전동기의 Y - △ 기동법

농형 유도전동기는 권선형 유도전동기와는 다르게 외부저항을 연결해 줄 수 없는 구조로

되어 있다. 기동시 전압과 전류를 자체적으로 전압을 조정하기 힘들다.

따라서 기동시 과전류나 과압압에 의한 전동기의 기계적, 전기적 충격을 완화하기 위해

별도의 '기동법'을 사용해야 한다.

기동법을 사용하지 않으면 모터 기동시 바로 정격전압이 투입되고

큰 기동전류, 기동토크에 의해서 모터의 손상 또는 배전선상의 전압강하를 야기해서

같은 배전선에 물려있는 다른 설비들에도 손상을 줄 수 있다.

기동법을 사용하면 전압을 단계적으로 올려서 모터나 배전선에 무리가 가지 않게

기계적, 전기적 충격없이 기동이 가능하게 한다.

기동법은 다양한 종류가 있는데 그중 Y-△ 기동법에 대해 알아보자

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1. Y - △ 기동법의 효과​

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농형 유도전동기의 경우는 권선형 유도전동기처럼 외부저항을 연결할 수 없기 때문에

2차저항을 조절할 수 없다.

Y - △기동법에서는 저항을 조정하는 대신 전압을 조정하여 기동전류와 기동토크를

줄일 수 있다. 토크는 전압의 제곱과 비례하고 전류는 전압과 비례한다.

그러므로 전압을 조정하면 기동토크와 기동전류에 변화가 생긴다.

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Y - △기동법을 이용하면 기동전압을 1/√3 배로 줄일 수 있다.

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Y-△ 기동법을 사용하면 전압이 1/√3 배로 줄어 들게 되고 전류는 전압에

비례하게 되므로 기동전류도 1/√3 배로 감소한다.

(전압, 전류는 비례하니까 모터 권선 내부 전류는 1/√3배로 줄고,

여기서 말하는 기동전류는 선전류, 즉 전압강하에 기여하는 전류이다)

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기동토크는 1/3로 감소한다.

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기동전류와 기동토크가 줄면서

(1) 배전계통에 전압강하가 발생하지 않는다.

(2) 전동기에 열적인 손상이 오지 않게 된다.

(3) 모터에 급격한 기동토크로 인한 기계적인 손상이 오지 않게 된다.

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2. Y - △ 기동법에서 전압조정 방법

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(1) 모터 기동시에는 Y결선으로 기동하다가 (2) 모터가 정격속도에 도달하면

   △결선으로 기동한다.

   기동시에는 Y결선으로 기동을 하여 전동기의 상전압을 1/√3로 강압하여

   운전하다가 전동기의 속도가 어느정도 상승하게 되면 △결선으로 변환하여

   상전압을 상승시켜 정상적인 전압에 의해 전동기를 운전하게 된다.

Y-△ 기동법 결선도

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회로에서

(1) MC(Y)가 닫힌 상태로 기동하다가(= Y결선으로 기동하다가)

   아래 그림과 같이 기동시에는 Y결선으로 운전을하여 전동기의 상전압을 낮추어

   운전을 하여 기동시 과전류에 의한 전기적 충격을 완화시켜 준다. 

Y-△ 기동법 결선도

(2) 정격속도 근처에 도달하면 MC(Y)를 열고 MC(D)를 닫아서 정격전압을 넣는다.

     (=△결선으로 기동한다)

     Y결선으로 운전을 하여 전동기가 어느 정도 속도를 내게 되면 결선을 △결선으로 변환하여

     전동기에 정상적인 전압을 걸어 주게 된다.

Y-△ 기동법 결선도

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이런 과정을 거치게 되면 기동시에 전압을 낮춰서 기동전류와 기동토크를 줄일 수 있다.

다만, Y결선에서 △결선으로 스위칭되는 부분이 여러단계가 아니라 두단계로 진행되므로

부드럽게 진행되지 않고 전류, 토크가 급격하게 바뀌게 된다.

또한 스위치를 열고 닫으면서 개폐서지에 의한 손상이 발생할 수 있다는 단점이 있다.

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3. Y-△ 기동시 전압이 1/√3배로 작아지는 이유

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Y결선에서의 상전압은 선간전압의 1/√3 배이다.

△결선은 상전압과 선간전압의 크기가 같다.

Y-△ 결선도

위 그림의 1차측은 Y결선이고 2차측은 △결선이다.

Y결선에서 상전압 V[A]를 보면 선간전압 V[AB]와는 화살표가 다른 곳을

찍고 있는 것을 볼 수 있다.

△결선에서 상전압 V[a]를 보면 선간전압 V[ab]와 화살표 방향이 같은

지점을 가리키고 있는 것을 볼 수 있다.

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그러므로 Y결선의 상전압과 선간전압은 다르고

△결선의 상전압과 선간전압은 같다.

벡터도

Y결선의 선간전압과 상전압의 크기를 페이저도로 비교해 보면 위와 같다.

상전압 V[A]는 선간전압 V[AB]의 1/√3배 임을 알 수 있다.

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그러므로

기동시 Y결선으로 기동하게 되면 모터에 걸리는 전압은 상전압으로 선간전압의

1/√3배인 전압이 걸린다.

그러면 1/3배의 기동전류, 기동토크를 얻게 된다.

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이 후 정격속도에 가까워져서 스위칭하여 △결선으로 기동하게 되면

선간전압이 상전압에 그대로 걸리게 된다.

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전동기 기동시작시에는 Y결선을 이용하여 낮은 전압을 입력하여 안정적으로 기동하고

전동기가 정격속도에 도달하면 △결선을 이용하여 본래의 전압을 공급하는 방법이

'농형 유도전동기 Y-△기동법'이다.

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