3상 인덕션 모터 속도를 쉽게 제어하는 방법: 간단한 가이드

3상 유도 모터는 오늘날의 공장에서 매우 중요한 도구입니다. 이 강력한 유도 모터는 작업장이나 농장과 같은 여러 곳에서 찾을 수 있습니다. 하지만 이 모터는 보통 한 가지 속도, 즉 정속으로만 작동합니다. 팬을 더 느리게 또는 컨베이어 벨트를 더 빠르게 작동시켜야 한다면 어떻게 해야 할까요? 이것이 바로 속도 제어가 유용한 이유입니다. 이 가이드에서는 삼상 유도 모터의 제어를 관리하는 몇 가지 간단한 방법을 알려드립니다. 이 가이드를 읽으면 기계를 더 잘 작동시키는 방법을 배울 수 있습니다. 또한 전력을 절약하고 작업을 더 원활하게 진행하는 방법도 배울 수 있습니다. 까다로운 아이디어를 쉬운 단계로 설명합니다. 이렇게 하면 쉽게 이해하고 실천할 수 있습니다.

인덕션 모터에 속도 제어가 필요한 이유는 무엇인가요?

모터가 항상 최고 속도로 작동할 필요가 없는 작업도 많습니다. 예를 들어 워터 펌프를 생각해 보세요. 때로는 많은 양의 물을 이동해야 할 때가 있습니다. 다른 때는 조금만 움직이면 됩니다. 인덕션 모터가 항상 최고 속도로 작동하면 많은 전력을 낭비하게 됩니다. 속도 제어를 사용하면 모터 속도를 필요한 작업에 맞게 조정할 수 있습니다. 이것은 속도 제어에 매우 중요합니다.

삼상 모터의 속도 제어를 잘 사용하면 많은 이점을 얻을 수 있습니다. 전기를 절약하고 비용을 절감할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 기계가 덜 손상됩니다. 따라서 더 오래 사용할 수 있습니다. 또한 작업을 더 잘 제어할 수 있습니다. 예를 들어 컨베이어 벨트를 천천히 작동시켜 물품이 떨어지지 않도록 할 수 있습니다. 속도 제어가 잘되면 인덕션 모터의 성능이 더욱 향상됩니다. 더 유용해지고 전력 낭비도 줄어듭니다.

3상 유도 전동기는 간단한 방법으로 어떻게 작동하나요?

속도 제어에 대해 이야기하기 전에 3상 유도 모터의 작동 원리를 살펴봅시다. 모터는 크게 두 부분으로 구성됩니다. 고정자와 회전자입니다. 고정자는 외부에 고정되어 있는 부분입니다. 그 안쪽에는 고정자 권선이라고 하는 와이어 코일이 있습니다. 로터는 안쪽에서 회전하는 부분입니다.

고정자 권선에 3상 전압을 공급하면 흥미로운 일이 일어납니다. 회전 자기장이 만들어집니다. 고정자 내부에서 회전하는 자석으로 상상할 수 있습니다. 이 자기장은 로터의 막대를 지나갑니다. 이렇게 하면 내부에 전압과 전류가 생성되거나 유도됩니다. 이렇게 유도된 로터 전류는 자체 자기장을 만듭니다. 두 자기장은 서로 밀고 당깁니다. 그러면 고정자 자기장이 회 전자를 끌어당겨 회 전자가 회전하게 됩니다. 전선이 닿지 않은 상태에서 회전자에 전압이 만들어지기 때문에 유도 전동기라고 합니다.

동기화 속도란 무엇이며 왜 중요한가요?

고정자 내부에서 회전하는 자기장의 속도를 동기 속도라고 합니다. 이는 유도 모터가 도달할 수 있는 가장 빠른 속도입니다. 동기 속도(Ns)에 대한 수학 규칙은 다음과 같습니다:

Ns = (120 x f) / P

• f 는 전원 공급 주파수를 나타냅니다(예: 미국의 경우 60Hz).
• P 는 고정자의 극 수를 나타냅니다.

실제 로터 속도는 항상 동기 속도보다 약간 느립니다. 동기 속도와 로터 속도 사이의 미세한 속도 차이를 "슬립"이라고 합니다. 이 슬립을 통해 유도 모터는 회전력 또는 토크를 생성하고 작업을 수행할 수 있습니다. 슬립이 없다면 인덕션 모터의 토크는 0이 됩니다. 따라서 유도 전동기의 속도를 변경하려면 동기 속도를 변경하거나 슬립을 변경해야 합니다. 모터의 동기 속도는 가장 중요한 부분입니다.

고정자 부품에서 유도 전동기를 제어할 수 있나요?

네, 물론 가능합니다! 고정자 쪽에서 유도 모터를 제어하는 것은 매우 일반적인 일입니다. 즉, 고정자로 들어가는 전력을 변경하는 것입니다. 이것이 바로 속도를 조절하는 방법입니다. 전압이나 주파수를 변경하는 것과 같은 이러한 방법은 선호도가 높습니다. 인덕션 모터 자체를 변경할 필요가 없기 때문입니다.

이를 수행하는 세 가지 주요 방법이 있습니다:

• 고정자 전압 제어: 이는 고정자에 공급되는 전압을 변경하는 것을 의미합니다.
• 극 변경: 즉, 고정자 극의 수를 변경해야 합니다.
• 주파수 제어: 이는 공급 전압의 주파수를 변경하는 것을 의미합니다.

각 속도 제어 방법에는 좋은 점과 나쁜 점이 있습니다. 각각을 살펴보겠습니다. 이를 통해 유도 전동기에서 어떻게 작동하는지 살펴볼 수 있습니다. 고정자 회로를 통한 이러한 종류의 속도 제어는 여러 곳에서 사용됩니다.

