전동기의 원리및 특성 도장보전 박 주 희.

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1 전동기의 원리및 특성 도장보전 박 주 희

2 전동기의 정의 전동기란? -전기에너지를 기계에너지로 바꾸는 기계이며 일반적으로 모터라고도 한다.
-거의 대부분이 회전운동의 동력을 만들지만 직선운동의 형식을 취하는 것도 있다. -전동기는 전원의 종별에 따라 직류전동기와 교류전동기로 구분된다.교류전동기는 다시 3상교류용과 단상교류용으로 구분한다. -직류와 교류의 종별이 있다고는 하지만 원리상으로 보면 동일한 것으로 자기장속에 도체를 자기장과 직각으로 놓고 여기에 전류를 통하면 자기장에도 직각방향으로 전자기적인 힘이 발생한다는 전자유도현상을 응용한 것이다.

3 전자기 현상 전자기 감응이라고도 한다.전자기 유도에 의해 회로 내에 생기는 기전력을 유도기전력,그것이 원인이 되어 회로에 흐르는 전류를 유도전류라한다. 1831년 패러데이가 발견한 현상으로 전자기학의 이론적 기초가 되는 중요한 현상이며,공업적으로도 발전기나 변압기 등을 비롯하여 많은 전기기계의 기술적 원리가 된다. 회로를 관통하는 자기력선을 변화시켜 유도기전력을 얻기 위해서는 회로와 자석을 상대적으로 운동시키는 일.즉 회로 가까이에 영구자석 또는 전류가 흐르고 있는 다른 회로를 움직이든지(발전기의 유도기전력 얻는 예),또는 양쪽 회로를 고정시킨 채 한쪽 회로에 흐르는 전류를 변화시키면 된다.(변압기의 유도기전력 얻는 예) 또,전류회로 그 자체의 전류가 변화할 때에도 전류의 변화에 따라 그 회로 자체를 관통하는 자기력선의 수가 변하므로 유도기전력이 나타난다.이와같은 회로 자체의 전류변화에 따르는 전자기유도를 자체유도라 하며,이에 대하여 다른 전류회로나 자석에 의한 자기력선의 변화에 따라 생기는 전자기유도를 상호유도라 한다. 또, 변화하는 자기장내의 물체가 회로의 형태를 갖추지 못한 도체인 경우에도 전자기유도가 생긴다. 이 경우의 유도전류는 자기력선에 수직인 도체의 면을 따라 소용돌이형으로 흐르는 데서 특히 맴돌이 전류라 한다. 예를 들면 변압기나 전동기의 철심에는 맴돌이 전류가 흐르기 쉽고 그 결과 도체 내에 줄열이 발생하여 전자기에너지의 일부가 열에너지로 되어 소실된다.

4 따라서 전기기계의 철심에는 서로 절연된 얇은 판을 자기력선에 대하여 평행하게 포갠 것이 사용되며 맴돌이 전류에 의한 전력손실을 막고 있다.이것을 성층철심이라 한다.
자체유도의 경우에는 원인이 되는 전류의 변화를 방해하는 방향으로 유도기전력이 나타난다. 또, 고정된 자석의 자극 사이에 코일을 회전시켜서 유도전류를 얻을 경우에는 유도전류에 의한 자기장의 작용에 의해 코일의 회전이 방해된다.따라서 코일의 회전을 계속시켜 유도전류를 얻으려면, 외부에서 역학적인 일을 계속 줄 필요가 있다. 예를들면,발전기에는 보통 수력 또는 증기력에 의해 역학적 에너지가 공급된다. 변화하는 자기장 내에서 전자기유도라는 현상이 발생하는 것은 공간의 어떤 점에서의 자기장이 변화하면,그 점에 전기장이 유기되고. 그 곳에 도체회로가 있다면 그 도체 내의 전하가 전기장의 작용을 받아 움직이기 시작하는 현상이라고 볼 수 있다. 따라서 변화하는 자기장내에 존재하는 것이 회로가 아니고 하전입자인 경우에도 전기장에 의한 힘이 작용하여 입자는 운동을 시작한다.

