실기›전기설비 운용

전동력설비 운용

Motor Drive Operation

75kW 전동기, 어떻게 기동하고 제어하나?

75kW 유도전동기의 기동 방법 선정,인버터 V/f 제어를 통한 가변속 운전, 그리고 펌프·팬의 에너지 절감 효과까지 — 전동력설비 운용의 3대 핵심을 다룹니다.

⚙️ 전동력설비 운용 = 3가지 관점

① 기동: 직입·Y-Δ·리액터·인버터 → 기동전류와 토크의 트레이드오프

② 운전: 인버터(V/f 제어) → 주파수로 속도 제어, 정밀 운전

③ 절감: 펌프·팬 3승 법칙(P∝N³) → 유량 20% 줄이면 전력 49% 절감!

• 실기에서는 기동법 비교표, 인버터 원리, 절감 계산이 핵심

기동법 비교 + V/f 곡선 + 절감 효과

전동기 용량75 kW

기동 방식1 (Y-Δ)

인버터 주파수45 Hz

전동기 기동방식별 기동전류 비교와 인버터 V/f 제어 주파수별 절감 효과 시각화

🔑 핵심 관찰

① Y-Δ 기동: 기동전류 2×정격 = 305A

② 인버터 45Hz 운전: 속도 1350rpm, 전압 285V

③ 펌프 절감: 유량 75% → 전력 42% = 58% 절감

④ Y-Δ: 전류 1/3이지만 토크도 1/3 → 경부하 기동만 가능

핵심 공식과 운전 원리

기동전류 비교

직입: 6~8×In | Y-Δ: 1/3 | 리액터(60%): 0.6² | 인버터: 1.5×In

In: 정격전류, Y-Δ 기동토크도 1/3로 감소

인버터 V/f 제어

V/f = 일정 (380V/60Hz = 6.33 V/Hz)

자속 일정 유지 → 정토크 영역, 60Hz 이상은 약계자 영역

🔧 인버터의 실전 효과

①V/f 제어로 속도를 조절하고

②3승 법칙으로 절감량을 계산하면 에너지 절약 효과가 눈에 보인다

펌프·팬 3승 법칙

P₂P₁ = (N₂N₁)³ = (f₂f₁)³

유량 ∝ N, 양정 ∝ N², 전력 ∝ N³ → 속도 감소 시 전력 급감

절감 풀이 예제

45Hz 운전: P = (45/60)³ = 0.422 → 58% 절감

유량 75%로 운전 시, 전력은 42.2%만 소비

전동기 정격전류 계산

I_n = P√3 × V × PF × η = 75k√3×380×0.85×0.88 = 152.3A

차단기·케이블 선정 시 정격전류 기준

함정 포인트 & 변형 문제

⚠️ 자주 틀리는 포인트

① Y-Δ 기동에서 '전류 1/3' = '토크도 1/3' → 중부하 기동 불가능!

② 리액터 기동: 탭 60% → 전류는 0.6배, 토크는 0.6²=0.36배

③ 인버터 출력은 PWM → 고조파 발생 → 전동기 절연 열화 주의

④ 3승 법칙은 '펌프·팬'에만 적용 → 컨베이어(정토크)에는 미적용

⑤ 전동기 절연저항 기준: (정격전압÷1000)+1 MΩ 이상

전동기 절연저항 기준

R_insul ≥ V_정격1000 + 1 [MΩ]

380V: ≥1.38→≥2MΩ, 3300V: ≥4.3→≥5MΩ (올림 적용)

🔄 변형 문제 패턴

① '기동법을 비교 설명하시오' → 4가지 기동법의 전류·토크·적용 조건 표

② '인버터 V/f 제어 원리' → V/f 일정 이유(자속 유지), 약계자 영역 설명

③ '펌프 유량을 80%로 줄일 때 절감량' → (0.8)³=51.2% → 48.8% 절감

④ '전동기 보호 방식' → 과부하(EOCR), 결상(MPR), 지락(ELCB)

⑤ '전동기 운전 중 점검 항목' → 전류·온도·진동·절연·소음

실전 답안 체크리스트

V/f 제어

V/f = 일정

정토크 영역

3승 법칙

P ∝ N³

펌프·팬 전용

🎯 시험 포인트

① 기동법 비교: 직입/Y-Δ/리액터/인버터를 '전류배수·토크배수·적용대상' 표로 작성

② V/f 일정의 이유: '자속(Φ=V/f) 일정 유지 → 정격 토크 발생' 반드시 기술

③ 3승 법칙 적용 시: 유량 비율 → 세제곱 → 절감률 풀이 과정을 단계별로

④ 점검 항목: 전동기(절연·진동·온도)+인버터(DC링크·팬·경보)+펌프(압력·유량)

⑤ 보호 장치: EOCR(과전류)·MPR(결상)·저전압 계전기를 명칭과 기능 함께 기재

📝 대표 기출문제

①[기출유형] Y-Δ 기동 시 기동전류가 전전압 기동의 몇 배인지 구하시오. (답: 1/3배)

②[기출유형] 인버터 V/f 제어에서 45Hz 운전 시 전력 절감률을 구하시오. (답: P ∝ f³ → (45/60)³ = 42.2% → 57.8% 절감)

③[기출유형] 전동기 절연저항 판정 기준식을 쓰시오. (답: R ≥ V/1000 + 1 [MΩ])