전기기사 실기 · 전동력설비 운용

Motor Drive Operation

전동력 설비 운용은 전동기를 어떻게 기동하고, 인버터로 속도를 어떻게 바꾸며, 펌프 · 팬에서 전력을 얼마나 아끼는지를 다루는 운용 단원이다. 직입 · Y-Δ · 리액터 · 인버터 기동은 기동 전류를 줄이는 만큼 기동 토크도 함께 줄어드는 맞바꿈이 있다. 용량에 맞지 않는 기동 방식을 고르면 전압이 크게 떨어지거나 차단기가 떨어진다. 전동기 용량 · 기동 방식 · 인버터 주파수 슬라이더를 움직이면 위쪽 기동 전류 · 토크 막대, 가운데 V/f 곡선의 운전점, 오른쪽 펌프 절감 곡선이 함께 바뀐다.

75 kW 전동기를 어떻게 기동하고 제어하나

75 kW 유도 전동기의 기동 방법 을 고르고,인버터 V/f 제어로 속도를 바꿔 운전하며, 마지막으로 펌프·팬의 에너지 절감 을 계산한다. 이 셋이 전동력 설비 운용의 중심이다.

⚙️ 전동력 설비 운용의 세 관점

① 기동: 직입 · Y-Δ · 리액터 · 인버터 기동은 기동 전류와 토크를 맞바꾼다

② 운전: 인버터(V/f 제어)로 주파수를 바꿔 속도를 정밀하게 맞춘다

③ 절감: 펌프 · 팬은 3승 법칙(P ∝ N³)을 따라 유량을 20% 줄이면 전력이 49% 준다

• 실기에서는 기동법 비교표, 인버터 원리, 절감 계산이 자주 나온다

기동법 비교, V/f 곡선, 절감 효과

전동기 용량75 kW

기동 방식(Y-Δ)

인버터 주파수45 Hz

🔑 그림에서 읽을 것

① Y-Δ 기동: 기동 전류 2×정격 = 305A

② 인버터 45Hz 운전: 동기 속도 1350rpm, 전압 285V

③ 펌프 절감: 유량 75% → 전력 42%, 곧 58% 절감

④ Y-Δ 는 전류가 1/3 로 줄지만 토크도 1/3 이라 가벼운 부하에서만 기동할 수 있다

기동과 운전의 공식

기동 전류 비교

직입: 6 ~ 8 × In | Y-Δ: 1/3 | 리액터(60% 탭): 0.6 | 인버터: 1.5 × In

In: 정격 전류. 토크는 Y-Δ 가 1/3, 리액터가 0.6² = 0.36 으로 준다

인버터 V/f 제어

V/f = 일정(380 V / 60 Hz = 6.33 V/Hz)

자속을 일정하게 지켜 60 Hz 까지는 정토크 영역, 60 Hz 를 넘으면 약계자(정출력) 영역이다

🔧 인버터로 얻는 효과

①V/f 제어로 속도를 바꾸고

②3승 법칙으로 절감량을 계산하면 아낀 전력이 수로 드러난다

펌프 · 팬 3승 법칙

P₂P₁ = (N₂N₁)³ = (f₂f₁)³

유량 ∝ N, 양정 ∝ N², 전력 ∝ N³ 이라 속도를 조금만 낮춰도 전력이 크게 줄어든다

절감 풀이 예제

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

유량 75% 로 운전하면 전력은 42.2% 만 쓴다

전동기 정격 전류 계산

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

차단기 · 케이블을 고를 때 기준이 되는 정격 전류

함정과 변형 문제

⚠️ 자주 틀리는 자리

① Y-Δ 기동은 전류가 1/3 이면 토크도 1/3 이라 무거운 부하는 기동하지 못한다

② 리액터 기동 60% 탭은 전류가 0.6배, 토크가 0.6² = 0.36배다

③ 인버터 출력은 PWM 이라 고조파가 생기고 전동기 절연이 빨리 상할 수 있다

④ 3승 법칙은 펌프 · 팬에만 맞고 컨베이어 같은 정토크 부하에는 맞지 않는다

⑤ 전동기 절연 저항은 (정격 전압 ÷ 1000) + 1 MΩ 이상이어야 한다

전동기 절연 저항 기준

R_insul ≥ V_정격1000 + 1 [MΩ]

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

🔄 변형 문제 유형

① 「기동법을 비교 설명하시오」: 네 기동법의 전류 · 토크 · 적용 조건을 표로

② 「인버터 V/f 제어 원리」: V/f 를 일정하게 두는 이유(자속 유지)와 약계자 영역

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 · 소음을 적다

답안 점검

V/f 제어

V/f = 일정

정토크 영역

3승 법칙

P ∝ N³

펌프 · 팬에만

🎯 시험에서 볼 자리

① 기동법 비교는 직입 · Y-Δ · 리액터 · 인버터를 전류 배수 · 토크 배수 · 적용 대상 표로 쓴다

② V/f 를 일정하게 두는 이유는 「자속(Φ ∝ V/f)을 일정하게 지켜 정격 토크를 낸다」로 적는다

③ 3승 법칙 문제는 유량 비율 → 세제곱 → 절감률 순서로 푼다

④ 점검 항목은 전동기(절연 · 진동 · 온도), 인버터(DC 링크 · 팬 · 경보), 펌프(압력 · 유량)로 나눈다

⑤ 보호 장치는 EOCR(과전류) · MPR(결상) · 저전압 계전기를 이름과 기능으로 함께 적는다

📝 대표 기출 유형

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

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

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

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마지막 수정 2026-10-20

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