5 전동기의 원리 직류전동기의 원리 -자기장중에 놓인 도체에 전류를 흘리면 플레밍의 왼손법칙에 의해 도체에 전자력이 발생하여 회전하게된다. -직류전동기는 속도제어가 용이하기때문에 전철,엘리베이터,압연기등과 같이 속도조정이 필요한 경우에 널리 이용된다.

6 유도전동기의 원리 - 유도전동기의 회전원리는 아라고의 원판실험에서 발전되었다.상기 그림과 같이 회전 가능한 도체 원판위에서 자석의N극을 시계방향으로 회전 시키면 상대적으로 원판은 자기장 사이를 반시계 방향으로 움직이는 것과 같다.(그림 왼쪽) - 따라서 플레밍의 오른손 법칙에 따라 원판의 중심으로 향하는 기전력이 유도된다.(그림가운데) - 이 기전력에 의한 맴돌이 전류가 흐르고,이 전류에 의해 플레밍의 왼손법칙에 따라 원판은 전자기력을 받아 시계방향으로 회전한다.

7 즉,원판은 자석이 회전하는 방향과 같은 방향으로 움직인다.
이때, 원판은 자석보다는 빨리 회전할 수는 없다. 또한,원판이 자석과 같은 속도로 회전한다면 원판이 자석의 자기장을 쇄교할 수 없으므로 원판은 반드시 자석보다 늦게 회전한다. 자석을 회전시키는 대신에 3상 교류로 회전자기장을 만들어 주면,같은 원리로 원판은 회전한다.

8 단상 유도전동기의 원리 - 아래의 그림과같이 외부의 자석을 회전시키면 내부에 있는 도체 원통도 유도전동기의 회전원리에 의해서 자석의 회전방향과 같은 방향으로 도는 현상을 이용한다. - 아래와 같이 자극대신에 코일을 이용하면 같은 효과를 얻을 수 있다. - 즉, 두코일의 감는 방향을 같은 방향으로 하면 마치 자석의N극과S극이 되어 여기에 교류전원을 연결하면 자기장이 형성된다. - 그러나 단상교류에 의한 교번 자기장은 생기지만.일정 방향으로 회전 자기장이 생기지 않기 때문에 자체적으로 기동하지 못한다.따라서 단상 유도전동기는 먼저 일정방향으로 기동 회전력을 주는 장치가 있어야한다.

9 3상 유도전동기의 원리 아래의 그림과 같이 금속원통의 회전자 주위에 3상의 전원을 인가하면 시계방향으로 회전자기장이 생긴다. 따라서,유도전동기의 회전원리에 따라 회전자도 시계방향으로 회전한다. 상기 오른쪽 그림은 3상 농형 유도전동기의 회전자 중 철심에 결합시키는 도체를 나타낸 것으로 구리막대(또는 알루미늄막대)와 단락환으로 되어있다. 시계방향으로 회전자기장이 생기면 도체(회전자)는 반대방향으로 움직이는 것과 같으며 이 회전자기장에 의한 자속에 의해 플레밍의 오른손 법칙에 따라 회전자에 기전력이 발생한다. 이 기전력은 다시 플레밍의 왼손법칙의 적용을 받아 회전자를 시계방향으로 회전하도록 하는 것이다. 이때,도체가 회전자기장을 쇄교해야하므로 도체의 회전속도는 회전자기장의 속도보다 느리다.

10 3상 동기전동기의 원리 자극으로 되어 있는 회전자 주위에 자석을 회전시키면 흡인력에 의해서 회전자는 자석이 회전하는 속도와 같은 속도로 시계방향으로 회전한다. 자석을 회전 시키는 대신에 그림처럼 3상 권선을 한 고정자의 안쪽에 회전자를 두면 회전자는 고정자의 회전자기장의 속도와 같은 속도로 회전한다. 단,정지하고 있는 동기전동기는 자극이 무거워 회전자기장과 같은 속도로 회전할 수 없으므로,처음에는 회전자를 동기 속도까지 회전시켜 주는 기동 방법이 필요하다. 동기 전동기는 여자기를 필요로 하며 값이 비싸지만,속도가 일정하고 역률 조정이 쉽기 때문에 정속도 대동력용으로 사용된다. 속도제어가 필요한 경우에는 주파수를 바꾸는 방법을 취한다.

