전동기의 기초 이론

1.전동기의회전원리

* Faraday의 전자유도법칙 : 가동COIL이 자계내에 위치하여 있을 때, COIL에 쇄교하는 자속

량이 변화하면 그것에 비례하는 기전력(전압)이 발생함.

* 가동COIL을 자속 및 가동COIL방향과 직각으로 이동시키면 COIL내부에 기전력이 발생(플fp

밍의 오른손 법칙 )

* 자속과 직각으로 놓여진 도체를 자속 및 도체의 방향과 직각으로 이동시키면 도체내부에

기전력이 발생

* 자속과 직각으로 놓여진 도체에 전류를 흘리면 도체에 힘이 발생(플레밍의 왼손법칙)

* 전동기의 회전자에는 다수의 도체가 고정자가 만드는 자극과 직각으로 배치되어 있으며,

각 도체에 힘이 작용하게 된다. 이 각 도체에  작용하는 힘이 서로 조화되어 회전자를 일

정방향으로 회전시키게 되며 , 이 합성MOMENT를 TORQUE라고 한다.

* 전동기는 발생된 TORQUE를 축을 통하여 외부로 출력하므로써 원동기의 역활을 수행함

2.전동기의 출력

* 전동기의 축에서 낼 수 있는 동력, 즉 출력(output)이 어느 정도인가를 명판에 와트 (W)

또는 킬로와트 (KW)의 단위로 나타낸다.

* 출력은 단위 시간에 전동기가 할 수 있는 일의 양을 나타내는 것으로 1W는 1초간에 1m

1주울(J) =1[N·m) = 1/9.8(kgf·m)의 일을 하는 능력을 나타낸다.

* 1W의 전동기는 1뉴턴 (N) (1/9.8kgf)의 힘에 저항하면서 물체를 1초간에 1m의 비율로

계속 움직일 수 있는 능력이 있다.

* 1(kW) =1,000(W)이다. 이전에는 출력의 단위에 마력 (Hp)이 사용되었는데.

1 (Hp) = 746 (W) 이다.

* 명판의 출력란에 나타낸 숫자는 그 전동기가 명판 기재의 정격 전압 및 정격주파수 하

에서 연속으로 운전할 수 있는 출력의 값이며, 그 이상은 낼 수 없다는 최대 출력의 값

은 아니다.

* 정격 출력의 상태를 전부하, 공회전 상태를 무부하, 그리고 정격 출력 이상의 상태를

과부하라고 한다

3.입력 과 역율

전동기가 그 축에서 어떤 출력을 내면서 운전하고 있을 때는 그 기계적 에너지에 상당하는

전기적 에너지가 단자로부터 들어오고 있다.

즉, 전력이 들어오는데, 이 것을 입력 (input) 이라고 한다. 입력의 단위는 출력과 마찬가지로 (W) 또는 (kW)로 표시된다.

원래, 전력은 전압과 전류의 곱이다. 직류 전동기의 경우는 명판 기재의 정격 전압 (V)과 정격 전류 (A)의 곱이 정격 운전시의 입력 (W)이 된다. 그러나 교류 전동기인 경우의 입력은 이것에 역률을 곱해주어야 한다.

단상의 전동기는

Pi= V I cos□(W)

V :정격 전압 (V)

J :정격 전류 (A)

cos□ :정격 전류일 때의 역률(퍼 유니트값)

3상 교류의 전동기는

Pi= 3 V□ I□ cos□(W) =  √3 V I cos□(W)

V :정격 전압 (V)  ,  V□ :상전압 (v)

I :정격 전류 (A)  ,  I□ :상전류 (i)

cos□ :정격 전류일 때의 역률(퍼 유니트값)

교류의 경우는 VI또는 √3VI가 모두 유효 전력이 되지 않고 역률을 곱한값이 유효한 전력이

된다

3.효율

입력 모두가 모두 출력으로 바뀌는 것이 아니라 입력의 일부는 전동기 내에서 손실로서 소

비되고, 그 나머지가 출력으로서 나오게 된다.

