전동기(Motor) 기동방식 및 제동방식 설명

전동기(Motor) 기동방식 및 제동방식 설명

 

1. 전동기 기동방식(MC)

 

 

2. 전동기 보호방식 선정

모타의 주요 소손원인은 과부하, 결상, 지락이며 이중 결상의 주원인은 수많은 개폐 동작으로 인한 마그네틱 콘텍터의 가동접점이 산화되어 상간에 불평형 전류가 흐르게 되고 이와 같은 현상으로 모타소손이 발생됨으로 초기 단계에서 결상보호 기능을 갖춘 보호계전기를 선정

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3. 전동기 제어반

• MCC 기동기반 (자립형)

- 1차측 전원의 접속은 삽입 인출형 유니트 방식, 2차측은 단자에 의한 케이블 연결방식 선정

- 주회로는 각 유니트에서 외부 케이블을 연결하고 제어 및 감시용 Cable은 총괄 단자실에서 연결 하는 방식을 선정

- 양면형 구조로 하여 전면에는 구성 기기용 유니트를 후면에는 Condenser를 내장함

 

• MCC 기동기반 (벽부형)

- 소용량으로 소수의 분기회로로 구성되는 장소에는 경제성을 고려하여 분전반 형태를 벽부형으로 선정

- MCC는 습기 및 오염가스 등 부식우려가 높은곳의 외함을 스테인레스 재질의 내열방수 구조로 선정

- 기계실 등에 벽면 매입형으로 설치하는 경우는 조명용 분전반 외함구조와 동일하게 제작

- 벽부형 MCC의 외함 깊이는 전자접촉기의 Arc Space 등을 고려하여 결정

 

• MCC 기동기반 (차단기 선정)

- 주회로 MCCB는 각 분기회로, 전동기 전부하 운전시 및 최대 용량의 전동기가 최후 기동시의 Peak 부하시를 종합적으로 감안하여 가장 큰 부하 전동기에서 선정된 차단기의 용량에 나머지 전부하의 규약전류의 합계의 직상위 규격으로 선정

- 분기회로는 기동방식과 기동전류, 전 부하전류(규약전류) 등을 고려하여 전부하 전류의 200～300%를 기준으로 근사치 규격을 선정

 

• MCC 기동기반 (보호)

- 보호협조

∙MCCB는 회로의 부하상태에서 개․폐로가 가능하고 단락전류 또는 6배 이상의 과부하 전류를 순시 차단하는 보호기능이 있으며, 과부하, 지락, 결상은 전자식 EOCR를 적용하여 보호

 

- 보호장치

∙주위온도에 대한 영향, 전동기 운전상태별 보호계전 동작치의 정확도(정밀 조정가능) 등을 고려하여 전자식 EOCR를 채택하여 순시, 결상 및 지락 보호기능을 부가

 

• 역율개선

역률 개선용 콘덴서는 전동기 부하와 병렬 접속이 가능한 동력부하에 개별 콘덴서를 설치하고, 변압기 2차측 무부하 보상용 콘덴서를 설치 종합역률 95% 이상 유지되도록 함.

∙역률개선시 요금감액 기준(전기공급규정 제43조 역률에 따른 요금의 추가 또는 감액)부하의 역률 90～95% 까지 매 1%에 대하여 기본요금의 1%씩 감액함.

 

 

4. 전동기 제어반 (Motor Control Center)

전동기 제어반(Motor Control Center)은 저압배전반에서 전력을 공급받아 저압 전동기 및 기타부하에 지역별, 시스템별로 구분하여 전력을 공급하는 설비임

• 전동기 제어반 형식은 충전부가 노출되지 않는 옥내 강판제 폐쇄자립형으로 함

• 전동기 부하 회로에는 매 상마다 EOCR형 과부하 계전기가 취부되어 전동기 과부하시 기동기의 주 접점을 개방하여 제어반 전면에 황색표시등이 점등되도록 하며, 제어반에는 전동기의 운전 및 정지 여부를 지시하는 적색 및 녹색 표시등 취부

• 모든 전동기 제어반 유니트는 인출형으로 제작하며 단, 유니트의 치수가 1,200mm 이상일 때는 비인출형(Fixed Type)으로 제작함

• 각 전동기 제어반 외 예비함(Spare)은 각 차단기(기동기 포함) 용량별로 1개씩 설치

 

• 주요기기 사양

 

 

5. 전동기 기동방식(EOCR)

 

 

6. 전동기의 제동

전동기를 정지시키는데에는 기계적인 제동법과 전기적인 제동법이 있으며 회생 제동과 발전 제동은 전기적인 제동법에 포함된다.

1) 유도전동기의 원리

① 고정자 권선에 3상 전류를 인가하면 회전자계가 형성되고 자극(회전자계)의 회전에 따라 회전자 도체에 유도전류가 흘러 회전 Torqe를 발생하면 회전자는 자극과 같은 방향으로 회전을 한다.

