실험6 인버터를 이용한 유도전동기의 속도제어

목차

1. 실험목적
2. 장비 및 부품
3. 준비지식
4. 실험
5. 실험 결과
6. 고찰
7. 실험후기

본문내용

전동기 이다. 우선 실험을 하기 위해 인버터와 유도 전동기를 연결하였다. 쉬운 실험처럼 보였지만 인버터를 처음 사용하는 만큼 기계를 만지는데 있어서 다소 시간이 걸렸다. 그래서 설명서를 참조해가며 사용법을 익혔지만 막상 사용하는데 있어서는 기계에 적혀 있는 스펙을 바로 이해하지 못해 약간 어려움이 있었다. 알고 보니 주파수 조작법은 그렇게 어렵지 않았고 간단히 위·아래 버튼을 눌러 가면서 주파수를 조절할 수 있었다. 다만 문제가 있다면 주파수 값이 소수점 둘째자리까지 있기 때문에 원하는 수를 정확히 한 번에 맞추기는 힘들었다.
다음으로 인버터와 유도 전동기를 연결하였다. 전동기가 3상이기 때문에 유도 전동기에 나와 있는 설명대로 고전압을 발생시키기 위해 각각에 맞게 연결하였다. (인버터 R, S, T를 순서대로 모터 U, V, W에 각각 연결시켰다.) 그리고 전동기를 작동시켰는데 전동기의 회전 방향이 반대로 돌아갔다. 전동기는 축에서 봤을 때 반시계 방향으로 돌아가는 것이 정상인데, 선 연결이 잘못 돼 있어서 시계방향으로 돌아갔던 것이다. 선 연결이 잘못된 이유는(U-R, V-T, W-S)로 연결되어 있었기 때문이다. 알고 봤더니 앞 조가 실험을 끝내고 모터부분의 선 연결을 잘못 해 놓았던 것이다. 그래서 다시 제대로 결선을 수정해 주었더니 전동기 작동 시 축이 정상적인 방향으로 돌아갔다.
주파수를 처음 20HZ부터 10HZ씩 늘여가며 최대 60HZ까지 조절해 가며 작동시켜 보았더니 정확한 수치는 알 수 없었지만 주파수가 증가할 때 마다 속도가 빨라진다는 것을 축이 돌아가는 소리를 들음 으로써 짐작할 수 있었다.
여기서 우리 조는 유도 전동기의 결선 부분이 Y결선 인지 △결선 인지에 대해서도 알아보았다. 처음에는 겉의 결선 모양만 보고 △결선 이라고 생각 했지만 사실은 Y결선 이었다.
우리가 실험 했던 3상 모터는 안 쪽에 220V용 모터가 3개가 들어 있는 장치이다. 이때 각각의 모터의 단자마다 전기가 연결되어야 하는 것은 당연한 말이다. 여기서 모토가 세 개이므로 단자는 6개가 된다. 각각의 단자에 △결선으로 연결한다면 220V가 될 것이며 Y결선으로 연결하면 380V가 된다. 우리가 실험을 할 때 고전압으로 하였기 때문에 이번 실험은 당연히 Y결선 이다.
3상유도 전동기를 쓰는 이유는 전동기 시동 시에 큰 전류(기동전류)가 흐르게 되는데, 이로 인해 차단기가 내려가 전동기가 기동이 되지 않을 뿐만 아니라 기계에 무리가 가게 되어 이를 줄이기 위해 이 결선을 사용한다. 기동 시에 Y결선으로 하면 전동기 코일에 선간전압의 정도 밖에 걸리지 않으므로 각 상에 에 해당 하는 전류가 흐르게 된다. 전동기의 기동 후 안정적인 상태가 되어 △결선으로 바꾸어 주면된다.
이것에 대해서 자세히 말해보면, 3상 380V(선간전압)를 Motor에 가압하여도 Motor내부의 권선을 Y결선으로 연결하면 각 권선에 걸리는 전압(상전압)은 220V이다.
다시 말해서 220V △결선이나 380V Y결선 모두 Motor 권선에는 220V만 가압된다.
