동기전동기 운전 특성

도입

동기전동기는 회전자가 회전자계와 같은 속도로 도는 교류전동기다.

부하가 바뀌어도 속도가 변하지 않아 대용량 펌프와 압축기 구동에 쓰인다.

시험에서는 기동법, 안정 운전, V곡선이 함께 반복해서 출제된다.

동기속도

동기속도는 고정자 권선이 만드는 회전자계의 회전속도다.

극수 p와 주파수 f로 Ns는 120f/p rpm이다. 주파수에 비례하고 극수에 반비례한다.

예를 들어 60Hz, 4극이면 1800rpm이다. 부하가 바뀌어도 이 속도는 그대로다.

구성요소

동기전동기는 고정자, 계자, 제동권선, 직류 여자기로 구성된다.

고정자는 3상 교류로 회전자계를 만들고, 계자는 직류로 자극을 만든다.

제동권선은 회전자 표면의 농형 권선이다. 기동 토크를 만들고 난조를 억제한다.

기동 절차

기동은 제동권선을 농형 회전자처럼 써서 시작한다.

고정자에 3상 전압을 가하고 계자 회로는 열어 둔다. 유도 토크로 동기속도 근처까지 올라간다.

슬립이 작아지면 직류 여자기로 계자에 직류를 공급한다. 자극이 회전자계에 끌려 들어간다.

정지 상태에서는 기동 토크가 0이다. 그래서 제동권선이나 보조 기동이 필요하다.

난조와 탈조

난조는 부하 변동으로 회전자가 동기속도 주위에서 진동하는 현상이다.

탈조는 부하가 탈출토크를 넘어 동기가 풀리고 정지하는 현상이다.

난조는 제동권선의 제동 토크가 진동을 감쇠시켜 막는다.

탈출토크는 역률 1 기준 정격 토크의 약 150%다. 진상 0.8이면 175~200%다.

V곡선

V곡선은 계자 전류에 대한 전기자 전류의 곡선이다. 위상특성곡선이라고도 부른다.

전기자 전류가 최소가 되는 점이 역률 1이다. 이 점이 V곡선의 최저점이다.

과여자는 진상 역률이고 과소여자는 지상 역률이다. 두 방향을 반대로 쓰면 틀린다.

정답과 정리

정답은 진상이다. 과여자는 진상 역률, 과소여자는 지상 역률이다.

동기속도 Ns=120f/p는 부하와 무관하게 일정하다.

기동은 제동권선으로 가속한 뒤 계자를 여자해 인입한다.

탈조는 탈출토크 초과로 생긴다. V곡선 최저점은 역률 1이다.