② 회전자의 속도가 회전자계이며, 회전 속도와 동일한 동기속도이면 자계를 자르지 못하여 토오크가 발생하지 못하므로 회전자 속도는 회전자계의 속도(동기속도)보다 늦은 상대속도가 되어야 한다.

③ 슬립 (s-1) Ns≒N 는 등기속도와 상대속도의 비

 

2) 전동기의 제동법

① 기계적인 제동법

- 마찰부 형태 : Shoe Type, Disc Type, Handle Type

- 제동기의 작동 : (기계적) 유압, 공기압 등을 가하는방법(전기적) 전자브레이크

- 특 징 : 정전 시 제동 토오크를 걸 수 있으나 마찰부가 마모.

② 전기적인 제동법

발전 제동(dynamic), 역상 제동(plugging), 회생 제동(regenerative breaking), 과전류 제동.

 

3) 전동기 제동 종류에 대한 설명

① 발전 제동(dynamic)

전동기 한선을 직류로 흐르게 하면 갭(gap)에 자계가 생기고 이 자계에 상대적인 속도차가 있는 다른 전선이 있으면 이 전선에 유기기전력이 발생되므로 발전기로 동작한다. 이 전선에 저항기를 접속하여 두면 발전기로서의 출력은 저항에 소비되고 회전체가 가지는 운동에너지를 흡수한다. 1차 측을 교류전선에서 분리하여 직류전선에 접속하고 2차측을 저항기에 접속하면 접속하는 저항기의 저항에 의해서 제동 토크와 속도의 관계를 변화하고 또 속도가 낮은 곳에서는 제동 토크가 감소한다. 흡수한 에너지는 저항기 안에 열로 소비되기 때문에 저항제동이라 한다.

② 역상 제동

전동기가 회전 중에 역회전 접속으로 전환하여 급속히 감속하고, 역방향으로 가속하기 전에 시한계전기나 영회전 검출계전기(플러깅 릴레이)에 의하여 전원에서 분리하여 정지시키는 제동법으로 2상 분의 단자전원 접속을 바꿔 그때 전원에 흘러가는 과대한 전류 (정상전류 5～10배)를 제한하는것과 아울러 발생하는 열량을 감소시키기 위해 유도전동기에 2차 저항을 삽입 한다.

③ 회생 제동 (regenerative breaking)

전동기는 접속되어있는 전원의 상태를 바꿈으로서 발전기로서 동작

④ 마찰제동

슈(Shoe)형 마찰 브레이크는 회전하고 있는 브레이크 힐과 정지하고 있는 브레이크 슈를 접속시킴 으로서 제동을 거는 것으로 마찰부분에서 에너지를 흡수한다.

⑤ 일반적인 적용 예

- 고속제동 : 발전 제동, 역상 제동, 회생 제동

- 저속제동 : 마찰 제동

 

 

7. 전동기 회로용 선정기준

1) 일반적인 경우(다음 3개항이외는 1항을 참조할 것)

① 전동기의 허용과부하를 안전통전 할 것

② 전동기의 기동전류로 퓨즈가 소손하지 않을 것

보호하려고 하는 전동기의 기동전류와 기동시간을 산출하여 이것을 퓨즈의 허용시간 특성 상에 적

용해서 이점보다 위의 허용특성을 가진 정격전류의 퓨즈를 산정한다.

③ 빈번한 개폐나 역전을 할때 그 반복전류로 소손되지 않을 것

④ 전자개폐기 또는 접촉기+과전류계전기와 동작보호 협조가 이루어져 있을 것

 

2) 전동기의 기동전류 - 시간특성 검토

직입기동에서는 큰 기동전류가 흐르지만 기동전류-시간특성은 사용조건, 전동기 특성에 따라 다르므로 각 경우 별로 확인하도록 한다.

 

3) 고압전자 접촉기와 조합할 때 주의

퓨즈의 차단특성 곡선과 계전기의 동작특성이 다음 범위에서 만나는 정격전류를 선정할 것

① 퓨즈의 차단전류 이상

② 전자접촉기의 차단용량 이하 : 협조조건은 다음과 같다.

• IM≤IN : 전동기의 전부하전류 IM은 퓨즈의 정격전류 IN보다 작아야 한다.

• IR≥IA : 전자접촉기의 정격차단전류는 보호릴레이를 포함한 전자접촉기의 최소특성과 퓨즈의 전

차단 특성 교점의 전류보다 커야 한다.

• Im≤IB : 퓨즈의 최소차단전류 이하 전류는 전자접촉기에 의해 개방할 것

• IL≤IC : 전동기의 구속전류는 퓨즈가 아니라 전자접촉기가 개방할수 있는 범위 일 것

• 기동전류 또는 돌입전류 시간특성이 보호릴레이를 포함시킨 전자접촉기의 최소동작 특성

보다 하측일 것

• 회로의 단락용량 이하에서 전자접촉기는 기계적 강도(전자력)의 점에서 퓨즈의 최대한류 파고값

에 견디는 것일 것 또 열적강도(대전류 영역)의 점에서 차단 I2t에 견뎌야 한다.

