30. 동기전동기 전부하 특성과 탈출토크

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28. 동기전동기 전부하 특성과 탈출토크

목차

가. 실 습 목 적

1. 동기전동기의 전부하 특성 결정
2. 동기전동기의 탈출 토크

나. 개 요

무부하시 동기전동기의 역율을 변화시키는 것이 가능하듯이, 전부하시도 가능하다. 역율이 100%에 가깝다 할지라도, 큰 전력시스템의 전체 역율을 개선하기 위해서, 동기전동기에서 회전자에 인가되는 직류전압을 조절하여 과여자(over-excited)함으로서 역률 조절을 한다.
동기전동기가 유도전동기 또는 (지연된 역율로 작동되는) 기타 장비들과 함께 같은 전력시스템에서 작동될 때, 동기전동기에 의해 공급되는 진상무효(leading reactive kilovar)는 유도전동기 또는 기타장비의 지연무효(lagging reactive kilovar)를 보상하기 때문에 전력시스템의 전체역율을 개선시킨다.
유도전동기와 마찬가지로 동기전동기도 일시적으로 과부하될 수 있다. 그러나, 유도전동기와는 달리 동기전동기는 어느 정도까지의 과 부하는 일정속도를 유지한다. 이 최대 과부하 점은 직류회전자의 여자 정도의 크기에 의해 결정된다. 이 과부하 점을 지나서, 회전자 극은 고정자에서 발생한 회전자계와의 결합이 풀어지며(unlock) 회전자는 동기화상태를 벗어나게 된다. 이 과부하점을 전동기의 탈출토크라 한다. 농형권선 구조물이 설치되어 있지 않으면, 토크의 발생이 중단되어 결과적으로 급제동하게 된다. 동기화상태에서 벗어난 동기전동기는 가능한 한 빨리 전력선으로 부터 분리(disconnect)시켜야 한다.

다. 준 비 물

  • 동기전동기/발전기 EMS 8241
  • 전기동력계 EMS 8911
  • 3ø전력계 EMS 8441
  • 전원공급장치(0-120/208V 3ø, 120Vdc) EMS 8821
  • 교류전압계 (250V) EMS 8426
  • 교류전류계 (2.5A) EMS 8425
  • 직류전압전류계 (200V, 2.5A) EMS 8412
  • 리드선 EMS 8941
  • 타이밍벨트 EMS 8942

라. 실 습

1. 동기전동기/발전기, 전력계, 전기동력계, 전원공급장치, 메타기등을 사용하여 그림 36-1의 회로를 꾸민다. 고정자권선은 전원공급장치의 3ø가변출력(단자 4,5,6)으로 결선되어 있는 반면, 회전자권선은 전원공급장치의 고정직류출력(단자8과N)으로 결선되어 있다.
2. 다음의 실험을 실행한다.
a) 타이밍벨트를 사용하여 전기동력계와 전동기를 커플링한다.
b) 전기동력계의 조절손잡이를 반시계방향으로 끝까지 돌린다.
c) 최대저항을 얻기 위해 동기전동기의 가감저항기를 반시계방향으로 끝까지 돌린다. (만일 전동기에 스위치S가 장착되어 있으면, 스위치를 개방한다.)
d) 전원을 켠 후, 전압계 상에 E1이 208Vac가 되도록 신속히 조정한다. 전동기는 회전을 하여야 한다.
3. 다음의 실험을 실행한다.
a) 만일 전동기에 스위치S가 있으면, 스위치를 닫는다.
b) 두 전력의 값이 일치할 때까지 직류여자를 변화시키는 한편, 9 lbf.in가 될 때까지 토크를 전반적으로 증가시킨다. 이는 단위역율(unity power factor)에 해당된다.(I1은 최소값 이어야 한다.)
c) I1,I2,E2,W1,W2를 측정, 기록한다.
I1 = _____ Aac, I2 = _____ Adc, E2 = _____ Vdc,
W1 = _____ W, W2 = _____ W
4. 실습 3의 직류여자를 그대로 놓아둔 채, 전동기가 동기화를 잃을 때까지 부하를 점차적으로 증가시킨다. 필요한 토크를 기록한 후 전원을 끈다.
탈출토크 = ______________ lbf.in
5. 다음의 실험을 실행한다.
a) 실습 2와 3을 반복한다. 그러나, 이번에는 토크를 9 lbf.in로 유지한 채 직류여자가 0.8Adc가 될 때까지 증가시킨다.
b) I1,E2,W1,W2를 측정, 기록한다.
I1 = ________ Aac, E2 = ________ Vdc,
W1 = ________ W, W2 = _________ W
c) 역율이 진상(leading)되는가 지연(lagging)되는가?
6. 0.8Adc의 여자시 탈출토크를 결정하시오. 전원을 끈다.
탈출토크 = ______________ lbf.in

마. 실 습 평 가

1. 실습3의 결과 값을 이용하여, 동기전동기의 9 lbf.in시 특성을 계산하시오.
a) 피상전력 : ______________ VA
b) 유효전력 : ______________ W
c) 무효전력 : ______________ Var
d) 역 율 : ______________
e) 직류전력 : ______________ W
f) 마 력 : ______________ hp
g) 효 율 : ______________ %
2. 전부하토크에 대한 탈출토크의 비율을 계산하시오.
3. 실습5의 결과 값을 이용하여 동기전동기의 9 lbf.in시 특성을 계산하시오.
a) 피상전력 : ______________ VA
b) 유효전력 : ______________ W
c) 무효전력 : ______________ Vac
d) 역 율 : ______________
e) 직류전력 : ______________ W
f) 마 력 : ______________ hp
4. 평가3의 무효전력이 (+)인가 또는 (+)인가?
5. 탈출토크는 직류여자의 정도에 의해 영향을 받는다. 설명하시오.

바. 정 답

  • 실 습
3.
c) I1 = 0.78 Aac, I2 = 0.5 Adc, W1 = 140 W, W2 = 140 W, E2 = 125 Vdc
4. 15
5.
b) I1 = 1.04 Aac, E2 = 140 Vdc, W1 = 205 W, W2 = 95 W
c) 전동기가 필요로 하는 것 보다 더 많은 자계를 발생하는 과여자(over-excited)의 회전자에서, 전력선은 전체 자속을 일정하게 유지하기 위해 (-)무효전력을 고정자로 공급한다.
d) 진상(leading).
6. 21
  • 실 습 평 가
1.
a) 0.78 × 208 × 1.73 = 281 VA
b) 140 + 140 = 208 W
c) var² = VA² - W² = 78961 - 78400 그러므로, 23,7 var
d) 280/281 = 0.996
e) 0.5 × 125 = 62.5 W
f) (1.59)(1800)(9)/10-5 = 0.258 hp
g) Pout/Pin = (0.2560(746)/(280 + 62.5) = 56%
2. 탈출 토크 = 15 lbf.in 전부하 토크 = 9 lbf.in 15/9 = 1.67
3.
a) 1.04 × 208 × 1.73 = 374 VA
b) 205 + 95 = 300 W
c) var² = VA² - W² = 139876 - 90000 그러므로, 223 var
d) 300/374 = 0.802
e) 0.8 × 140 = 112 W
f) (1.59)(1800)(9)/10-5 = 0.258 hp
4. (-) 진상 역율
5. 회전자 전류내의 증가는 회전자 자계력내의 증가를 초래한다. 탈출 토크는 증가한다.
개인 도구