유도전동기의 기동 및 제동

Starting & Braking Methods

유도전동기는 기동 전류가 크고 기동 토크 설계가 필요해 Y-Δ·리액터·기동 보상기·인버터 등을 써요. 제동은 발전 제동·역상 제동·직류 제동처럼 운동 에너지를 전기적으로 흡수하는 방식이에요. 기동 전류 제한과 토크 확보를 동시에 맞추는 것이 실무 선택 기준이에요. 기동·제동 방식을 전환해 전류와 토크 파형이 어떻게 달라지는지 비교해 봐요.

왜 기동이 문제인가?

유도전동기를 전원에 직접 연결하면, 기동 순간 정격전류의 5~7배에 달하는 과대한 돌입전류가 흐른다. 이것은 전원 계통의 전압 강하를 유발하고, 다른 기기에 영향을 줄 수 있다. 따라서 대용량 전동기일수록 기동전류를 제한하는 기동법이 필요하다.

💡 기동의 딜레마

기동전류를 줄이면 → 기동토크도 줄어든다

①토크가 부족하면 → 전동기가 기동하지 못한다

②핵심: 전류는 최대한 줄이면서 토크는 충분히 확보하는 것

③T ∝ V² (토크는 전압의 제곱에 비례)

기동법별 전류·토크 비교

각 기동법을 선택하고, 기동보상기나 리액터의 탭 비율을 조절하여 기동전류와 기동토크가 어떻게 변하는지 비교해보자. 직입 기동을 100% 기준으로 한 상대값이다.

⚡ 핵심 비교

전전압 기동: 전류 100%, 토크 100%. 소용량에만 사용

①Y-Δ 기동: 전류 1/3, 토크 1/3. 가장 간단하고 많이 쓰임

②리액터 기동: 전류 x배, 토크 x²배 (x = 탭비율)

③기동보상기: 전류 x²배, 토크 x²배. 같은 토크에서 전류가 더 작다!

Y-Δ 기동의 원리

기동 시 고정자 권선을 Y결선으로 연결하면 각 권선에 걸리는 전압이 1/√3로 줄어든다. 전류는 전압에 비례하므로 선전류도 1/3이 되고, 토크는 전압의 제곱에 비례하므로 역시 1/3이 된다.

Y-Δ 기동

I_Y기동 = (1/3) × I_Δ직입

Y결선 기동 시 선전류 = 직입 기동의 1/3

Y-Δ 기동

T_Y기동 = (1/3) × T_Δ직입

Y결선 기동 시 토크 = 직입 기동의 1/3

기동보상기법에서는 단권변압기의 탭 비율 a를 조절하여 전류는 a² 배, 토크도 a² 배로 줄어든다. 같은 기동토크를 얻을 때 리액터 기동보다 전류가 적다는 장점이 있다.

기동보상기

I_보상기 = a² × I_직입

기동보상기 선전류 (a: 탭 비율)

기동보상기

T_보상기 = a² × T_직입

기동보상기 기동토크

제동법

운전 중인 유도전동기를 정지시키는 방법에는 기계적 제동과 전기적 제동이 있다. 전기적 제동은 발전 제동, 회생 제동, 역상 제동(플러깅)으로 나뉜다.

🔍 전기적 제동법 3가지

발전 제동: 고정자를 전원에서 분리하고 직류 여자 → 급정지

①회생 제동: 회전자가 동기속도 초과 시(s < 0) → 전력을 전원에 반환

②역상 제동(플러깅): 3상 중 2상을 바꿔 역회전 자기장 → 급정지 후 역전 가능

③역상 제동 시 슬립 s = 2−s' (s'은 제동 전 슬립)

회생 제동

회생 제동: s < 0 (N > N_s)

회전자 속도 > 동기속도 → 발전기로 동작

슬립

역상 제동: s = 2 − s'

2상 교체 시 슬립 변환 (s' = 제동 전 슬립)

시험 정리

Y-Δ 기동

Y-Δ 기동: 전류 1/3, 토크 1/3

가장 보편적인 감전압 기동법

기동보상기

기동보상기: 전류 a², 토크 a²

같은 토크에서 선전류가 가장 작다

리액터 기동

리액터 기동: 전류 x배, 토크 x²배

리액터 탭 비율 x

📝 시험 포인트

①Y-Δ 기동: 전류·토크 모두 1/3. 숫자 혼동 주의 (1/√3 아님!)

②기동보상기 vs 리액터: 같은 기동토크에서 기동보상기의 선전류가 더 작다

③권선형 유도전동기: 외부저항 삽입 → 비례추이 → 기동토크 = 최대토크 가능

④역상 제동 시 에너지 소모가 가장 크다 (운동에너지 + 전원에너지 모두 열 소비)

⑤소프트스타터: 사이리스터로 전압을 서서히 증가 → 충격전류 없이 부드러운 기동

⑥농형 5종 기동법: 전전압/Y-Δ/리액터/기동보상기/콘도르퍼

📝 대표 기출문제

①[기출유형] Y-Δ 기동 시 기동전류는 직입의 몇 배? (답: 1/3)

②[기출유형] 같은 기동토크에서 선전류가 가장 작은 기동법은? (답: 기동보상기법)

③[기출유형] 역상 제동(플러깅) 시 슬립은? (답: s = 2−s′, 제동 전 슬립 s′)