11 동기 전동기원리 N S N S S N S N N S N S 그림 1) 그림 2) 회전방향 전류가 들어가는 방향
전류가 나오는 방향 N S 주 자속의 방향 N S 합성 자속의 방향

12 동기 전동기원리 동기 발전기의 원리를 설명하기 위해 단상 전동기를 예로 들면 그림 1)과 같이 코일이 감긴 상태에서 반주기 중 최대 전류가 흐르고 있는 시점의 자속 상태를 나타내면 코일에 흐르는 전기자 전류에 의한 자속은 앙페르의 오른나사 법칙에 따라 빨간색 자속으로 표시되고 그로 인한 합성자속 녹색은 주 자속 노란색과 교차되고 자극의 척력 인력으로 인해 회전자는 오른쪽으로 회전한다. 하지만 반주기가 지난후에는 코일에 흐르는 전류의 방향이 바뀌어 교번 자속이 발생 되고 회전 방향은 반대로 되어 전동기는 계속 회전할수 없게 된다 따라서 그림 2)와 같이 반주기 후에는 회전자의 위치를 바꾼다면 동일 방향의 자력이 발생되어 전동기는 계속 회전할수 있게 된다 T :주기 T/2 : 반주기 동기 전동기의 특성 ∙ 항상 동기속도로 회전하는 전동기  ∙ 동기속도 이외의 속도에서는 토오크를 낼수없다.  ∙ 기동토오크가 없다. ⇨ 기동장치 또는 기동법 필요 ⇨ 고가  ∙ 역률 1로 운전할 수 있으며 앞선역률도 가능한다. ⇨ 동기조상기원리 기동법 -자기 기동법 - 유도 전동기 법 ( 2극 적은 )

13 전동기의 분류및 특징 전동기 전원에의한 분류

14 (1)직류 전동기 -고정자와 회전자로 구성되어 있으며,고정자는 계자극과 Frame으로 되어있으며 계자극은 대개 스크류나 볼트로 프레임에 고정되어 있다 -회전자는 전기자(amature)와 정류자(commutator)및 Brush로 구성되어 있다. -계자극이 자기장을 형성하는 방법에 따라서 wound-field motor와 permanent motor로 분류할 수 있다. -Permanent magnet motor는 계자극으로 영구자석을 사용하며,Wound-field motor는 계자극으로 계자철심과 계자권선(field winding)으로 구성된 전자석을 사용한다. -동일 방향의 회전 토르크를 계속 얻기 위해서는 외부에서 공급되는 직류 전류를 전동기 내에서 전기자가 180도 회전할 때마다 전류의 방향을 절환시켜주어야 하며, 이역할을 하는 것이 정류자와 브러쉬이다.

15 -고정된 브러쉬에 정류자가 면접촉을 하면서 회전하게 되므로 브러쉬와 정류자에서 마모,분진 및 소음이 발생하며 정류자가 더러워지게 된다.
-전자 스위칭 기술을 이용하여 브러쉬를 없앤것이 브러쉬레스 전동기이다. -브러쉬모터의 일반적인 구조는 크게 회전코일과 고정자석및 브러쉬와 커뮤테이터 부분으로 구성되어 있다. -브러쉬와 정류자는 전기자에 공급되는 전류방향을 회전각도에 따라 전환시켜 줌으로써 회전자를 회전시킬 수 있는 자극의 변화를 만들어 주는 중요한 장치이다. -브러쉬레스 전동기에서는 컨트롤러(변속기)가 그 역할을 담당하기 때문에 구조가 간단해지며,회전마찰에의한 열발생 감소와 브러쉬마모에따른 교체가 이루어지지 않으므로 반영구적인 수명을 보장 받을 수 있다.

16 -속도,토르크및 회전방향 제어가 용이하다. -농형 유도전동기보다 고가이다. -정류기가 필요하다. -소형 직류전동기는 대개 저 전압(12V)에서 작동한다. -브러쉬 부착 전동기는 정기적인 보수 점검이 필요하다. -정류 문제나 기계적인 강도상의 문제로 고속화에 제한이 있다.

