유도전동기 속도제어 방법

1. 개 요

□ FAN, Pump, 공조기 등 유도전동기 운영시 필요에 의해서 또는 에너지절약을 위해서 속도제어를 해야할 필요성이 있다.

□ 이에 유도전동기에서 가능한 속도제어 방법을 기술한다.

2. 유도전동기 회전속도

□ 유도전동기 회전 속도(Ns)

( P:극수, f:주파수, Ns:동기속도, s:슬립)

□ 전동기의 속도를 변화시키려면 전동기의 극수 P, 전원주파수 f, 슬립 s를 변경하여야 한다.

3. 속도제어 방법

가. 극수변환제어

1) 종 류

① 논리 극변환법 : 단순히 코일 결선을 바꿔줌으로써 가능하며 2:1 비율로만 속도제어 가능(4극→2극)

② 다중권선법 : 극수가 다른 권선을 미리 감아두어 속도제어를 할 수 있으나, 전동기 크기와 비용이 상승

⇒

2) 특 징 : 간단하고 고효율이나 세밀한 속도제어가 어려움

3) 적 용 : 공작기계, 송풍기 등

나. 1차측 전압제어(VVCF)

1) 제어원리 : 유도전동기의 슬립이 일정하다면 토크는 1차 전압의 제곱에 비례하므로 1차 전압을 조정하여 속도 제어

→ 단권변압기, 싸이리스터, 인버터를 사용하여 전압 조정

▷ 토크는 전압의 제곱에 비례하므로 전압이 낮아진다면 토크곡선도 변한다. 변경된 토크곡선과 부하토크 곡선이 만나는 Slip 즉 속도도 변경된다

2) 특 징 : 속도제어범위가 좁고, 저속에서는 Slip이 증가하여 효율이 감소한다. 회로구성이 간단하여 소형 Fan, Pump에 사용된다.

다. 2차측 저항제어(비례추이)

1) 제어원리 : 유도전동기의 비례추이 특성을 이용하여 2차측 저항에 저항을 삽입하여 저항을 변화시켜 속도 제어

※ 비례추이 – 권선형전동기에서 외부 저항의 크기에 따라 최대 토크는 좌측으로 이동하지만, 최대 토크는 동일하며, 기동 토크는 커진다.

2) 특 징 : 권선형 유도전동기에서 저항의 삽입으로 속도를 제어하나, 효율의 저하로 통상적으로 짧은 시간에만 적용

라. 주파수 / 전압 제어(VVVF)

1) 제어원리 : 인버터를 사용하여 주파수, 전압 조정으로 속도 제어

※ 주파수, 전압 동시 제어 이유

▷ 주파수만 증가시킬 경우 철심 포화영역에 진입하게 되면 고정자전류가 매우 증가, 철손 및 고정자 동손 증가   ▷ 따라서 고정자 전압은 주파수에 비례하여 감소 필요(정토크 운전)

2) 특 징

① 속도제어 범위가 넓고, 저속에서도 고효율 운전 가능

② 속도제어 자동화 가능

③ 제곱(2승)저감토크부하에 적용시 에너지 절감 효과가 큼

마. 2차 여자제어

1) 제어원리 : 유도전동기의 2차 회로에 전압 V를 가하여 2차 회로에 걸리는 전압을 (sE2-V)로 하여 속도를 제어하는 방법

→ 2차 기전력에 전압 V를 반대 방향으로 가하면 2차 전류는 일정하게 유지하기 위해 (sE2-V)도 일정하게 된다. 따라서 전압 V를 크게 하면 sE2의 값이 커져야 하므로 슬립이 증가하여 속도는 감소하고 반대로 전압 V를 적게 하면 속도는 증가한다.

2) 특 징

① 인가전압에 따라 광범위하게 속도제어 가능

② 계자를 제어하는 크레머 방식과 인버터의 제어각을 변화시키는 세르비어스 방식이 있다.

③ 대용량 압연기, 펌프, 송풍기 등에 사용된다.

바. 벡터제어

1) 제어원리 : 유도전동기의 1차측에 공급되는 전류를 자속성분 전류와(Id) 토크성분 전류(Iq)로 분리하여 독립적으로 제어하는 방법

2) 종 류 : 회전자 자속의 위치를 찾는 방법에 따라 직접벡터제어와 간접벡터제어로 구분

3) 특 징

① 직류전동기와 유사한 수준의 고정밀, 순시토크 제어 가능

② 속도제어 범위가 V/f제어보다 넓음

③ 구성 및 제어가 복잡하여 범용으로 이용이 어려움