮게회전한다 유도전동기의회전속도가회전자계속도와같으면토오크가발생하지않는다. 유도전동기는회전자계속도에약간못미치는속도에서안정운전을한다. 안정운전속도는부하상태 ( 크기 ) 에따라달리결정되고부하변화에따라속도가변한다. 6

7 2. 유도전동기일반 2.2 농형과권선형기본구조 농형회전자 권선형회전자 7

8 2. 유도전동기일반 2.2 농형과권선형기본구조 농형회전자 권선형회전자 8

9 2. 유도전동기일반 2.3 농형유도전동기상세구조 고정자철심고정자권선 (1 차측 ) Fan 엔드링 농형회전자 (2 차측 ) 9

10 2. 유도전동기일반 2.3 농형유도전동기상세구조 10

11 2. 유도전동기일반 2.4 운전원리 11

12 2. 유도전동기일반 2.5 삼상교류와회전자계의형성 - 벡터적인자속의크기로써자속의벡터합을의미함 - 합성자계의크기는어느한상의전류가만드는자계최대값의 1.5 배가됨 - 합성자계의방향은상회전방향과반대임 3 상코일에의해만들어진회전자계는아래그림과같은영구자석이회전하는것과같은의미임 12

13 3. 유도전동기특성 3.1 속도에따른특성 일반적으로최대토오크와최대출력은정격속도보다낮은속도에서형성된다. 일반적으로효율과역률은동기속도에근접할수록양호해진다. 13

14 3. 유도전동기특성 3.2 출력에따른특성 출력에대한효율은정격보다낮은부하에서최대치가된다. 출력 ( 부하 ) 가증가되면일반적으로속도가줄고, 전류는증가하며특성들이전반적으로나빠진다. 14

15 3. 유도전동기특성 3.3 비례추이특성 토오크곡선이 2 차저항에따라최대토오크는일정하게유지하면서이동하게된다. 설계시 2 차저항값을조정하여기동토오크의극대화가가능하다. ( 토오크모터 ) 15

16 3. 유도전동기특성 3.4 기동특성 ( 기동전류 ) [ 정격전압기동시 ] 中, 大용량의전동기에서는기동전류가흐를경우전동기또는전원시스템의손상이우려됨 기동전류를줄이는기동방법필요 ( 중, 대용량 ) ( 기동방법종류 ) 16

17 3. 유도전동기특성 3.5 제동특성 ( 속도 - 토오크곡선의확대 ) T 유도제동기 : 정격운전중인전동기의회전자계방향을바꾸면, s > 1 유도발전기 : 정격운전중인전동기의회전자계속도를줄이면, s < 0 17

18 3. 유도전동기특성 3.6 속도제어 속도제어 ( 동기속도제어 ) ( 슬립제어 ) 동기속도제어 슬립제어 주파수제어 [Frequency Cotrol] 극수제어 [Pole Change ] 1 차전압제어 [Voltage Cotrol] 2 차저항 / 여자제어 ( 권선형전동기에서만적용 ) 인버터 [Inverter] VVVF ( 주파수 / 전압제어 ) [Variable Voltage Variable Frequency] 인버터 [Inverter] 18

19 3. 유도전동기특성 3.6 속도제어 (1) 1 차전압제어 전동기토오크가공급전압의자승에비례함. 전압조정으로토오크를변화시켜속도가변 속도가변범위가작고낮은속도에서효율이저조 전압에대한속도변화의제어성이매우떨어짐 선풍기등의저가형가전기기등에서많이채용 19

20 3. 유도전동기특성 3.6 속도제어 (2) 주파수제어 동기속도는주파수에비례함인버터를이용한주파수변환으로동기속도가변 주파수를증가시키면자속이줄어토오크가감소고속영역에서제어성이떨어짐 실용적으로는인버터로 VVVF 방식으로활용 20

21 3. 유도전동기특성 3.6 속도제어 (3) VVVF 제어 주파수가변과함께전압가변병행일정자속에의해토오크가일정하게유지 최근인버터의발전으로가격대비제어성이높아져활용성이높아짐 21

22 4. 전동기명판이해 4.1 명판 (Motor Nameplate or Motor Rating Plate) 기재사항 (1) KS 규격 (KS C 4002) : 12. " 표시사항 기준 기기의명칭 제조자명 제조번호 제조년 형식 보호방식의기호 냉각방식의기호 정격출력 정격전압 정격회전속도 상수및주파수 정격의종류 절연의종류또는온도상승한도 냉매온도 해발 단자기호 접속명판 22