17 1)직권 전동기 -계자극 권선과 전기자 권선이 직렬로 연결된 직류전동기이다. -기동 토르크가 크고,부하가 적어지면 속도는 상승하여 완전 무부하로 되면 속도가 무한에 가까워져서 위험하다. -변속도 특성 때문에 제어용으로는 부적합하고,자동차의 시동전동기,크레인,전동차등에 사용된다. 2)분권 전동기 -계자극 권선과 전기자 권선이 병렬로 연결된 직류전동기이다. -부하변동에 따른 속도변화가 적다.(정속도) -컨베이어 벨트,블로워,공작기계 등에 사용된다.

18 3)복권 전동기 -전기자 권선과 직렬및 병렬로 연결된 계자극 권선을 가지고 있다. -가동복권 전동기와 차동복권 전동기가 있다. 4)타여자 전동기 -전기자권선과 계자극 권선이 별도로 분리되어 있다. 5)교류 직류전동기 -직류와 교류에서 운전할 수 있는 전동기로,사용되는 교류는 대개 단상 교류이다. -교류에서도 운전할 수 있도록 특별히 설계된 직권전동기의 일종이다. -대부분 분수마력 전동기로,수동 전동공구나 목공기계와 믹서나 재봉기같은 가전제품에 많이 사용된다.

19 (2)교류 전동기 1)유도 전동기 -고정자(stator)와 회전자(rotor)로 구성되어 있으며,고정자권선이 삼상인 것과 단상인 것이 있다. -삼상 고정자권선에 교류가 흐를때 발생하는 회전자기장에 의해서 회전자에 토르크가 발생하여 전동기가 회전하게된다. -그러나 단상 고정자 권선에서는 교류가 흐르면 교번 자기장만이 발생되어 회전자에 기동 토르크가 발생하지 않아서 별도의 기동장치가 필요하게된다.

20 -직류 전동기가 정류기를 통하여 전원에 연결되는 것과는 달리 유도 전동기는 전원에 바로 연결된다.
-직류 전동기가 브러쉬를 필요로 하는 것과 달리 대부분의 유도 전동기는 브러쉬가 필요없다. -세계에서 가장 많이 사용되는 전동기이다. -구조가 간단하고 튼튼하며 염가이고 취급이 용이하다. -원래 정속도 전동기이지만 가변속으로도 사용되고 있다. -슬립(slip)이 있다.

21 1))단상 유도전동기 -단상교류는 쉽게 구할 수 있는 전원이므로, 단상유도 전동기는 가정용과 산업용으로 많이 사용된다. -자력 기동을 할 수 없으므로,별도의 기동권선이 필요하다. 즉, 운전권선과 기동권선이 있다. -대개 1-2HP정도의 크기이다. 분상 기동형(단상유도)전동기 -고정자,회전자.엔드플레이트 또는 브라켓,원심력 스위치의 4가지 주요부품으로 되어있다. -회전자는 농형권선으로 되어있고.고정자는 주권선인 운전권선과 보조권선인 기동권선이 병렬로 감겨져 있어서 이 병렬회로에 단상 교류전압을 가하면 운전권선과 보조권선사이의 리액턴트 차이로 두 회로에 흐르는 전류에 위상차이가 생겨서 회전자기장이 발생하여 토르크가 발생하게 된다.

22 -원심력 스위치는 기동권선과 직렬로 연결되어 있으며
-원심력 스위치는 기동권선과 직렬로 연결되어 있으며.기동초기에는 스위치가 ON상태로 있다가 회전자의 속도가 증가하여 정격속도의 75%정도에 이르면 스위치가OFF되어 기동권선 회로가 개방되고,전동기는 운전권선에의하여 계속 회전하게 된다. -가격이 싸나 기동 토르크가 작고 원심력 스위치때문에 부피가 크며 큰 기동 전류때문에, 소형 분수마력형 전동기(냉장고,펌프,세탁기등)에 많이 사용되고 있다.