출력 Po는

Po=Pi -Wloss= □Pi

Pi = 입력

W = 손실

□ = 효율

효율은 출력과 입력의 비로 표시된다

□= Po / Pi (퍼 유너트값)

손실은 전동기가 운전중에 가열되는 원인이 된다.

출력과 입력의 관계의 정리

이상 설명한 것을 요약하면  단상 유도 전동기의 출력  Po = □Pi = VI□cos□

3상 유도 전동기의  출력  Po = □Pi =  √3 VI□cos □

4.회전속도 슬립

* 전동기가 정격 전압. 정격 주파수 하에서 정격 출력을 내면서 운전하고 있을 때의 매분

의 회전수를 정격 회전 속도라고 한다

(RPM = revolution per min).

* 전동기의 내부에는 몇 개의 자극이 형성되는데 1쌍의 자극이 생기는 것을 2극, 2쌍의 자

극이 생기는 것을 4극. 3쌍의 자극이 생기는 것을 6극 이라 한다.

* 3상 권선에 3상 교류를 흘리면 극수에 따라 자극이 생기고, 이것이 전류의 교번과 더불

어 회전한다.

이와 같이 코일이 정지하고 있고,  자극만이 회전하는 것을 회전 자장이라고 부른다.

이 회전 자장은 반사이클 마다 다음의 극으로 이동하기 때문에 자장이 회전하는

동기 속도는

Ns= 120 f / P (rpm)

f  = 주파수 (Hz)

P  = 극수

* 유도 전동기는 무부하에서는 거의 Ns와 같은(엄밀히 말하면 약간 느린) 속도로 회전자가

회전하지만, 부하를 걸면 회전 속도가 수 % 느려진다. 이것을 슬립 (slip) 이라고 한다.

예를들면

p=4극, f=60 (Hz)이면 동기 속도는

Ns =120×60/4 = 1800(rpm),

정격 회전 속도 1720 (,Pm)(220v의 경우)이므로 슬립은

Slip= (1800-1720) / 1800 = 0.044

즉, 4.4% 이다.

5.전동기 출력을 구하는 방법

1) 힘과 속도에 의한법

P=  F v / □ (W)        F = 힘 (N)

v = 속도(m/s)

□ = 기계효율

전달장치의 효율     기어   1단당 : 0.93 - 0.96

웜기어 1단당 : 0.85 - 0.90

벨트         : 0.96 - 0.97

전동기 출력은 계산값에서 10 - 20% 여유를 둘것.

2) 수직 권상동력

P = 9.8 W v /  □ (W)      W = 중량 (Kg)

v = 속도(m/s)

□ = 효율(0.8정도)

3) 수평 주행동력

P = 9.8□ W v /  □ (W)   W = 중량 (Kg)

v = 속도(m/s)

□ = 주행저항계수(Kg/Kg),

상태가 좋은 도로 : 0.01 - 0.03

자갈길, 악도로   : 0.1 - 0.2

차륜이 없는 경우는 마찰계수

□ = 효율(0.7- 0.9 정도)

4) 경사 주행동력

9.8(W sin □ + □ W cos □) v

P = ---------------------------- (W)

□

5) 토오크와 각속도

P = 9.8 T □ /  □ = 1.027 T n / □(W)     T = 토오크 (Kg.m)

□ = 각속도(rad/s)

n = rpm,

□ = 효율

6) 유체이송

P = 9.8 M h /  t □ (W)    M = 유체무게 (Kg)

h = 높이(m)

t = 시간

6.전동기 선택시 고려해야 할 사항

용        도    부하의 기동별 운전 조건

보 호 형 식     전폐외선형, 개방 방적형, 개방 옥외형, 방폭형

정 격 사 항     정격 출력, 극수, 전압, 주파수, 정격(연속, 단시간 정격) ,%ED

(15, 25, 40, 60, 100%)

절연 종류별     B종,  F종

주 위 조 건     주위온도(℃), 표고 (해발  m), 습도( %)

