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전기기사 전력공학 · 동력설비

Power Drive Equipment

동력 설비는 전동기로 펌프 · 팬 · 컨베이어 · 엘리베이터 같은 기계를 돌리는 설비다. 전동기는 기동할 때 정격의 5 ~ 7 배 전류가 흘러 전압 강하를 일으키므로, 직입 · Y-Δ · 리액터 · 인버터 가운데 알맞은 기동 방식을 고르는 일이 핵심이다. 용량은 출력 P = √3 VI cosθ · η 로 정하고, 과부하는 열동 계전기, 단락은 배선용 차단기로 보호해요. 기동 방식 버튼으로 네 가지 기동 전류 파형을 견주고, 부하율 슬라이더를 움직이면 효율 · 역률 곡선 위의 운전점이 바뀌어요.

동력 설비

⚙️ 전기 에너지를 기계 에너지로 바꾸는 설비
①전동기가 핵심으로, 펌프 · 팬 · 컨베이어 · 엘리베이터를 돌린다
②기동할 때 정격 전류의 5 ~ 7 배나 되는 돌입 전류가 흘러 전압 강하와 계통 충격을 일으킨다
③그래서 기동 방식을 고르는 일이 동력 설비 설계의 핵심 과제예요

전동기 기동 방식 비교

⚡ 기동 방식을 고르는 기준
①직입: 5 kW 이하 소용량처럼 계통에 주는 영향을 무시할 수 있을 때 쓴다
②Y-Δ: 기동 전류와 기동 토크가 모두 1/3 로 준다
③리액터: 기동 전압을 조정할 수 있으며, 기동 토크는 전압의 제곱에 비례한다
④인버터(VFD): 가장 부드럽게 기동하고 속도를 연속으로 바꿀 수 있어요

전동기 출력과 효율

75%
3상 전동기 출력
Pout = √3·V·I·cosθ·η [W]
V 는 선간 전압, I 는 선전류, cosθ 는 역률, η 는 효율이다.
전동기 용량 선정
Pmotor ≥ Pload / η [kW]
부하 출력을 효율로 나눈 값 이상인 정격을 고른다.

전동기 보호 방식

과부하 보호
열동형 과부하 계전기(THR)
바이메탈이 전류의 크기와 흐른 시간에 따라 휘어 동작해요.
단락 보호
배선용 차단기(MCCB) 순시 동작
정격 전류의 10 배쯤을 넘으면 곧바로 끊는다.
기동 때 허용 전압 강하
기동 시 전압 강하 ≤ 정격 전압의 15 ~ 20%
전압 강하가 너무 크면 기동에 실패하고 이웃 부하에도 영향을 준다.
🔧 전동기 운전 제어 방식
①직입 기동(DOL): 전자 접촉기(MC) + 열동 계전기(THR)
②Y-Δ 기동: 타이머와 MC 세 개(기동 MC · Y MC · Δ MC)를 조합한다
③인버터: 주파수를 바꿔 속도를 조절하는 VVVF(가변 전압 가변 주파수) 방식이다
④역회전: 3상 가운데 두 선을 바꿔 이으면 회전 방향이 뒤집혀요

시험 포인트

Y-Δ 기동 효과
기동 전류 1/3, 기동 토크 1/3
직입보다 전류 충격이 1/3 로 준다
3상 전동기 출력
P = √3·V·I·cosθ·η [W]
역률과 효율을 함께 곱함
전동기 역회전 방법
3상 전원 가운데 두 선 교체 → 역방향 회전
MC 두 개로 정역 제어를 꾸린다
기동 전류 크기 비교
직입(100%) > 리액터 > Y-Δ(33%) > 인버터
인버터는 정격 전류의 110 ~ 150% 쯤으로 제한한다
🎯 시험 포인트
①Y-Δ 기동은 상전압이 1/√3 로 줄어 선전류가 1/3, 토크도 전압의 제곱에 비례해 1/3 이 된다
②직입 기동은 보통 5 kW(기준에 따라 15 kW) 이하에서 쓴다
③전동기 출력 P = √3VIcosθ · η 에서 효율 η 를 빠뜨리지 않는다
④기동 때 전압 강하는 15 ~ 20% 이내로 잡는다
⑤VVVF 인버터는 주파수를 바꿔 동기 속도 n = 120f/P 를 조절해요
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] Y-Δ 기동 때 기동 전류와 기동 토크는 직입의 각각 몇 배인가? (답: 전류 1/3, 토크 1/3)
②[기출유형] 380 V, 50 A, 역률 0.85, 효율 0.9 인 3상 전동기의 출력[kW]은? (답: P = √3 × 380 × 50 × 0.85 × 0.9 ≒ 25.2 kW)
③[기출유형] 3상 유도 전동기의 회전 방향을 바꾸는 방법은? (답: 3상 전원 가운데 두 선을 바꿔 잇는다)
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