3상 농형 유도전동기 실험

소개글

3상 농형 유도전동기 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목적
2. 관련이론
(1) 슬립 및 슬립이 회전자의 주파수 및 전압에 미치는 영향
(2) 유도전동기의 등가회로
(3) 토크
(4) 고정자전류
(5) 역률특성
(6) 효율
(7) 유도전동기 정수 결정
(8) Y-Δ 기동법
4. 사용부품 및 장비
5. 실험
 결론 및 고찰

본문내용

게 적용되는지 파악한다.
실험방법
(1) 전기적 계측 모듈(MODEELEC 3)의 전류계, 전압계를 3상 농형 유도전동기의 고정자 권선을 Y-결선할 때의 결선도인 그림 1-1과 같이 연결한다. 이때 전류계는 W상에 직렬 연결되며 전압계는 W상에 병렬 연결되어 상전압과 상전류를 측정하게 된다. 전기적 계측 모듈의 나머지 연결은 위 실험 4.1과 같다.
(2) 기계적 계측 모듈을 실험 4.1과 같이 연결한다.
(3) Y-결선 3상 농형 유도전동기의 U2, V2, W2(W2 단자는 전류계를 거친 단자)단자에 3상 220V, 60Hz를 인가한다. 전원이 인가되는 순간 무부하 상태로 기동되어 1800rpm까지 순간적으로 속도가 상승한다. 정상상태에 도달하면 고정자 전압, 고정자 전류, 입력 일률(전기적 입력; 한상의 전력이 측정되므로 측정값×3), 속도, 토크, 출력 일률(기계적 동력)을 측정하여 표 1-4에 기입한다.
(4) 무부하 상태에서 토크조절 다이얼을 서서히 돌리면서 부하 토크를 증가시켜 전동기가 구속되기 직전의 토크와 속도를 측정하여 표 1-5에 기입한다. 이때 측정한 토크가 최대 토크가 된다.
(5) 구속 상태에서 토크(기동토크)와 전류(기동전류)를 측정하여 표 1-3에 기입한다.
*** 주의 : 구속 상태에서는 고정자 권선에 과전류가 흐르므로 장시간 구속 상태로 두면 권선이 과열된다. 따라서 측정이 끝나면 토크 조절 다이얼을 왼쪽으로 완전히 돌려 무부하 상태로 한다. 이때 전동기는 재기동하여 정상상태가 된다.
(6) 전동기속도(rpm) 변동시켜 기동토크와 기동전류를 측정한다.
실험결과 및 분석
고정자 전압
[V]
고정자 전류
[A]
전기적 입력
[W]
속도
[rpm]
토크
[N·m]
기계적 출력
[W]
137
0.35
18X3=54
1785
0.1
13.8
☞ 3상 농형 유도전동기 무부하시험은 회전자(2차측) 전류가 고정자(1차측) 전류보다 작으므로 고정자 측의 파라미터를 구하는데 사용하는 시험이다. 여기서 고정자 전류는 여자전류이다. 무부하이므로 슬립은 0에 가깝고 회전자속도는 거의 동기속도와 같다. 그리고 Δ-결선과 비교하면 Δ-결선보다 고정자전압 및 고정자전류는 배임을 알 수 있다.
계산결과 무부하 리액턴스 이 고정자 Δ-결선시의 값과 차이를 보이는데 측정할 때마다 측정값이 조금씩 변하여 올바른 측정을 할 수 없었던 것을 고려했을 때 이정도 오차는 있을 수 있다고 생각한다.
최대 토크
[N·m]
최대 토크 발생시
전동기 속도 [rpm]
기동 토크
[N·m]
기동 전류
[A]
1.5
1366
1.3
2.07
최대 토크
[N·m]
최대 토크 발생시
전동기 속도 [rpm]
기동 토크
[N·m]
기동 전류
[A]
5
1300
4
3.67