23 콘덴서 기동형(단상유도)전동기 -분상 기동형 전동기와 비슷하나.기동토르크 증대 목적으로 콘덴서를 기동권선과 직렬로 연결한 점이 다르다. -산업용으로 많이 사용되는 Capacitor는 오일 커패시터와 전해 커패시터의 2가지이다. -starting capacitor는 두 장의 알루미늄 판 사이에 전기를 통하지 않도록 화학적 처리를 한 종이가 채워져 있으며 용량은 대략75~600uF정도이고 running capacitor는 두 장의 알루미늄 판사이에 종이가 채워지고 이것이 다시 오일 속에 담겨있는 구조로 되어있으며 용량은 대략2~60uF정도이다.운전캐패시터의 용량이 기동캐패시터의 용량보다 적으나,외형은 운전캐패시터가 기동캐패시터보다 크다. -분상기동형 전동기에 비하여 기동토르크가 크고 기동전류가 작으며,분수 마력형에서 10여마력까지 다양하고,펌프 에어컨 냉장고 등에 사용된다ㅣ

24 영구콘덴서형(단상유도)전동기 -콘덴서 기동형 전동기에서 원심력 스위치를 제거한것.따라서 컨덴서를 기동시뿐만아니라 정상 운전시에도 계속하여 사용한다. -용량이 적은 콘덴서를 사용하기 때문에 기동 토르크는 콘덴서 기동형 전동기보다 작으나 원심력 스위치가 없어서 구조가 간단하다. -OIL-filled capacitor가 주로 사용되며 큰 기동 토르크가 필요하지 않은 선풍기나 세탁기등에 많이 사용된다.

25 세이딩 코일형(단상유도)전동기 -각각의 고정자 자극의 한쪽 끝에 홈을 파서 돌출극을 만들고 이 돌출극에 세이딩코일이라 부르는 구리단락고리를 끼운 것이다. -이 shading coil에 의해서 회전 자계장이 형성되어 토르크가 발생하여 회전하게 된다. -운전 중에도 세이딩 코일에 전류가 계속 흐르므로 효율과 역률이 아주 작으며 기동 토르크도 작다. -구조가 간단하고 견고하지만 회전방향을 변경할 수 없다. -크기는 분수마력정도이며,정지상태로 오랫동안 전전압이 걸려도 권선이 소손되지 않는 경우도 있다. -FCU의 fan,소형condensing unit의 fan,소형 선풍기,레코드플레이어 등에 쓰인다. 콘덴서 기동-콘덴서 운전형(단상유도)전동기 -콘덴서 기동형 전동기의 운전권선에 기동캐패시터를 추가한 형태의 전동기로 기동토르크가 크고 운전효율도 높은,특성이 아주 좋은 전동기로 알려져 있다. -대부분 밀폐형 또는 반밀폐형 압축기에 사용되며,고가이기때문에 개방형 압축기에는 거의 사용되지않고 있다.

26 2))삼상 유도전동기 -같은 마력수의 단상 유도전동기에 비해서 구조가 간단하고 더 소형이다. -회전자의 구조에 의해서 농형과 권선형으로 나누어진다. -고정자의 권선법에는 성형결선(star winding or Y winding)법과 델타(delta winding)결선법이 있다. -대부분 공장용으로 사용되며,1마력 이상에서 수 천 마력까지 다양한 크기가 생산됨 -소용량에서는 대부분 농형이 사용되고 기동전류가 문제가 되는 대용량에서는 권선형이 사용된다. -대부분의 중소형 삼상 전동기는 결선을 바꾸어 고,저 두 개의 전압중 어느 전압에서도 작동하게 할 수 있다.

27 Y결선의 표기법-Name Plate 상의 결선도

28 농형 유도전동기(squirrel cage induction motor)
-회전자는 구리나 알루미늄 환봉을 도체 철심속에 넣어서 그 양쪽 끝을 원형 측판(shorting ring)에 의해서 단락시킨 것으로,그 모양이 마치 다람쥐 쳇바퀴처럼 생겼다하여 squirrel cage라고 한다. -회전자의 구조가 간단하고 튼튼하며 운전 성능이 좋으므로 건축설비에 쓰이는 대부분의 삼상 전동기는 농형이다. -기동시에 큰 기동전류(전부하전류의 %)가 흐르는 것이 단점이며 이 단점 때문에 권선이 타기 쉽고 공급전원에 나쁜 영향을 끼친다. -기동 토르크는 전부하 토크의 % 정도이다.

