유도전동기 속도제어

속도제어란

유도전동기 속도제어는 주파수, 극수, 슬립을 바꿔 회전 속도를 원하는 값으로 조절하는 것이다.

회전자 속도는 동기속도에서 슬립만큼 줄어든 값이다.

제어 변수는 주파수, 극수, 슬립 세 가지뿐이다.

기본식

회전자계의 속도인 동기속도는 120f를 극수로 나눈 값이다.

상수 120은 분당 60초와 한 쌍의 극을 함께 반영한 값이다.

슬립은 동기속도와 회전 속도 차이를 동기속도로 나눈 비율이다.

두 식을 합치면 회전 속도 N_r은 (1-s)에 동기속도를 곱한 값이 된다.

농형과 권선형

전동기 형식에 따라 쓸 수 있는 속도제어 수단이 달라진다.

농형 회전자는 권선이 단락되어 외부에서 저항을 넣을 수 없다.

권선형은 슬립링을 통해 회전자 회로에 접근하므로 2차 저항과 2차 여자 제어를 쓸 수 있다.

계산 예제

극수 4, 주파수 60Hz이면 동기속도는 1800rpm이다.

슬립 0.03이면 회전 속도는 1800에 0.97을 곱한 1746rpm이다.

주파수를 30Hz로 낮추면 동기속도는 900rpm으로 절반이 된다.

전압과 주파수

주파수 제어에서 자속을 일정하게 두려면 V와 f의 비를 일정하게 유지한다.

주파수만 낮추면 자속이 증가해 포화되므로 전압을 함께 낮춘다.

기본 주파수를 넘으면 전압을 올릴 수 없어 자속이 줄고 토크가 떨어진다.

시험 포인트

농형은 회전자 회로에 외부 저항을 붙일 수 없어 2차 저항 제어가 불가능하다.

전압 제어는 토크가 전압의 제곱에 비례하므로 제어 범위가 좁다는 한계를 쓴다.

극수 변환은 권선 접속을 바꾸므로 속도가 단계적으로 변한다는 점을 명시한다.

권선형의 2차 저항 제어는 저속에서 슬립 손실이 커 효율이 떨어진다.

정리

앞의 문제 정답은 1710rpm이다. 동기속도 1800에 0.95를 곱한 값이다.

속도제어는 N_r = (1-s) × 120f/p로 정리되며 농형과 권선형의 수단이 다르다.

시험에서는 기본식과 두 형식의 제어 수단을 함께 쓰면 된다.