설 치 조 건     옥내형, 옥외형

회전자 종류별   농형, 권선형

취 부 방 법     횡축, 입축, 수평, 천정, 벽

부       하     연결방식 (직결, 벨트(평벨트, V벨트)), 기동회전력 ,최대 회전력

기 동 방 식     직입기동, Y-□기동, 리액터기동, 보상기 기동, 저항기 기동

기 동 횟 수     회 / 일

회 전 방 향     C.W,   C.C.W

벨트식인경우    Pulley경 , Pulley쪽, Pulley중량

Vertical인경우  Thrust力 (상향, 하향)

GD2             Kg-m2

(Motor축 환산치)

적 용 규 격     KS , IEC, JIS, NEMA

7.절연 방식에 의한 분류

1) 절연기기의 종류

기기 절연은 그 내열 특성에 따라 Y종, A종 ,E종, F종, H종 및 C종으로 구분된다.

그리고 기기는 위의 각종 절연의 허용 최고온도에 충분히 견디는 절연재료로 구성되는

것이다.

2) 기기 절연의  정의

1. Y종 절연

Y종 절연이란 표1에 표시된 Y종의 허용온도에 충분히 견디는 재료로 구성된 절연을

말한다. 즉, 물, 면, 비단, 종이 등의 재료로 구성되어 바니쉬류를 함침하지 않은

또는 유중에 담그지도 않은 절연을 말한다.

2. A종 절연

A종 절연이란 표1에 표시된 A종의 허용온도에 충분히 견디는 재료로 구성된 절연을

말한다. 보기를  들면 목, 면, 비단, 종이 등의 재료로 구성되어 바니쉬로 함침시켰

거나 유중에 담근 절연을 말한다.

3. E종 절연

E종 절연이란 표1에 표시된 E종의 허용온도에 충분히 견디는 재료로 구성된 절연을

말한다.

4. B종 절연

B종 절연이란 표1에 표시된 B종의 허용온도에 충분히 견디는 재료로 구성된 절연을

말한다. 보기를 들면 마이카, 석면, 유리 섬유 등의 재료로 접착 재료 와 같이 사

용한 절연을 말한다.

5. F종 절연

F종 절연이란 표1에 표시된 F종의 허용온도에 충분히 견디는 재료로 구성된 절연을

말한다. 다시 말하면 마이카, 석면, 유리섬유등의 재료를 실리콘, 알키드 수지 등의

버접착재료와 같이 사용된 절연을 말한다.

6. H종 절연

H종 절연이란 표1에 표시한 H종의 허용 최고 온도에 충분히 견디는 재료로 구성된

절연을 말한다. 보기를 들면, 마이카 ,석면, 유리 섬유 등의 재료를 규소수지 또는

동등의 특성을 가진 재료와 같이 사용한 것을 말한다. 고무모양 및 고치모양의 규

소수지 또는 동등의 성질을 가진 재료를 단독으로 사용된 것도 포함된다.

7. C종 절연

C종 절연이란 표1에 표시한 C종의 허용 최고 온도에 충분히 견디는 재료료 구성된

절연을 말한다. 보기를 들면, 마이카, 석면, 자기 등을 단독으로 사용한 것이든가

접착 재료와 함께 사용된 절연을 말한다.

8. 이종(異種)절연 재료의 혼용

다른 종류의 절연 재료를 함께 사용하는 경우 , 낮은 허용 최고 온도를 가지는 재료

가 구조상의 목적으로 소량 사용되어, 그것이 손상 하더라도 전체로서 전기적 및

기계적 성질을 해치지 않는 것을 높은 절연 종류로 간주한다.

두 종류 이상의 절연 재료를 포함하여 만든 절연에 대하여는 그중 최저의 허용 죄고

온도를 갖는 재료의 절연 종류로 간주한다. 다만 위  항에 또는 이것에 준하는 경우

는 제외된다.

3) 각종절연의 허용 온도

절연의 종 류       허용 최고 온도(Deg.)

E종                   120도

B종                   130도

F종                   155도

H종                   180도

C종                   180도 초과