유도전동기의 2차여자법

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 8번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2010년 1차 · 2012년 1차 · 2015년 1차 · 2016년 3차 · 2018년 2차 · 2018년 3차 · 2020년 3차 · 2021년 3차

2 쉬운 설명

2차 여자법은 권선형 유도전동기의 2차(회전자) 회로에 2차 주파수와 같은 주파수의 전압을 외부에서 가해 속도를 바꾸는 속도제어법이다. 가하는 전압은 적당한 크기와 적당한 위상으로 맞추어 준다(2018-04-28 시행 50번).

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이 장에서는 2차 회로에 외부에서 가하는 전압을 $E_{c}$ , 회전자가 돌 때 2차 권선에 유도되는 기전력을 $sE_{2}$ 로 쓴다. 여기서 $s$ 는 슬립으로, 회전자의 속도가 동기속도보다 얼마나 늦은지를 나타내는 비율이다. 회전자 회로에는 슬립에 비례하는 주파수의 전압이 생기므로 외부 전압도 이 주파수로 가한다. 외부 전압의 크기와 위상을 조절하면 슬립이 달라지고, 슬립이 달라지면 속도가 바뀐다.

2차 여자법은 권선형 유도전동기에만 쓸 수 있다. 권선형은 회전자(2차) 권선이 슬립링을 통해 밖으로 나와 있어 2차 회로에 외부 전압을 넣을 수 있다. 농형은 회전자가 도체 막대로만 이루어져 외부에서 전압을 넣을 권선이 없으므로 2차 여자를 할 수 없다(2010-03-07 시행 46번). 같은 슬립링 연결을 쓰더라도 저항을 넣는 것과 전압을 가하는 것은 다른 방법이다. 2차 회로에 저항을 달아 속도를 바꾸는 것은 2차 저항 제어법이고, 외부에서 전압을 가하는 것이 2차 여자법이다.

저항을 넣는 방법과 전압을 가하는 방법은 효율에서도 갈린다. 2차 저항 제어는 저항에서 열로 전력이 사라져 2차 저항손이 매우 커지고 효율이 낮아지지만, 2차 여자법은 슬립 전력(회전자 쪽에서 나오는 전력)을 이용하므로 효율이 좋다(2018-08-19 시행 53번). 또 2차 여자법은 가하는 전압의 위상을 조정하면 역률을 개선할 수 있다(2018-08-19 시행 53번).

2차 여자법은 동기속도 이하의 속도를 넓은 범위에서 제어할 수 있다(2012-03-04 시행 58번, 2018-08-19 시행 53번). $sE_{2}$ 와 같은 위상의 $E_{c}$ 를 2차에 가하는 경우(2016-08-21 시행 45번)를 보면, 같은 위상의 $E_{c}$ 가 더해지면 같은 2차 전류를 유지하는 데 필요한 $sE_{2}$ 가 작아져 슬립 $s$ 가 줄고 속도가 오른다. $E_{c}$ 를 더 키우면 $s$ 가 0 을 지나 음수가 되어 회전자가 동기속도를 넘어 돌 수 있고, 이때 회전 방향은 회전자계와 같은 방향 그대로다.

2차 쪽에서 나오는 전력(슬립 전력)을 열로 버리지 않고 다시 쓰는 2차 여자법으로 크레머 방식과 세르비우스 방식이 있다(2020-09-26 시행 55번). 크레머 방식은 2차 단자에서 나오는 전력을 직류전동기를 돌리는 동력으로 바꾸어 주 전동기의 축에 기계적으로 보탠다(2021-08-14 시행 58번). 세르비우스 방식은 이 전력을 정류기로 직류로 바꾼 뒤 인버터로 다시 교류로 만들어 전원측에 되돌려 보낸다. 그래서 「전력의 일부를 전원측에 반환할 수 있는」 방식은 세르비우스 방식이고, 「2차 단자에서 나오는 전력을 동력으로 바꿔 직류전동기에 가하는」 방식은 크레머 방식이다.

3 이 개념이 나온 기출문제

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

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 저항을 넣으면 2차 저항 제어법 · 전압을 가하면 2차 여자법.