23 4. 전동기명판이해 (2) 명판기재사항설명 - Voltage (VOLTS) : 정격전압 (Rated voltage) 을의미하며, 일반적으로 ±10% 범위에서운전이가능함. - Frequency (Hz) : 정격주파수 (Rated frequency) 를의미하며, 우리나라는 60Hz 이며, 일반적으로 ±5% 범위에서운전이가능함. -Phase : 교류전원의상수이며, 통상단상또는삼상임. - Current (AMPS) : 정격전류 (Rated load curent) 를의미하며, 정격전압및주파수에서정격출력시에필요한전류를 ampere 로표시한것으로, Full-Load Amps (F.L.A) or Full-Load Current 임. - Locked-Rotor Amps (L.R.A) or Inrush Current : 전동기가기동되는순간에 Rotor 가회전하지않는 (locked) 상태이며이때흐르는전류를뜻하며, 농형유도전동기의기동전류는전부하전류의 % 정도임. 23

24 4. 전동기명판이해 (2) 명판기재사항설명 - RPM at rated load (RPM) : 정격회전수 (RPM at rated load) 는전동기에정격부하 / 정격출력을낼때의회전수를말하며 full-load speed 라고도하며, 명판에는주로 RPM(revolutions per minute) 이나 r -1 로나타냄. - Design : 토오크, 기동전류및 slip 과관련된전동기표준성능특성을나타내기위하여 NEMA 에서지정된문자로 A, B, C 및 D 의 4 가지 category 가있으며, 대부분의전동기는 Design B 임. (NEMA MG ) 명판에는대개 "Des", "NEMA Design" 이나 "Design" 으로표시함.. Design A : normal locked rotor torque, high locked rotor amps, slip %, injection molding machine 에사용. Design B : normal locked rotor torque, normal locked rotor amps, slip %, fan, blower, centrifugal pump, comp 에사용. Design C : high locked rotor torque, low locked rotor amps, slip 1-5 %, conveyor, crusher, reciprocating pump 에사용. Design D : high locked rotor torque, low locked rotor amps, slip 5-8 %, elevator,winch, shear 에사용 24

25 4. 전동기명판이해 (2) 명판기재사항설명 - Type : Manufacturer's type 은업계표준이없기때문에생산업체에따라사용방법이다양함. - Power Factor (P.F) : 역율 (power factor) 은전압과전류의위상차의크기를나타내는계수임. 유효전력 (active power) Watt P.F = = 피상전력 (apparent power) VA - Horsepower (HP) : 마력 (Horse Power) 은전동기의기계적인정격출력을표시하는하나의척도로, 정격출력은정격전압과주파수조건아래서연속적으로발생시킬수있는출력으로, 전동기가단위시간당수행할수있는일의양을나타내며, 회전수와토오크의곱으로결정되며단위는 KW 나 HP 가주로사용됨. 25

26 4. 전동기명판이해 (2) 명판기재사항설명 NEMA design 상세내용 [A] NEMA design 별회전자형상 [B] [C] [D] 26

27 4. 전동기명판이해 (2) 명판기재사항설명 - 효율 (EFF.) : 효율 (efficiency) 은출력의입력에대한비율이며 % 로표시되며, ( 입력 ) - ( 손실 ) = ( 출력 ) 의관계로표시됨. NEMA 규정에전동기명판에표시되는효율은명목효율 (NEMA nominal efficiency) 로, 유사한전동기들의평균효율을나타냄. - Service Factor(S.F.) : Service factor 는정격전압, 주파수및 Max. ambient temperature 에서허용가능한과부하용량을정격출력의비로나타내며, SF 가 1 이상이면전동기명판에표시하도록 NEMA 에규정되어있음. 하지만 SF 로운전하면전동기의온도가올라가서수명이단축되고아울러효율이저하하기때문에연속적으로사용한다는개념은아님. - 주변온도 (Maximum Ambient Temperature(MAX AMB, AMB)) : 전동기가설치되어있는주위공간의온도를말하며, 통상 max. amb. temp 는 40 C 임. - 고도 : 전동기명판에기록된성능을낼수있는최대고도 (Altitude) 임. 고도에따라공기밀도가감소, 냉각성능이저하하기때문에고지대에서는중요한성능요인이되며, 대개일반전동기는 3300 ft 까지임. 27

