강의노트 속도제어

속도제어

• 유도전동기는 큰 속도제어가 요구되는 응용에 좋은 전동기

• 속도제어기술 :

  • 동기속도 변화
  • 전동기의 슬립을 변화

• 농형

  • 극수변환법
  • 주파수변환법
  • 전압제어법,

• 권선형

  • 2차저항제어법
  • 2차여자법(슬립제어)

동기속도 변화

극수 변화 :

• 논리극 변환법 → 단점 : 속도가 항상 2:1 비율
• 다중의 고정자권선
• 권선형 : 고정자 극수를 바꾸면 회전자는 바꿔줘야함
• 농형 : 고정자의 극수를 바꾸면 회전자는 자동적으로 같은 극수로 전환
• 공작기계, 권상기, 송풍기

주파수 변화 :

• 기본속도(동기속도)의 위아래로 전동기의 속도를 조정하는 것이 가능
• 안전한 구동을 위해 전동기의 일정한 전압과 토크제한을 유지하는 것이 중요
• $V = 4.44 f N\Phi K_{\omega}$,
• $\Phi\propto\dfrac{V}{f}$큰 포화작용을 피하기 위해 단자 전압은 주파수에 비례하여 변화시켜야 함 → 일정 V/f방식

기본 주파수 이하

• 주파수(f)에 대한 전압(V)의 크기를 변화하여 공극 자속을 일정하게 유지 → 최대 토크의 크기는 같음
• 단자전압은 고정자주파수가 감소함에 따라 선형적으로 감소해야 함 → 정격저하
• 정격저하를 하지 않으면 철심의 철이 포화되고 과도한 자화전류가 흐름

기본 주파수 초과

• 전압(V)은 증가할 수 없으므로 공극자속 감소 → 최대 토크 감소 (약계자 제어) → 일정 출력(전력) 동작이 가능

특징

• 광범위한 속도 제어에 적합
• 부하 변동에 대한 속도 변동이 적음
• 효율이 좋다.
• 전력전자 기술 발달에 의한 저비용으로 설치 가능
• 선박추진용전동기, 인견, 방직공장의 포트모터

종속법

• 권선형 전동기
• 극수가 서로 다른 전동기를 완전히 종속시켜서 극수를 제어해서 속도를 제어하는 방식

직렬접속

• 두 전동기의 회전자계의 방향이 같을 때
• $n =\dfrac{120f}{P_{1}+P_{2}}$

차동접속

• 두 전동기의 회전자계의 방향이 반대일 때
• $n =\dfrac{120f}{P_{1}-P_{2}}$

병렬접속

• $n =\dfrac{120f}{\dfrac{P_{1}+P_{2}}{2}}$

슬립변화

선로 전압 변화

• $\tau_{\max}=\dfrac{3V_{TH}^{2}}{2\omega_{sync}[R_{TH}+\sqrt{R_{TH}^{2}+(X_{TH}+ X_{2})^{2}}]}$
• 토크는 인가전압의 제곱에 비례
• 효율이 나쁨
• 부하 변동에 따른 속도 변동이 커짐
• 속도 제어 범위가 작음
• $\dfrac{s_{2}}{s_{1}}=\left(\dfrac{V_{1}}{V_{2}}\right)^{2}$

회전자 저항 변화

• 비례 추이 원리에 의한 속도제어

장점

• 조작이 간단하고 원할한 제어가 가능
• 속도 제어용 저항기를 기동기로 사용가능

단점

• 2차 동손이 커지고 효율이 나빠짐
• 2차 저항이 큰 경우 : 부하 토크 변동에 대한 속도 변동이 커짐

2차 여자법

-슬립주파수전압의 공급방식에 따른 분류

• 외부 저항 대신 보조기에서 발생한 전압을 2차 회로에 슬립 전압을 상쇄하는 방향으로 인가 ⇒ 슬립 2차 전류는 0이되고 토크도 0이 되어 무부하 상태와 같게됨.
• 슬립 주파수 전압과 같은 방향 ⇒ 속도 증가, 반대방향 ⇒ 속도 감소

크레머 방식

• 직류 전동기의 계자를 제어하여 유도 전동기 속도 제어
• IM과 DM을 기계적으로 직결
• IM의 2차 출력은 정류기를 통하여 DM에 공급
• 속도 제어는 DM의 계자전류 $i_{f}$를 조정하는 것으로 행함
• 1차 전류가 같으면 속도가 변해도 역률은 크게 변하지 않음
• 이 방식은 정출력 속도 제어에 적합

세르비어스 방식

• 인버터를 이용한 방식
• IM의 2차 출력을 정류기, 인버터 및 변압기를 통하여 전원에 반환
• 속도 제어는 인버터용 사이리스터의 게이트 점호 위상을 조정하는 것으로 행함
• 유도전동기로의 입력 → $(1-s)P$가 기계적 출력, $s P$가 2차 출력
• 1차 전류가 같으면 속도에 관계없이 토크가 일정 → 정토크 속도제어에 적합