 

 

8. 농형과 권선형 유도전동기에 대하여

농형 유도전동기는 기동 전류가 크고 역율이 낮으나 운전특성이 좋고 부속이 간단하여 유지보수가 용이하며, 권선형 유도전동기는 2차 저항을 조절하여 기동하며, 속도 조절용 전동기로 활용되나 정류기 및 브러쉬 등으로 인하여 잦은 수리가 요구된다.

1) 유도 전동기 기동방식

- 3상 농형 유도전동기

① 전전압기동(직접 투입 기동방법)

별도의 기동장치를 사용하지 않고 선로전압을 투입하는 방법.

- 특징 : 기동방법이 간단하며, 설치비가 저렴하나, 기동전류가 전부하의 5～6배로 크며, 선로에 전압강하 등 악영향을 미칠 수 있다.

- 적용 : 7.5HP 이하/(200V급), 15HP 이하/(380V급)인 소용량 전동기

 

② Y-△기동

기동시 고정자권선을 Y결선으로 접속하여 기동하고, 일정시간이 지나면 △결선으로 접속하여 운전하는 방법.

- 특징 : 기동전류가 전전압 기동 시의 1/3정도로 할수 있고, 기동장치는 간단하며, Mc. Relay 및 타이머 등 기타 부속재의 보수유지가 필요.

- 적용 : 10HP 이상 20HP이하의 중규모 유도전동기에 적합.

 

③ 직렬 리액터기동

고정자권선과 3상 리액터를 직렬로 삽입하여 기동시 단자전압을 저감하여 기동하고 일정 시간 후 리액터를 단락하여 전전압으로 전환하는 기동방법

- 특징 : 기동보상기 방법보다 간단하나 전전압에서 기동하므로 기동보상기에 비해 기동 KVA가 크다.

- 적용 : 중규모 용량으로 기동 시 저잡음으로 기동을 요하는 장소.

 

④ 기동보상기에 의한방법(단권트랜스법)

기동시 단권변압기를 이용하여 전동기 단자전압의 50～80%로 저감하여 기동한 후 일정시간 경과 후 정전압으로 전환하는 방법.

- 특징 : 계통 선로에 기동으로 인한 영향을 거의 주지 않지만, 기동 보상에 의한 소비전력으로 효율이 낮아지고 기동장치의 별도 제작이 필요하고 수리 및 유지보수가 곤란.

- 적용 : 300HP 이상의 중. 대규모 이상의 유도전동기에 적합.

 

2) 3상 권선형 유도 전동기

㈀ 기동방식은 2차 저항 기동이고 2차 저항의 크기로 기동 토오크를 크게 함과 동시에 기동 전류도 제한할 수 있으므로 권선형 유도 전동기에서는 2차 저항 조정기를 사용하여 최대저항으로 기동하여 속도가 상승함에 따라 저항을 줄여 최후에는 저항을 단락하여 운전상태로 전환.

- 특징 : 2차 저항을 조정하여 임의의 최대 또는 최소 토오크를 선택할 수 있으나, 운전 시 손실이 크고 효율이 나쁘며, 슬립-링, 브러시 등에 사고가 자주 발생되므로 유지관리에 주의해야하고 기동 환경에 유의하여야 한다.

- 적용 : 펌프, 크레인, 압연기 등의 일반산업용 공작기계 등

 

- 단상 유도 전동기의 종류

분상 기동형, 콘덴서 기동형, 반발 기동형, 셰이딩 코일형 - 아라고 원판(계전기)

 

3) 유도 전동기의 기동 시 고려사항

- 전동기의 부하 특성

구동되는 기계측(부하)이 요구하는 속도, 토오크 특성에 적합한 전동기를 선정하여야 하며, 제어방식 및 환경조건의 고려 필요

 

- 전압강하는 전원 용량이 작은 계통에서는 기동 시 큰 전압강하를 일으켜 조명이 일시적으로 어두워지거나 전자접촉기나 보조계전기가 끊어져 다른 전동기가 정지하는 경우도 있으므로 일반용 제어 공작물에서 다른 수용가와 변압기를 공용하고 있을 때는 전동기 기동 전압강하를 10～15% 이내로 억제 시켜야 한다.

 

- 기동장치를 생략할 수 있는 경우

정격 출력 3.7㎾를 초과하는 3상 유도전동기는 기동장치를 사용하여 기동전류를 억제하여야 하지만, 다음의 경우는 생략할 수 있다.

① 특수농형 전동기로서 정격출력이 11㎾ 미만이거나, 11㎾ 이상인 것에는 현저한 전압 변동을 줄

우려가 없을 것.

② 계약 수전전력 80㎾ 이상의 수용장소에서 계약수전 전력[㎾]의 1/10이하인 출력을 사용할 경우

(2대 이상 동시에 시동하는 것에는 그 합계출력.)

③ 기동장치의 설치가 기술상 곤란할 경우나, 다른 것에 지장을 주지 않을 때