☞ 앞서 실험한 Δ-결선과 동일한 방법으로 실험한다. Δ-결선시 입력전압은 237V로 Y-결선시 입력전압은 137V이다. 여기서 보듯이 Y-결선시 입력전압과 Δ-결선시 입력전압을 비교했을 시 입력전압이 배가 됨을 알 수 있다. 또 Y-결선시 기동토크 1.3N·m는 Δ-결선 기동토크 4 N·m의 1/3.077배가 나온다. 따라서 우리가 이론적으로 알고 있는 이 성립되어 Y-결선 기동토크는 Δ-결선에 비해 거의 1/3배가 됨을 확인할 수 있었다. 또한 기동전류도 1/3배 작음을 알 수 있다.
이런 사실들을 유도전동기의 작동에 적용된다. 기동시에는 고정자권선을 Y결선으로 하고 운전상태가 되면 Δ결선으로 해서 기동토크 및 기동전류를 제한하여 발전기의 전압강하를 방지한다.
토크 변동
rpm변동
최대토크
[N·m]
최대 토크 발생시
전동기 속도 [rpm]
최대토크
[N·m]
최대 토크 발생시
전동기 속도 [rpm]
1.5
1366
1.5
1380
☞ 이번에는 전동기 속도를 차츰 변화시키면서 도달하는 토크의 최대값을 측정해 보았다. 그 결과 1380rpm으로 최대토크는 1.5N·m을 구할 수 있었다. 앞선 실험에서는 약간의 오차가 있었는데 이번에는 토크변동으로 구한 최대토크 1.5N·m 와 같은 값임을 확인할 수 있다.
결론 및 고찰
첫 번째 실험은 계측 모듈 사용법을 익히기 위한 실험이었다. 처음 써보는 기계였기 때문에 배선연결부터 신중해야 했다. 결선형태가 복잡해서 설계도를 보고 하나하나 확인해보고 조교님께 확인도 받아야했다. Δ-결선의 무부하 시험을 하면서 고정자전압, 전류, 전기적 입력, 속도, 토크, 기계적 출력을 측정했다. 이상하게 할 때마다 값이 달랐는데 이는 기계가 열을 받아서라고 생각된다. 또 이때 주의해야 할 것은 전기적 입력은 한상의 전력을 측정한 것이므로 3을 곱해야 한다는 것이었다. 이 실험과 비교할 실험은 Y-결선의 무부하 시험이다. 역시 같은 방법으로 측정했으며 그 얻어진 값을 비교해 보니 Δ-결선의 전압이 Y-결선에서의 전압의 배가 됨을 확인했다. 또 최대토크와 기동토크를 측정하는 실험에서는 Δ-결선의 기동토크, 기동전류가 Y-결선에서의 기동토크, 기동전류의 3배가 됨을 확인했다. 이 두 실험을 통해 식이 성립됨을 증명할 수 있었다. 토크를 변동시켜 최대토크를 구하는 것과 rpm변동으로 최대토크를 구하는 것은 약간의 오차가 있었다. 이 때 rpm변동으로 구한 최대토크가 토크변동으로 구한 최대토크보다 좀 더 정확하다.
두 번째 실험은 토크를 0.5 간격으로 증가시키면서 고정자 전압, 전류, 전기적입력, 속도, 토크, 출력,효율, 역률을 측정했다. 처음 토크를 올리는데 3이상 넘어가면 바로 정지하는 현상이 발생되었다. 계측기의 문제라고 생각하고 계측기도 교환해봤으나 되지 않았다. 토크 입력을 계측기가 넘겨주는데도 전동기에서 구속을 걸어주는 부분에서 인식을 못해서 문제가 발생했다. 따라서 자리를 옮겨 전동기를 바꾸고 실험을 하자 원하는 실험을 할 수 있었다. 그래프를 그려 봄으로써 토크와의 관계에 대해 알 수 있었다. 토크가 증가하면 속도가 줄어들고 따라서 슬립이 0에서 1로 증가되는 방향이다. 토크가 증가 할수록 전류는 증가하고 역률 기계적 출력도 증가하게 된다. 효율은 증가하다 감소하면서 효율이 최대인 지점이 생긴다.
3상유도전동기 특성에 대해 실험으로 이해할 수 있어서 유익했던 실험이라 생각된다.

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전자,   전기실험,   전기공학,   설계실험,   전기,   전자공학,   설계