Motor권선이 220V로 설계되었기에 그 이상의 전압을 가압하면 Motor는 타버리게 될 것이다.
‘기초전기전자’ 수업에서 배워서 알고 있듯이 Y결선을 쉽게 설명하면 정삼각형의 중심에 중성점이 있고 각 꼭지점과 중성점 간에 각 권선을 연결하고 각 꼭지점에 선간전압을 공급하는 것으로 이해할 수 있다. 그리고 △결선은 각 권선을 각 꼭지점간에 연결한 형태이다.
따라서 △결선에는 공급되는 선간전압이 직접 가압되지만 Y결선에는 선간전압보다 작은 전압이 걸리는 것이다.
Y결선은 꼭지점간에 직접 연결된 것이 아니고 쉽게 말해 꼭지점1-권선1-중성점-권선2-꼭지점2와 같이 연결된 것이다.
이와 같이 Y결선의 각 권선은 120도로 연결되어 있고 각 권선에 가압되는 전압은 선간전압의 루트3분의 1이 된다. 380V를 루트3으로 나누면 220V가 나올 것이다.
참고로 각 권선에 걸리는 전압에 따라 Motor의 출력이 달라진다. 이것을 이용한 것이 Y-△기동방법으로서 380V에 맞게 제작된 Motor를 기동 중에는 Y결선으로, 기동 후에는 △결선으로 바꾸면 대형 Motor의 기동을 비교적 수월하게 할 수 있다.
그리고 전압에 따라 어느 결선만 하라고 정해져 있지는 않다. 해당 Motor가 어느 전압으로 설계되었는지, 공급되는 전압이 얼마인지에 따라 결정된다고 보면 된다. Motor의 출력은 전압의 자승에 비례한다. 결선방법에 따라 루트3배의 전압이 바뀌므로 출력은 3배가 될 것이다.
7. 실험후기
이번 실험은 인버터를 이용한 유도전동기의 속도제어라는 주제이다. 인버터는 실험시간에 처음으로 듣는 장치였다. 주파수를 제어한다는 사실도 실험시간의 설명에 의해 알게 되었다. 유도전동기는 기초전기수업시간에 3상 전력파트에서 들은바가 있어 낯설지 않았다. Y결선과 △결선에 대해 배웠었지만, 그 내용에 대해 정확히 숙지하지 못했고 실제로 어떻게 사용되고 있는지 알지 못했다. 그리고 직접 눈으로 보기는 처음이라서 실험책상위에 있는 것이 유도전동기라는 것도 알지 못했다. 이렇듯 약간의 사전지식이 부족한 상황에서 실험을 시작하게 되었다. 하지만 인버터의 사용법은 의외로 간단해 쉽게 실험을 할 수 있었다. 유도전동기의 속도제어라는 주제에 따라 주파수를 바꿀 때 마다 유도전동기의 회전수를 측정해야 되지만 실제 눈으로는 도저히 샐 수 없는 속도로 전동기가 작동하기 때문에 이론값인 공식으로만 알 수 있고, 전동기의 작동소리를 통해 속도제어가 된다는 것을 대략적으로 직감할 수 있었다. 그리고 유도전동기의 결선방법을 물어보는 질문에 고민에 빠졌었다. Y결선인지 △결선인지의 여부를 생각하는데 많은 고민을 해보았다. 막연히 Y결선이라는 것만 알고 이유는 생각나지 않았다. 그래서 Y결선이라고 대답을 하고 찾아보아서 정확한 이유를 찾아 알아내었다. 잊어버렸던 지식을 다시 찾으니 기뻤다.
이번 실험에서 느낀 점은 실험 전 사전지식이 많을수록 원활한 실험을 할 수 있다는 새삼스러운 점을 느꼈다. 그래서 다음 실험부터는 사전에 조금이라도 준비를 해서 실험을 원활하게 할 수 있게 할 것이다.

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