33. 권선형 유도전동기 I

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담당자:허회준

목차

1. 실습목적

  • 삼상유도전동기의 구조관찰
  • 삼상유도전동기의 여자 전류, 동기속도 및 슬립 이해
  • 회전자에 유도된 전압에 의한 회전계자 발생및 회전자속도 발생 확인

2. 개 요

지금까지 1ø전력에 의해 형성된 회전 고정자 계자(rotating stator field)를 실습 하였다. 일반적으로 현장에서는 대규모 동력용으로 3ø전력을 사용한다. 가정에 공급되는 단상 전력은 3ø전력선으로 부터 1ø을 뽑은 것이다. 3ø 전력을 이용하여 회전 고정자 계자를 만들어 내는 것은 분상 또는 2ø시스템의 원리와 흡사하다. 3ø시스템에서 회전자계는 3ø내에 형성된다. 3ø전동기의 고정자가 3ø전원으로 결선될 때, 전류가 3 개의 각 상의 고정자 권선내에 흐르며, 회전자계가 형성된다.
이러한 세상의의 여자전류는 회전자계를 형성하기 위해 각 상당 맥동 자계를 형성한다. 물론 각 상별로 권선에 대한 동손 및 철손에 의해 손실되는 전력도 존재한다. 이러한 상당 맥동 자계는 시간적 위상차이와 위치적 차이로 벡터적으로 합성되면 결과적으로 하나의 일정한 크기의 자속이 공간을 회전하는 회전자계 형태로 나타나게 된다.
회전자계의 속도는 3ø전원의 주파수에 의해 결정되며 동기속도(synchronous speed)라 불린다. 전력시스템의 주파수는 전력회사에 의해 정확히 유지되므로, 고정자 계자의 동기속도(rpm/min)는 항상 일정하다. 권선형 유도전동기는 농형회전자의 전도체 봉(conducting bar)대신에 세개의 권선을 가진 회전자 코어(rotor core)로 구성된다. 이 경우 전류는 권선에 유도 된다. 권선을 사용하여 (권선을 지난 저항 및 전류가 조정될 수 있도록) 권선이(wire) 슬립링을 통해외부 회로와 연결될 수 있는데 있다.
고정자에 의해 발생한 회전자계는 회전자의 각 권선내에 교류전압을 유도한다. 회전자가 정지상태에 있을 때 회전자계에의해 유도된 회전자 전압의 주파수는 전원 공급장치의 주파수와 같다. 만일 회전자가 외부기관(external means)에 의해 회전 고정자계자와 같은 방항으로 회전한다면, 자속이 회전자 권선을 끊는 비율은 감소할 것이다. 유도전압과 그 주파수는 강하할 것이다. 회전자가 회전 고정자계자와 같은 속도, 같은 방향으로 회전할 때, 유도전압과 그 주파수는 0으로 강하할 것이다. (회전자는 동기속도를 갖는다.) 반대로 만일 회전자가 회전 고정자계자와는 반대방향으로 그러나 동기속도로 구동될 때, 유도전압과 그 주파수는 회전자가 정지상태에 있을때의 2배가 된다.

3. 준 비 물

  • 전원공급장치 (208V, 3ø, 0-120Vdc, 120Vdc)-------EMS 8821
  • 권선형 유도전동기------------------------------------------- EMS 8231
  • 직류 전동기/발전기 ----------------------------------------- EMS 8211
  • 3ø 전력계---------------------------------------------------------EMS 8441
  • 교류전류계 (2.5/2.5/2.5A)----------------------------------EMS 8425
  • 교류전압계 (250/250V)--------------------------------------EMS 8426
  • 회전속도계-------------------------------------------------------EMS 8920
  • 리드선-------------------------------------------------------------EMS 8941
  • 타이밍 벨트------------------------------------------------------EMS 8942

4. 실 습

1. 전동기, 슬립링, 결선단자 및 결선에 주목하여 권선형 유도전동기의 구조를 살펴본다.

2. 모듈의 뒷면으로 부터 전동기를 살펴볼 때
a) 세개의 회전자 슬립링과 브러쉬를 찾는다.
b) 브러쉬는 이동이 가능한가?
c) 세개의 회전자권선은 회전자 샤프트에 있는 슬롯을 통해 세 개의 슬립링으로 도출되어진다.
d) 고정자 권선을 찾는다.(지름이 작은 와이어)
e) 회전자 권선을 찾는다.(지름이 큰 와이어)
f) 회전자와 고정자 사이의 공극(air gap)을 살펴보자.