29 권선형 유도전동기(wound-rotor induction motor)
-회전자에도 3상의 권선을 감고(대개 Y결선),각각의 단자를 SlipRing을 통해서 저항기에 연결한다. 저항기의 저항치를 가감하여 광범위하게 기동특성을 바꿀 수 있다. -회전자 권선으로 인하여 농형보다 구조가 복잡하다. -권선형 회전자 모터를 기동하기 위해서는 회전자의 3상 권선을 단락시켜 2차회로에 전류를 흐르게 하여야 하는데 기동시에는 적당한 저항값에 맞추었다가 기동이 완료되면 저항을 zero가 되도록 시퀀스를 구성한다. -기동전류는 전부하 전류의 % 정도이고 기동토르크는 전 부하 토르크의 %정도이므로 상대적으로 적은 전원 용량에서 큰 기동 토르크를 얻을 수 있다. -기동이 빈번하여 농형으로는 열적으로 부적합한 경우및 대용량에 많이 사용한다. -권선형 회전자 모터의 경우 2차회로에(회전자 회로에)저항을 삽입하여 전류를 제한할 수 있기 때문에 결국 기동전류를 제한할 수 있는 장점과,2차회로의 저항이 크기 때문에 큰 기동 토크를 얻을 수 있는 장점이 있다. -위와같이 권선형 회전자는 커다란 기동토크가 요구되는 부하에 주로 적용되며 대표적인 부하로는 대규모 크레인을 들 수 있슴.

30 2)동기 전동기(synchronous motor)
-고정자(stator)와 회전자(rotor)로 구성되어 있으며 고정자는 유도전동기의 고정자와 같으나 회전자는 자극(poles)과 여자권선으로 되어있으며 이 권선에 brush와 slipring을 통하여 직류전류를 공급하여 자극을 여자하게 된다. -즉 고정자 권선에 흐르는 교류에 의하여 발생되는 회전자기장 속에서 직류 전류에 의하여 여자된 회전자에 토르크가 발생하여 회전하게 된다. -전원주파수와 극수로 결정되는 속도로 완전 동기되어 정확히 일정한 속도로 회전한다. -부하의 증감으로 회전속도가 변화하지않는다.(슬립이 없다.) -역률이 항상 1이다. -기동토르크가 작고 구조와 취급이 복잡하다. -여자용 직류 전원이 필요하다. -컨베어벨트용 전동기.소형시계 또는 타이밍 모터에 사용된다. -종류에는 릴럭턴스 전동기(reluctance), 히스테리시스전동기,세이딩코일형 히스테리시스 전동기.워렌전동기.인덕터 전동기 등이 있다.

31 .전동기 마력수에 의한 분류 외피의 형에 따른 분류 (1)개방형(open type motor)
-전동기와 그 전동기가 구동하는 기기가 어떠한 형태의 단일 외피에의해서도 폐쇄되지않은 것 (2)폐쇄형(enclosed type motor) -전동기와 그 전동기가 구동하는 기기가 어떠한 형태의 단일 외피에의해서 폐쇄된것 Ex)밀폐형 압축기속의 전동기 .전동기 마력수에 의한 분류 (1)분수형(fractional size motor) -전동기 마력수가 1보다 작은것 (2)정수형(integral size motor) -전동기 마력수가 1보다 큰것