암기팁 동력으로 바꾸면 크레머 · 전기로 되돌리면 세르비우스 (「반환」은 세르비우스).

함정 주의 보기가 2차 여자법의 특징인지 2차 저항 제어의 특징인지를 가려 읽는다. 저항을 넣는다거나 2차 저항손이 커져 효율이 낮아진다는 서술은 2차 저항 제어 쪽이고, 2차 여자법은 권선형 · 속도 넓게 제어 · 역률 개선 · 효율이 좋다는 쪽이다.

2차 여자법은 권선형 유도전동기에만 쓴다. 슬립링으로 2차 권선이 밖에 나와 있어야 하고, 농형은 외부 전압을 넣을 권선이 없어 2차 여자를 할 수 없다. 「권선형 전동기에 한하여 이용된다」는 맞는 설명이다.
저항을 넣으면 2차 저항 제어법, 전압을 가하면 2차 여자법이다. 「슬립링을 부착하고 속도 제어용 저항을 넣는다」는 2차 여자법의 설명이 아니라 2차 저항 제어법의 설명이므로, 2차 여자법에 대한 설명으로는 틀린 보기다.
「2차 저항손이 매우 커지며 효율이 저하된다」는 2차 저항 제어의 특징이다. 2차 여자법은 슬립 전력을 이용하므로 효율이 좋다. 한편 「동기속도 이하로 광범위하게 제어할 수 있다」「역률을 개선할 수 있다」는 2차 여자법에 대해 맞는 설명이고, 역률은 가하는 전압의 위상을 조정해 개선한다.

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전력을 동력으로 바꾸어 직류전동기에 가해 축에 보태면 크레머 방식, 정류기와 인버터를 거쳐 전원측으로 되돌려 보내면 세르비우스 방식이다. 「전원측에 반환」을 묻는 보기에서는 크레머 방식이 아니라 세르비우스 방식을 고른다.
회생방식(전동기를 발전기처럼 써서 전력을 전원으로 되돌리는 제동 방법)과 플러깅방식(회전 방향을 반대로 걸어 급제동하는 방법)은 2차 여자법이 아니다. 극수 변환 제어(고정자 권선의 극수를 바꾸어 동기속도를 바꿈)와 1차 전압 제어도 외부에서 2차 회로에 전압을 가하는 방식이 아니다. 2차 저항 가감법은 2차(회전자) 쪽 슬립 전력이 열로 버려진다.
$sE_{2}$ 와 같은 위상의 $E_{c}$ 를 2차에 가하면 슬립이 줄어 속도가 오르고, $E_{c}$ 가 충분히 크면 회전자계와 같은 방향으로 동기속도 이상으로도 돈다. 회전 방향은 바뀌지 않는다. 한편 정류자형 주파수 변환기를 유도전동기 축에 직결해 쓸 때는 속도제어 범위가 동기속도 상하 10~15 % 정도라고 한다(2010-03-07 시행 46번).

5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다

2012년 1차 전기기기 58번 — 2차 여자법의 틀린 설명유도 전동기의 2차 여자제어법에 대한 설명으로 틀린 것은?옳지 않은 것 고르기해설 보기 →2018년 3차 전기기기 53번 — 2차 여자제어법의 틀린 설명유도전동기의 2차 여자제어법에 대한 설명으로 틀린 것은?옳지 않은 것 고르기해설 보기 →2021년 3차 전기기기 58번 — 직류전동기에 가하는 방식권선형 유도전동기의 2차 여자법 중 2차 단자에서 나오는 전력을 동력으로 바꿔서 직류전동기에 가하는 방식은?옳은 것 고르기해설 보기 →

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

2차 여자법

2차 회로에

sE_{2}

와 같은 위상의 전압을 가하면 슬립이 줄어 속도가 올라가고, 충분히 크면 동기속도 이상으로 운전한다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 2문항이 인용

권선형 유도전동기의 2차여자법

2차 전력을 기계적 동력으로 바꿔 축에 더하면 크레머방식, 전기적으로 전원에 되돌리면 세르비우스방식이다.