유도전동기의 Y - △ 기동법, 리액터 기동법

【 Y - △ 기동법 】

 

농형 유도전동기는 권선형 유도전동기와는 다르게 외부저항을 연결해 줄 수 없는 구조로

되어 있다. 그래서 '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

기동이 가능하다.

기동법은 다양한 종류가 있는데 그중 Y-△ 기동법에 대해 알아보자

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1. Y - △ 기동법의 효과

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농형 유도전동기의 경우 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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그러면 기동전류는 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.

Y-△기동법 결선도

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회로에서

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

Y-△기동법 결선도1

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

    (=△결선으로 기동한다)

Y-△기동법 결선도2

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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-△기동법 결선도4

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.

Y-△기동법 결선 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.

 

【리액터 기동법】

 

'리엑터 기동법'은 농형 유도전동기 감전압 기동법 중 하나이다.

기동법을 사용하는 이유는 모터 기동시 기동전류를 낮춤으로써

배전선상의 전압강하를 낮춰서 다른 설비들의 이상동작, 고장을 방지시킬 수 있을

뿐만 아니라 자기의 열적인 부담도 낮출 수 있기 때문이다.

'리엑터 기동법'에 대해 알아 보자

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1. 유도전동기 리엑터 기동법 구조

리액터 기동법 개념도

리엑터 기동법은 위와같은 구조를 만들어 기동하는 방법이다.

농형 유도전동기의 경우 권선형 유도전동기처럼 외부저항을 연결할 수 없기 때문에

전압제어 방법을 사용한다.

모터 앞단에 리엑터를 위치 시키면 전압제어가 가능하다.

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모터내부에도 리엑터가 존재하기 때문에 모터 앞단에 놓은 리엑터의 값에 따라서

전압제어가 가능하다.

앞단에 있는 리엑터 값과 모터 내부의 리엑터값에 의해서 '전압분배'가 이루어진다.

앞단에 놓은 리엑터 값에 따라서 전압값을 조정하면

기동전류와 기동토크 값을 변화시킬 수 있다.

(토크는 전압의 제곱에 비례한다. 전류는 전압에 비례한다)

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기동시작시에는 조정된 전압값을 이용하고 모터 속도가 점점 증가하여

정격속도에 가까워지면 스위치를 닫아서 앞단의 리엑터를 거치지 않고

정격전압을 모터에 투입하여 기동하게 된다.

2. 리엑터 기동법에서 기동전압, 기동전류, 기동토크

​리엑터 기동법에서 기동전압, 기동전류, 기동토크의 변화를 구체적으로 확인해 보면

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리엑터 값을 조정하여 모터의 기동전압을 30%까지 낮춘다고 생각해 보면

(리엑터 탭을 30%로 설정)

⇒ 기동전류는 30%로 감소한다 (기동전압과 비례하여 감소)

⇒ 기동토크는 9%로 감소한다. (기동전압 감소의 제곱에 비례하여 감소

- 토크는 전압의 제곱에 반비례하기 때문)

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기동전압 = 정격전압 × a = 정격전압 × 0.3

기동전류 = 정격전압에서의 기동전류 × a = 정격전압에서의 전류 × 0.3

기동토크 = 정격전압에서의 토크 × a2 = 정격전압에서의 기동토크 × 0.32

= 정격토크 × 0.09

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기동전류는 기동전압에 비례하여 감소하지만 기동토크는 제곱만큼 감소하므로

기동전압 감소시 기동전류에 비해 기동토크가 현저히 감소하게 된다.

그러므로 큰 용량의 모터를 가동하기에는 기동토크의 부족으로 사용에 적합하지 않다.

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3. 리엑터 기동법의 특징

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와이델타 (Y-△) 기동법과 비교했을 때

와이델타 기동법은 Y결선과 △결선의 상전압, 선간전압 차이를 이용하기 때문에

감소되는 전압값이 일정하다.

(기동전압 1/√3 배 감소함에 따라 기동전류, 기동토크는 1/3로 감소한다)

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하지만 리엑터 기동법은 모터 앞단에 연결한 리엑터의 값을 어떤 값으로 하냐

(리엑터 탭을 어떤 값으로 설정하냐)에 따라서 감소되는 전압값을 조정할 수 있다.

기동전압 값의 변화에

따라서 기동전류와 기동토크값 역시 달라진다.

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또한 리엑터 기동법은 모터의 회전속도가 빨라질 수록 전압이 점점 증가하는 특징이 있다.

전압이 점점 증가하므로 토크가 점점 증가하게 된다.

토크가 점차적으로 증가하므로 부드러운 회전이 가능하다.

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Y-△기동법은 용량이 크지 않은 소형기에 맞는 기동법인데

리엑터 기동법은 와이델타 기동법 보다는 좀 더 큰 용량에 적용이 가능하다.

좀 더 큰 용량 ex : 팬, 송풍기, 펌프 등