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33 모터 명판의 이해

34 전동기 명판의 용어들 출력이란? -전동기의 축에서 낼 수 있는 동력, 즉 출력이 (output) 어는 정도인가를 명판에 와트(w) 또는 킬로와트(kw)의 단위로 나타낸다. -출력은 단위시간에 전동기가 할 수 있는 일의 양을 나타내는 것으로 1w는 1초간에 1주울(J) =1[N.m) = 1/9.8(kgf.m)의 일을 하는 능력을 나타낸다. -1w의 전동기는 1뉴턴의 힘에 저항하면서 물체를 1초간에 1m의 비율로 계속 움직일 수 있는 능력이 있다. -1kw =1000w이다. 이전에는 출력의 단위에 마력(HP)이 사용되었는데 1(HP) =746w 이다. -명판의 출력란에 나타낸 숫자는 그 전동기가 명판 기재의 정격전압및 정격주파수하에서 연속으로 운전할 수 있는 출력의 값이며,그 이상은 낼 수 없다는 최대출력의 값은 아니다. -정격출력의 상태를 전부하,공회전상태를 무부하,그리고 정격출력이상의 상태를 과부하라고 한다.

35 입력과 역률 -전동기가 그 축에서 어떤 출력을 내면서 운전하고 있을 때는 그 기계적에너지에 상당하는 전기적 에너지가 단자로부터 들어오고 있다. -즉, 전력이 들어오는데 이것을 입력(input)이라고 한다. -입력의 단위는 출력과 마찬가지로(w)또는(kw)로 표시된다. -원래 전력은 전압과 전류의 곱이다. 직류전동기의 경우는 명판기재의 정격전압과 정격전류의 곱이 정격운전시의 입력이 된다.그러나 교류 전동기의 경우는 이것에 역률을 곱해주어서 구한다. -단상의 전동기는 Pi= V I cosφ(W) 3상 교류 전동기는 Pi= 3 Vp Ip cosφ(W) = √3 V I osφ(W) -교류의 경우는 VI 또는 √3 V I 가 모두 유효전력이 되지않고 역률을 곱한 값이 유효한 전력이 된다.

36 효율 -입력 모두가 모두 출력으로 바뀌는 것이 아니라 입력의 일부는 전동기 내에서 손실로서 소비되고 그 나머지가 출력으로서 나오게된다. 출력P0= Pi – Wloss= ηPi Pi = 입력, W = 손실, η = 효율 효율은 출력과 입력의 비로 표시된다 η= Po / Pi (퍼 유너트값) -손실은 전동기가 운전중에 가열되는 원인이 된다.출력과 입력의 관계의 정리 이상 설명한 것을 요약하면 단상 유도 전동기의 출력은 Po = ηPi = Viηcosφ 3상 유도 전동기의 출력 Po = ηPi = √3 VIηcos φ

37 회전속도 슬립 -전동기가 정격전압, 정격 주파수 하에서 정격 출력을 내면서 운전하고 있을 때의 매분의 회전수를 정격 회전 속도라고 한다. -전동기의 내부에는 몇 개의 자극이 형성되는데 1쌍의 자극이 생기는 것을 2극, 2쌍의 자극이 생기는 것을 4극. 3쌍의 자극이 생기는 것을 6극 이라 한다. -3상 권선에 3상 교류를 흘리면 극수에 따라 자극이 생기고, 이것이 전류의 교번과 더불어 회전한다. 이와 같이 코일이 정지하고 있고, 자극만이 회전하는 것을 회전 자장이라고 부른다. -이 회전 자장은 반사이클 마다 다음의 극으로 이동하기 때문에 자장이 회전하는 동기 속도는 Ns= 120 f / P (rpm) f = 주파수 (Hz), P = 극수 유도 전동기는 무부하에서는 거의 Ns와 같은(엄밀히 말하면 약간 느린) 속도로 회전자가 회전하지만, 부하를 걸면 회전 속도가 수 % 느려진다. 이것을 슬립 (slip) 이라고 한다. 예를들면 p=4, f=60 (Hz)이면 동기 속도는 Ns =120×60/4 = 1800(rpm), 정격 회전 속도 1720 (rpm)이므로 슬립은 Slip= ( ) / 1800 = 즉, 4.4% 이다.