28 4. 전동기명판이해 (2) 명판기재사항설명 - Duty(Rating) : 전동기가과열되지않고안전하게명판상정격출력을낼수있는시간을말하며, 대개는연속운전용으로 "CONT"( 연속적, Continuous) 이나 valve actuator, crane, hoist 에사용되는전동기의경우는간헐운전 (intermittent) 용인것으로 15 분, 30 분, 60 분정격도있음. 그러나 IEC 에서는 Duty Cycle 을 S1 에서 S8 까지 8 가지로구분하고있음.. S1 - Continuous duty. The motor works at a constant load for enough time to reach temperature equilibrium.. S2 - Short-time duty. The motor works at a constant load, but not long enough to reach temperature equilibrium, and the rest periods are long enough for the motor to reach ambient temperature.. S3 - Intermittent periodic duty. Sequential, identical run and rest cycles with constant load. Temperature equilibrium is never reached. Starting current has little effect on temperature rise.. S4 - Intermittent periodic duty with starting. Sequential, identical start, run, and rest cycles with constant load. Temperature equilibrium is not reached, but starting current affects temperature rise.. S5 - Intermittent periodic duty with electric braking. Sequential, identical cycles of starting, running at constant load, electric braking, and rest. Temperature equilibrium is not reached.. S6 - Continuous operation with intermittent load. Sequential, identical cycles of running with constant load and running with no load. No rest periods.. S7 - Continuous operation with electric braking. Sequential, identical cycles of starting, running at constant load and electric braking. No rest periods.. S8 - Continuous operation with periodic changes in load and speed. Sequential, identical duty cycles of start, run at constant load and given speed, then run at other constant loads and speeds. No rest periods. 28

29 4. 전동기명판이해 (2) 명판기재사항설명 - Insulation Class(INSULCLASS, INS) : 전동기수명을좌우하는가장중요한인자는절연이며, 절연재의수명에영향을미치는인자는온도, 습도, 화학약품, 오일, 진동, 균류의성장과연마제입자등임. 절연이란도체에흐르는전류가원하지않는다른물체로흘러서전류가누설되는것을방지하기위하여도체를다른물체로부터격리 / 지지하는것이며, 절연계급 (insulation class) 은전동기가주어진운전온도에서수명 20,000 시간을달성할수있도록권선절연의내열등급을표시하는것으로 A, E, B, F, H 및 C 급이있음.. A class : Temperature Rating 105 C, Temperature Rise 60 C(NEMA, IEC). E class : Temperature Rating 120 C, Temperature Rise 75 C(IEC). B class : Temperature Rating 130 C, Temperature Rise 80 C(NEMA, IEC). F class : Temperature Rating 155 C, Temperature Rise 105 C(NEMA), 100 C(IEC). H class : Temperature Rating 180 C, Temperature Rise 125 C(NEMA, IEC). C class : Temperature Rating 180 C 이상, Temperature Rise 125 C 이상 주 1 : Ambient temperature 40 C 기준 Temperature Rating 에서 (Temperature Rise + 40) 을빼서나오는값이 Hot Spot Allowance 임. 주 2 : TEFC 나 TENV 전동기의 Temperature Rise 는표의값을적용할수없음. 주 3 : 전동기의운전온도를 temperature rating 보다 10 C 높일때마다전동기수명은 50% 씩줄어듬. 29

30 4. 전동기명판이해 (2) 명판기재사항설명 - Enclosure(ENCL) : 전동기를주위환경으로부터보호하는정도와전동기를냉각시키는방법에의해서전동기의외피를분류할때사용하는용어임. NEMA 에서는각각의 enclosure type 에보호하는정도와냉각방법을모두규정하고있으나, IEC 에서는보호정도는 IP(Ingress Protection) 번호, 냉각방법은 IC 번호에의해서따로구분하고있으며, 통상 "ENCL" 로표시함.. ODP(Open drip proof) : 방적형 ( 防滴形 ) 으로전동기측면에통기공이있어서전동기내부로공기유통은자유로우나, 수직 15 도이내각도에서떨어지는액체는전동기내부로들어갈수없는구조로습기가없으며, 깨끗하고, 환기가잘되는실내설치에적합. 옥외에설치할때는공기의흐름을방해하지않는보호덮개를설치해야함.. TENV(Totally Enclosed Non-Ventilated) : 전폐자냉형 ( 全閉自冷形 ) 으로공기가유통할수있는통기공이전혀없는전폐형이지만기밀 (air tight) 는아니며냉각은대류와복사현상만의존함. 더럽고습기가있는곳에사용하기적합하나방폭형은아님.. TEFC(Totally Enclosed Fan Cooled) : 전폐외선형 ( 全閉外扇形 ) 으로 TENV 와같으나전동기외부에 Fan 을부착하여이 Fan 이전동기외면에바람을불어서전동기를냉각시키는구조임.. TEAO(Totally Enclosed Air Over) : 전동기가구동하고있는송풍기나부로아가토출하고있는기류속에전동기가설치되며, 이기류가전동기를냉각시키는주요역할을하는구조임.. EXP(Explosion Proof) : 방폭형 ( 防爆形 ) 으로폭발성가스나분진이있는위험지역 (harzadous or explosive area) 에설치하는전동기로, 내부에서폭발성가스폭발이생긴경우에도용기가그압력을견디고또외부의폭발성가스에인화되지않아야함. 위험지역은 NEC (National Electrical Code) 에 Class 와 Group 으로분류되고있음. 30