3. 모듈의 표면판을 살펴볼때
a) 세개의 분리된 고정자 권선은 단자 _____과 ____, _____과 ____, _____과 _____으로 결선 된다.
b) 고정자 권선의 정격전류는?
c) 고정자 권선의 정격전압은?
d) 세개의 회전자 권선은 _____ 결선된다. (와이 또는 델타)
e) 세개의 회전자 권선은 단자 ____, ____, ____로 결선된다.
f) 회전자 권선의 정격전압은?
g) 회전자 권선의 정격전류는?
h) 전동기의 정격속도와 마력은?
r/min = ______
hp = ______

5. 직류 전동기/발전기, 권선형 유도전동기, 삼상 전력계, 전원공급장치, 교류전류계를 사용하여 그림 30-1의 회로를 꾸민다.
파일:Fig30-1.jpg
Fig. 30-1

6. 다음의 실험을 실행한다.
a) 직류 전동기/발전기는 전원공급장치의 단자 8과 N(120Vdc)으로 결선된다. 계자가감저항기는 시계방향으로 끝까지 돌려져야 한다. (최소저항을 위해)
b) 전기자는 전원공급장치의 가변 직류 출력단자 7과 N(0-120Vdc)으로 결선된다.
c) 권선형 유도전동기의 고정자는 세개의 전류계와 전력계로 직렬 연결되어 전원공급장치의 고정 208V 3ø 출력(단자 1,2,3)으로 결선된다.
d) 3ø 입력전압은 V₁에 의해 측정되며, 3ø 회전자 출력전압은 V₂에 의해 측정된다.

7. 다음의 실험을 실행한다.
a) 타이밍 벨트를 이용하여 직류 전동기/발전기와 권선형 유도전동기를 커플링 시킨다.
b) 전원을 켠다. 가변 출력전압을 0으로 조정한다. (직류 전동기가 회전하여서는 안된다.)
c) 아래값들을 측정, 기록하시오.
E₁= ___, W₁= ___, W₂= ___, I₁= ___, I₂= ___, I₃= ___, E₂= ___
d) 전원을 끈다.

8. 다음을 계산하시오.
a) 피상전력 = ________ VA
b) 유효전력 = ________ W
c) 역 율 = ________
d) 무효전력 = ________ var

9. 다음의 실험을 실행한다.
a) 전원을 켠후, 가변직류 출력전압을 전동기의 속도가 900r/min이 되게끔 조정한다.
b) 다음을 측정, 기록하시오.
♣ 주 의 : 만일 E₂의 값이 실헙 6의 E₂값보다 작으면,
전원을 끈 후 세 고정자 연결선 중 두 개를 바꾼다.
E₁= ____, W₁= ____, W₂= ____, I₁= ____, I₂= ____, I₃= ____, E₂= ____
c) 유효전력은 전과 같은가?

10. 다음의 실험을 실행한다.
a) 가변직류 출력전압을 120Vdc로 증가시키고 전동기의 속도가 1800r/min이 되도록 계자가감저항기를 조정한다.
b) 다음을 측정, 기록한다.
E₁= ____, W₁= ____, W₂= ____, I₁= ____, I₂= ____, I₃= ____, E₂= ____
c) 전압을 0으로 돌린후 전원을 끈다.
d) 실습 8,9에서 회전자와 회전 고정자계자의 관계는?

11. 다음의 실험을 실행한다.
a) 전동기의 회전방향을 바꾸기 위해 직류 전기자 결선을 바꾼다. 계자 가감저항기를 시계방향으로 끝까지 돌린다.
b) 전원을 켠후, 전동기의 속도가 900r/min이 되도록 직류 출력전압을 조정한다.
c) 다음을 측정, 기록한다.
E₁= ____, W₁= ____, W₂= ____, I₁= ____, I₂= ____, I₃= ____, E₂= ____

12. 다음의 실험을 실행한다.
a) 가변 직류 출력전압을 120Vac로 증가시키고 전동기의 속도가 1800r/min 이 되도록 계자가감 저항기를 조정한다.
b) 다음을 측정 기록한다.
E₁= ____, W₁= ____, W₂= ____, I₁= ____, I₂= ____, I₃= ____, E₂= ____
c) 전압을 0으로 돌린후 전원을 끈다.
d) 실습 10,11 에서 회전자와 회전 고정자계자의 관계는 ?

5. 실습평가

1. (회전자 권선내에 유도된 전압이 0일때)전동기가 동기속도로 회전할 때, 동기속도는 ?
동기속도 = _____________r/min

2. 동기속도의 식은 다음과 같다.
r/min = 120f/p
(r/min = 동기속도, f = 전력선 주파수, p = 고정자 폴(pole)의 수)
전동기의 폴(pole)수를 결정하시오.

3. 실습 6,8,9,10,11 에서 회전자 슬립(r/min)을 계산하시오.
슬립(6)= ______ r/min, 슬립(8)= ______ r/min, 슬립(9)= ______ r/min,
슬립(10)= ______ r/min, 슬립(11)= ______ r/min

4. 실습 6,8,9,10,11 에서 퍼센트 슬립을 계산하시오.
슬립(6)= ______ %, 슬립(8)= ______ %, 슬립(9)= ______ %,
슬립(10)= ______ %, 슬립(11)= ______ %

5. 3ø 전동기의 여자전류값은 회전자 속도에 의존하는가?

6. 전동기 내에 자계를 형성하기 위해 얼마만큼의 전력이 필요한가?

7. 자계형성으로 인한 손실을 공급하기 위해 얼마만큼의 전력이 필요한가?

8. 그림 30-2에 회전자 속도 對 회전자 전압의 그래프를 그린다. 직선 그래프인가?
파일:Fig30-2.jpg
Fig. 30-2

개인 도구