유도전동기의 속도제어법

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 8번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2012년 1차 · 2013년 1차 · 2015년 1차 · 2016년 2차 · 2016년 3차 · 2017년 3차 · 2019년 1차 · 2019년 3차

2 쉬운 설명

유도전동기의 속도제어법은 속도식 $N=(1-s)\frac{120f}{P}$ 에서 주파수 $f$ , 극수 $P$ , 슬립 $s$ 가운데 하나를 바꾸어 회전속도 $N$ 을 조절하는 방법이다. 슬립은 회전자가 동기속도보다 얼마나 뒤처지는지의 비율이다. 이 장에서는 극수를 $P$ 로 쓴다(문항에 따라 소문자 $p$ 로 적기도 한다).

5문단 · 상세한 내용보기접어서 간단히 보기

속도식의 세 양 $f$ · $P$ · $s$ 가운데 무엇을 바꾸느냐로 방법이 나뉜다. $f$ 를 바꾸면 주파수 제어, $P$ 를 바꾸면 극수 제어(극수 변환)이고, 가하는 전압을 바꾸어 슬립을 조절하는 것이 전압 제어이다. 슬립을 저항으로 조절하는 방법은 회전자(2차) 쪽에 저항을 넣는 2차 저항법이다. 반면 1차 쪽에 저항을 넣는 1차 저항법은 속도제어법으로 분류되지 않는다(2019-03-03 시행 46번 해설).

어느 방법을 쓸 수 있는지는 전동기 종류로 갈린다. 「농형에 주로 사용되는 속도제어법」을 묻는 문항의 보기 네 가지 가운데 회전자 회로를 건드리는 방법은 2차 저항 제어, 2차 여자 제어, 종속 접속이고, 고정자 쪽을 건드리는 방법은 극수 변환이다. 농형은 회전자 회로를 밖에서 건드릴 수 없으므로 고정자 쪽 방법인 극수 변환이 농형에 주로 쓰인다. 2차 저항 제어는 회전자 회로에 저항을 달아야 해서, 종속 접속은 한 대의 회전자 회로를 다른 대의 고정자에 이어야 해서, 2차 여자 제어는 회전자 회로에 슬립 주파수의 전압을 넣어야 해서 권선형에 쓴다(2013-03-10 시행 49번 해설). 종속 접속은 문항에 따라 「종속 제어법」이라고도 적힌다. 농형에는 극수 변환 외에 주파수 제어와 1차 전압 제어도 쓴다(2017-08-26 시행 45번 해설).

1차 전압을 SCR 로 바꾸는 방식에서는 SCR 이 교류의 한 주기 중 켜지는 시점, 곧 위상각(점호각)을 게이트 신호로 정한다. 켜지는 시점을 늦추면 전압이 걸리는 시간이 짧아져 전압의 실효값이 작아지고, 이렇게 1차 전압이 바뀌면 유도전동기의 토크와 속도가 따라서 바뀐다. 위상각을 늦추면 속도가 떨어진다. SCR 이 직접 바꾸는 양은 위상각뿐이고, 토크와 전류는 그 결과로 달라지는 양이며 주파수는 그대로이다(2016-08-21 시행 48번 해설).

인버터로 주파수를 바꾸어 속도를 제어할 때는 1차 전압 $V_{1}$ 도 1차 주파수 $f_{1}$ 에 비례시켜 공급한다. 유도기전력 $E$ 는 주파수와 자속 $\phi$ (철심을 지나는 자기장의 양)의 곱에 비례하고, 공급 전압 $V_{1}$ 이 $E$ 와 거의 같으므로 $\phi\propto\frac{V_{1}}{f_{1}}$ 이다. 따라서 $\frac{V_{1}}{f_{1}}$ 를 일정하게 하면 자속이 일정하다. 주파수만 낮추고 전압을 그대로 두면 자속이 커져 철심이 포화되고, 주파수를 높이면서 전압을 그대로 두면 자속이 줄어든다(2019-03-03 시행 51번 해설).

VVVF 는 가변전압 가변주파수(Variable Voltage Variable Frequency)의 약자로, 인버터가 전압과 주파수를 함께 바꾸어 교류 전동기의 속도를 조절하는 방식이다. 유도전동기의 회전속도는 동기속도 $N_{s}=\frac{120f}{P}$ 를 따르므로 주파수를 바꾸면 속도가 바뀌고, 이때 전압도 같은 비율로 바꾸어 자속이 변하지 않게 한다. 직류 전동기는 주파수가 없는 직류 전원으로 돌므로 이 방식의 대상이 아니다. 「VVVF 제어방식으로 알맞은 전동기」를 묻는 문항에서 정답은 유도전동기이다(2012-03-04 시행 46번, 2016-05-08 시행 58번).