38 정격전압(Rated Voltage): -모터가 가장 적합하게 운전될 수 있도록 설계시 결정되며 우리나라는 전부 60hz의 주파수를 사용한다. -명판과 상이한 정격전압을 인가하면 절연파괴에 의한 손상이나 출력부족으로인한 운전 불능 등 여러가지 문제를 일으킬 수 있다. -특히 설계시 정격전압과 주파수의 관계에 의해 철심의 단면적이 결정되는데 단면적은 주파수와 반비례하는 관계가 있다. -현장에서 가끔 유럽에서 만든 모터의 경우 명판에 50hz라고 기재되어 있는 것을 보게된다.이럴경우 만일 동일한 정격전압의 모터를 50hz용으로 제작한 경우에는 60hz에 사용하는 것이 무방하나 반대로 60hz용은 50hz에 사용하면 위에서 설명한 대로 철심의 단면적 부족으로 인해 모터의 철손(히스테리시스손)이 급격히 증가하여 정격전류이하의 운전에서도 온도상승에 의해 모터가 소손 될 수 있다.

39 정격출력(Rated Output:KW or HP):
정격전류(Rated Current): -전기기기가 정격전압이 인가된 상태에서 제 임무를 수행하는데 필요한 입력전류이며 이 정격전류를 초과하여 장시간 운전하면 온도상승에 의해 수명이 급격히 단축되어 보장된 수명한도 이내에서 소손 되므로 이 전류 값을 초과하는 정도에 따라 설비보호를 위한 장치가 설비의 특성에 맞도록 포함되어야 한다. 정격출력(Rated Output:KW or HP): -정격전압과 정격전류를 곱한 값이며 KW또는 HP(Horse Power= 0.75kw)를 적용한다. -모터의 명판상에 기재된 출력은 회전자의 기계적인 축 출력이며 전기적인 입력과는 다르다. -따라서 정격전류와 정격전류 및 역률을 곱하면 정격출력이 되는 것이 아니라 본래는 여기에 고정자및 회전자의 효율을 고려하여야 한다.

40 절연계급(Insulation Class)
-전류에 의해 발생한 손실 열을 유효하게 방출하여 절연물이 손상되지 않도록하는냐 하는 것이 모터의 수명을 결정하는 매우 중요한 사항이기 때문에 전류에의한 열 작용에 따른 절연물의 온도상승 내력을 알고 있는 것이 필요하게된다. -모터에 적용된 절연물의 최고 사용 허용 온도를 기준으로 구분한 것을 절연 계급이라하며 다음과 같이 7개의 종류로 대별된다.

41 온도상승(Temperature Rise)
-모터는 정지 시에도 주위온도만큼의 기본온도를 유지한다. -온도상승이란 모터가 부하를 안고 운전 될 때의 손실 열에 의해 상승된 온도를 의미하며 운전 시 발생 될 수 있는 온도에서 주위온도를 뺀 값이다. -따라서 온도상승 허용치란 절연계급의 허용된 최고온도에서 주위온도를 뺀 값으로써 앞의 표에서 보면 “B”종 절연의 허용 온도상승은 주위온도40도를 기준으로 할 때 80도가 되는 것이다. -모터가 허용온도상승 내에서 운전될 때 평균수명을 30년 정도 잡는다고한다.자신의 허용온도상승을 초과하여 매10도 상승 시 마다 수명이 절반으로 줄어든 것이 재료공학의 연구결과 밝혀졌다. 이러한 특성을 10도 반감의 법칙이라한다. 기동계급 -동기및 유도 전동기에 적용되며 이들은 전기적인 특성에 의해 기동시 커다란 전류를 필요로 하며 통상 정격전류의 6 배 정도가 유입하게 되는데 이는 선로의 전압강하를 유발하여 운전중인 다른 부하에 나쁜 영향을 미칠 수 있으므로 기동특성을 파악하여 이에 대한 고려를 하여 변압기및 케이블 등 제반설비를 이에 적합하도록 선정하여야 한다. -기동계급이란 모터의 마력에 대한 기동시의 필요 KVA를 표시하는 것으로서 결국 정격전류에 대한 기동전류의 크기를 나타내는 것과 동일한 의미이다.

42 기동계급의 코드기호 -위 표의 의미는 100HP의 모터가 J 기동계급을 갖는 경우 기동에 필요한 피상전력은 약 7배에서 8배가 필요하다는 것으로서 700KVA~800KVA가되는 것이다.