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전기기사 전기기기 · 유도전동기의 기동 및 제동

Starting & Braking Methods

유도전동기는 멈춘 상태에서 바로 전원에 이으면 정격의 5~7배 전류가 흐르므로, 전압을 낮춰 기동하는 Y-Δ · 리액터 · 기동 보상기 같은 방법을 쓴다. 전압을 낮추면 전류는 줄지만 토크는 전압의 제곱으로 더 크게 줄어, 전류를 누르면서도 부하를 돌릴 토크를 남기는 것이 기동법을 고르는 기준이다. 멈출 때는 발전 제동 · 회생 제동 · 역상 제동처럼 돌고 있는 에너지를 전기적으로 거둬들이는 방법을 써요. 기동법 버튼과 탭 비율 슬라이더를 움직이면 직입 기동에 대한 기동 전류와 기동 토크의 비가 막대로 바뀌어요.

왜 기동이 문제일까

유도전동기를 전원에 바로 이으면 기동하는 순간 정격 전류의 5~7배나 되는 큰 전류가 흐른다. 이 전류는 전원 쪽 전압을 떨어뜨려 다른 기기에도 영향을 주므로, 용량이 큰 전동기일수록 기동 전류를 줄이는 기동법이 필요해요.
💡 기동의 딜레마
기동 전류를 줄이면 기동 토크도 줄어든다.
①토크가 모자라면 전동기가 부하를 이기고 돌기 시작하지 못한다.
②그래서 전류는 될 수 있는 대로 줄이면서 토크는 넉넉히 남기는 것이 핵심이다.
③토크는 전압의 제곱에 비례해요(T ∝ V²).

기동법별 전류 · 토크 비교

기동법을 고르고 기동 보상기나 리액터의 탭 비율을 바꾸며 기동 전류와 기동 토크가 어떻게 달라지는지 비교한다. 막대는 직입 기동을 100% 로 둔 상대값이에요.
⚡ 핵심 비교
전전압 기동은 전류 100%, 토크 100% 로 작은 전동기에만 쓴다.
①Y-Δ 기동은 전류 1/3, 토크 1/3 로 가장 간단해 많이 쓴다.
②리액터 기동은 전류 x 배, 토크 x² 배다(x = 탭 비율).
③기동 보상기는 전류 x² 배, 토크 x² 배라서 같은 토크라면 전류가 리액터 기동보다 작아요.

Y-Δ 기동의 원리

기동할 때 고정자 권선을 Y 로 이으면 권선 하나에 걸리는 전압이 1/√3 로 줄어든다. 권선 전류도 1/√3 이 되는데, Δ 운전 때의 선전류는 권선 전류의 √3 배였으므로 선전류는 1/3 이 된다. 토크는 전압의 제곱에 비례하므로 역시 1/3 이에요.
Y-Δ 기동
IY기동 = (1/3) × IΔ직입
Y 로 기동할 때 선전류 = 직입 기동의 1/3
Y-Δ 기동
TY기동 = (1/3) × TΔ직입
Y 로 기동할 때 토크 = 직입 기동의 1/3
기동 보상기법은 단권변압기의 탭 비율 a 로 전압을 낮춰 전동기 전류를 a 배, 전원 쪽 선전류는 다시 a 배 줄여 a² 배, 토크도 a² 배로 만든다. 같은 기동 토크를 얻을 때 리액터 기동보다 전원 전류가 작다는 장점이 있어요.
기동보상기
I보상기 = a2 × I직입
기동 보상기 선전류(a: 탭 비율)
기동보상기
T보상기 = a2 × T직입
기동 보상기 기동 토크

제동법

돌고 있는 유도전동기를 멈추는 방법에는 기계적 제동과 전기적 제동이 있다. 전기적 제동은 발전 제동, 회생 제동, 역상 제동(플러깅)으로 나뉘어요.
🔍 전기적 제동법 세 가지
발전 제동: 고정자를 전원에서 떼고 직류를 흘려, 전동기를 발전기로 돌려 저항에서 에너지를 태운다.
①회생 제동: 회전자가 동기속도보다 빨라지면(s < 0) 발전기로 동작해 전력을 전원에 돌려준다.
②역상 제동(플러깅): 삼상 중 두 상을 바꿔 자기장을 거꾸로 돌려 급히 멈추고, 그대로 두면 거꾸로 돈다.
③역상 제동 순간의 슬립은 s = 2 − s'(s' 은 제동 전 슬립)이에요.
회생 제동
회생 제동: s < 0 (N > Ns)
회전자 속도 > 동기속도 → 발전기로 동작
슬립
역상 제동: s = 2 − s'
두 상을 바꾼 순간의 슬립(s' = 제동 전 슬립)

시험 정리

Y-Δ 기동
Y-Δ 기동: 전류 1/3, 토크 1/3
가장 흔한 감전압 기동법
기동보상기
기동 보상기: 전류 a², 토크 a²
같은 토크에서 선전류가 가장 작다
리액터 기동
리액터 기동: 전류 x배, 토크 x²배
x 는 리액터 탭 비율
📝 시험 포인트
①Y-Δ 기동은 전류와 토크가 모두 1/3 이다(1/√3 이 아니다).
②같은 기동 토크라면 기동 보상기의 선전류가 리액터 기동보다 작다.
③권선형 유도전동기는 바깥 저항을 넣어 비례추이로 기동 토크를 최대 토크까지 키울 수 있어요.
④역상 제동은 운동 에너지와 전원 에너지를 모두 열로 버리므로 에너지 손실이 가장 크다.
⑤소프트 스타터는 사이리스터로 전압을 천천히 올려 충격 전류 없이 부드럽게 기동한다.
⑥농형의 기동법은 전전압 · Y-Δ · 리액터 · 기동 보상기 · 콘도르퍼의 다섯 가지이다.
📝 대표 기출유형
①[기출유형] Y-Δ 기동 때 기동 전류는 직입의 몇 배인가? (답: 1/3)
②[기출유형] 같은 기동 토크에서 선전류가 가장 작은 기동법은? (답: 기동 보상기법)
③[기출유형] 역상 제동(플러깅) 순간의 슬립은? (답: s = 2−s′, s′ 은 제동 전 슬립)
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