3 이 개념이 나온 기출문제

해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 농형 속도제어는 극수 변환 / 2차 저항·2차 여자·종속 접속은 권선형.

암기팁 속도제어: 주파수

f

· 극수

P

· 슬립

s

(전압·2차 저항) — 1차 저항법은 없다.

함정 주의 SCR 로 1차 전압을 제어할 때 SCR 이 직접 바꾸는 양은 켜지는 시점인 위상각이다. 토크·전류는 그 결과로 달라지는 양이고, 주파수는 바뀌지 않는다.

속도식 $N=(1-s)\frac{120f}{P}$ 에서 $f$ (주파수 제어), $P$ (극수 제어), $s$ (전압 제어·2차 저항 제어로 슬립 조절)를 바꾸는 방법이 속도제어법이다.
「농형 유도전동기에 주로 사용되는 속도제어법」의 답은 극수 변환(극수 제어)법이다. 2차 저항 제어·2차 여자 제어·종속 접속(종속 제어)은 회전자 회로에 접근해야 하는 권선형의 방법이다.
「3상 유도전동기의 속도제어법으로 틀린 것」: 1차 저항법이 틀린 보기이다. 극수 제어법·전압 제어법·주파수 제어법은 맞는 속도제어법이다.

체크리스트 더 보기 3개 더체크리스트 접기

「유도전동기의 1차 전압 변화에 의한 속도제어 시 SCR 로 변화시키는 것」은 위상각(점호각)이다. 토크와 전류는 전압을 바꾼 결과로 달라지는 양이고, 주파수를 바꾸는 방식은 1차 전압 제어가 아니라 주파수 제어이다.
인버터 속도제어에서 1차 주파수에 비례하여 1차 전압을 공급하는 이유는 자속을 일정하게 하기 위해서이다( $V_{1}$ 은 1차 전압, $f_{1}$ 은 1차 주파수이며 $\frac{V_{1}}{f_{1}}$ 일정).
VVVF(가변전압 가변주파수) 제어는 유도전동기의 속도제어에 쓴다. 직류 전동기는 주파수가 없는 직류 전원으로 돌므로 대상이 아니다.

5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다

2013년 1차 전기기기 49번 — 농형에 주로 쓰는 속도제어농형 유도 전동기에 주로 사용되는 속도 제어법은?옳은 것 고르기해설 보기 →2016년 3차 전기기기 48번 — SCR 1차 전압 제어의 변화량유도전동기의 1차 전압 변화에 의한 속도 제어시 SCR을 사용하여 변화시키는 것은?옳은 것 고르기해설 보기 →2019년 1차 전기기기 46번 — 속도제어법이 아닌 것3상 유도전동기의 속도제어법으로 틀린 것은?옳지 않은 것 고르기해설 보기 →

6 이론 근거 — 정의가 곧 정답입니다항목 6개 · 눌러서 펼치기눌러서 닫기

유도 전동기의 주파수 제어

유도 전동기의 회전속도는

N=\frac{120f}{P}(1-s)

로 주파수

f

에 비례하므로 주파수 제어로 속도를 바꾼다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 9문항 중 2문항이 인용

유도전동기의 속도

N=(1-s)\frac{120f}{P}

이므로

f

P

s

를 바꾸어 속도를 조절한다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 9문항 중 2문항이 인용

유도전동기의 속도 제어

농형은 극수 변환 등 고정자 쪽 방법으로, 권선형은 2차 저항·2차 여자·종속 접속 등 회전자 쪽 방법으로 속도를 제어한다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 9문항 중 2문항이 인용

SCR 위상 제어

SCR 의 점호각을 바꾸면 전압의 실효값이 달라져 유도 전동기의 1차 전압과 속도를 제어한다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 9문항 중 1문항이 인용

유기기전력과 자속의 관계

E\propto f\phi

이므로

\phi\propto\frac{V_{1}}{f_{1}}

이고,

\frac{V_{1}}{f_{1}}

를 일정하게 하면 자속이 일정하다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 9문항 중 1문항이 인용

유도전동기의 속도제어

동기속도

N_{s}=\frac{120f}{P}

이므로 주파수

f

·극수

P

·슬립

s

를 바꾸어 속도를 제어한다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 9문항 중 1문항이 인용

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