31 4. 전동기명판이해 (2) 명판기재사항설명 - IEC 의 IP Rating : IEC 에 "First Characteristic Letter", "Second Characteristic Letter", "Additional Letter (Optional)" 와 "Supplementary Letter (Optional)" 의 4 가지문자 ( 숫자포함 ) 로표시함.. 제 1 기호 (First Characteristic Letter) : 고체입자나분진의침입으로부터의보호 0 : 보호없음 1: 크기가 50 mm 이상인고체로부터보호 ( 손의접근으로부터보호 ) 2 : 크기가 12 mm 이상인고체로부터보호 ( 손가락의접근으로부터보호 ) 3 : 크기가 2.5 mm 이상인고체로부터보호 ( 공구의끝으로부터보호 ) 4 : 크기가 1 mm 이상인고체로부터보호 ( 와이어등으로로부터보호 ) 5 : 분진으로부터보호 (Dust Protected) 6 : 분진으로부터완전히보호 (Dust Tight)( 회전기기에는적용되지않음 ). 제 2 기호 (Second Characteristic Letter) : 물로부터의보호 0 : 보호없음 1 : 연직으로떨어지는물방울로부터보호 2 : 연직에서 15 도이내의각도로떨어지는물방울로부터보호 3 : 연직에서 15 도이내의각도로떨어지는물방울로부터보호 4 : 모든방향으로비산되는물방울로부터보호 5 : 모든방향으로쏟아지는물방울 (Jet) 로부터보호 6 : 파도처럼강력하게모든방향으로쏟아지는물방울로부터보호 7 : 15 cm에서 100 cm사이의깊이의물에잠긴영향으로부터보호 8 : 물속에장기간잠긴영향으로부터보호 31

32 4. 전동기명판이해 (2) 명판기재사항설명. Additional Letter (Optional) : A, B, C, D 로손, 손가락, 공구, 와이어로부터의보호에관한것임.. Supplementary Letter (Optional) H : 고전압장비에대한보충정보 M : water test 중의움직임에대한보충정보 S : water test 중의정지상태에대한보충정보 W : 기후조건에대한보충정보 IP Rating 과 NEMA Enclosure 의개략적인비교. 방적형 (ODP) = IP23. 전폐외선형 (TEFC) = IP44 와대략비슷한성능임. - IEC 의 IC(International Cooling) Code : 전동기냉각방법에대해서는 IEC ( Rotating Electrical Machines) - Part 6 : Methods of cooling (IC code) 에서규정하고있으며 IC 와 2 자리수로구성되는데, 제 1 기호는냉각회로의구성에관한것이고, 제 2 기호는냉매를순환시키는동력을공급하는방법에관해서규정하고있으며다음과같이나타냄.. IC 01 : 자유통풍 (free circulation), 자력순환형 (self-circulation). IC 06 : 자유통풍, 독립적으로전동기에설치된송풍기등에의해서냉매이송. IC 11 : 입구관통풍 (inlet pipe ventilated), 자력순환형 32

33 4. 전동기명판이해 (2) 명판기재사항설명. IC 17 : 입구관통풍, 독립적으로분리설치된냉매가압장치. IC 21 : 출구관통풍 (outlet pipe ventilated), 자력순환형. IC 27 : 출구관통풍, 독립적으로분리설치된냉매가압장치. IC 31 : 양측관통풍 (inlet and outlet ventilated), 자력순환형. IC 37 : 양측관통풍, 독립적으로분리설치된냉매가압장치. IC 40 : 외피표면냉각, non-ventilated. IC 41 : 외피표면냉각 (frame surface cooled), 자냉형. IC 51 : 열교환기, 자력순환형 - Frame : NEMA 와 IEC 표준은 Frame 의축고 (Center height) 와길이등으로크기와전동기의주요치수를표시하기위하여문자 Code 를사용하고있으나, 둘사이에서어떤일정한규칙성을찾을수는없음. - Connection Diagram : KS 와 IEC 에서는의무사항이나 NEMA 에는언급이없지만, 대부분의유도전동기명판에는 connection diagram 이표시됨. - Space Heater : 온도변화로인하여전동기내부에과도한응축이일어날우려가있는곳 ( 습도가높은 ) 에서는전동기보호를위하여 Heater 를전동기내부에설치, 휴지시내부온도를주위온도보다 5-10 C 높게함. 33

ePapyrus PDF Document

ePapyrus PDF Document 전동기 (Electric Motor) 1. 전동기의분류 1) 전동기전원에의한분류 교류전동기 직류전동기 유도전동기 (induction motor) 동기전동기 (synchronous motor) 부러쉬부착전동기 (brush d.c. motor) 단상유도전동기 (single phase induction motor) 삼상유도전동기 (three phase induction