공급 전압을 변경하는 것이 좋은 속도 제어 방법인가요?

인덕션 모터의 속도를 제어하는 한 가지 방법은 공급 전압을 변경하는 것입니다. 변압기와 같은 장치를 사용하여 모터에 공급되는 전압을 낮출 수 있습니다. 고정자에 가해지는 전압이 낮아지면 유도 모터에서 발생하는 토크가 많이 낮아집니다. 토크는 전압 자체에 곱한 값과 연결됩니다. 즉, 전압이 조금만 낮아져도 토크가 매우 크게 떨어집니다.

이 속도 제어 방법은 사용하기 쉽지만 많은 작업에 가장 적합한 선택은 아닙니다. 토크가 감소하면 인덕션 모터의 속도가 느려집니다. 하지만 슬립이 증가하므로 로터 내부에서 더 많은 에너지가 열로 손실됩니다. 이로 인해 인덕션 모터는 더 많은 전력을 낭비하고 너무 뜨거워질 수 있습니다. 이 속도 제어 기술은 팬이나 펌프를 작동하는 소형 모터에 사용되기도 합니다. 이러한 경우 속도가 낮아지면 부하 토크가 작아집니다. 역률도 저전압에서 악화됩니다.

고정자 극의 수를 변경하면 속도가 어떻게 제어되나요?

동기식 속도에 대한 수학 규칙을 기억하시나요? 속도가 극의 수에 따라 달라진다는 것을 보여줬죠. 속도 제어의 극 변경 방법은 이 아이디어를 기반으로 합니다. 일부 특수한 종류의 유도 전동기는 새로운 방식으로 배선할 수 있는 고정자 권선으로 만들어집니다. 이것은 다른 수의 극을 만들기 위해 수행됩니다. 예를 들어 고정자 극이 4개인 모터를 고정자 극이 8개인 모터로 변경할 수 있습니다.

극의 수를 변경하면 속도가 크게 향상됩니다. 60Hz 전원 공급 장치가 있는 4극 유도 모터의 동기 속도는 1800RPM입니다. 이를 8극으로 변경하면 동기 속도가 900RPM으로 떨어집니다. 이 방법은 다른 속도를 제공합니다. 그러나 부드러운 속도 제어는 제공하지 않습니다. 두 개 또는 세 개의 설정 속도 중에서만 선택할 수 있습니다. 이 방법은 2단 선풍기나 특정 공작 기계 등에 유용합니다. 하지만 속도 제어 범위가 좁다는 단점이 있습니다. 단계별 속도 변경을 위한 간단하고 효과적인 방법입니다.

유도 전동기 속도 제어를 위한 V/F 방식이란 무엇인가요?

이것은 오늘날 사용되는 3상 유도 전동기에 가장 적합하고 가장 일반적인 속도 제어 방식입니다. 가변 전압 가변 주파수(V/VVF) 또는 전압 대 주파수(V/f) 제어로 알려져 있습니다. 아이디어는 이해하기 쉽습니다. 공급 주파수를 변경하면 유도 전동기의 동기 속도가 변경됩니다. 속도가 증가하면 주파수가 높아졌기 때문입니다. 속도가 감소하면 주파수가 감소했기 때문입니다.

이것이 제대로 작동하려면 주파수와 동시에 전압도 변경해야 합니다. 유도 전동기의 토크는 고정자의 자기장(mmf)에 따라 달라집니다. 이 자기장과 토크를 같은 수준으로 유지하려면 전압과 주파수(V/f)의 비율을 동일하게 유지해야 합니다. 이를 위해 드라이브 또는 인버터라는 특수 도구를 사용합니다. 인버터는 일반 AC 전원을 받아 DC 전원으로 변환합니다. 그런 다음 변조라는 프로세스를 사용하여 DC 전원을 다시 AC 전원으로 변경합니다. 이 새로운 AC 전원은 우리가 원하는 모든 전압과 가변 주파수가 될 수 있습니다. 이를 통해 매우 넓은 범위의 속도에서 매우 부드러운 속도 제어가 가능합니다. 이는 에너지를 가장 적게 낭비하는 속도 제어 방법입니다.

로터 부분의 속도 제어 방법을 사용할 수 있나요?

예, 하지만 이것은 특별한 종류의 인덕션 모터에서만 작동합니다. 대부분의 인덕션 모터 유형은 다람쥐 케이지 모터 디자인입니다. 이러한 모터에서는 로터의 바가 제자리에 고정되어 있습니다. 이러한 모터의 경우 로터 쪽에서 속도를 제어할 수 없습니다. 그러나 권선 로터 또는 슬립링 유도 모터라는 또 다른 종류의 모터가 있습니다. 이 메인 모터는 고정자와 마찬가지로 회전자에 와이어 코일이 있습니다.

로터의 코일은 모터 샤프트에 있는 3개의 슬립 링에 부착되어 있습니다. 브러시는 이 링과 접촉합니다. 이를 통해 로터 회로에 외부 저항을 추가할 수 있습니다. 로터 회로를 변경하면 이 유도 모터의 속도와 토크 동작을 변경할 수 있습니다. 이를 통해 완전히 새로운 속도 제어 기술을 얻을 수 있습니다.

로터 저항을 추가하면 3상 유도 모터를 제어하는 데 어떻게 도움이 되나요?

권선형 로터 유도 전동기의 경우 로터 측에서 속도를 제어하는 가장 간단한 방법은 로터 저항을 추가하는 것입니다. 로터의 슬립 링에 가변 저항기(변경 가능한 저항기)를 부착합니다. 로터 회로에 외부 저항을 추가하면 모터가 다르게 작동합니다. 추가된 저항은 주어진 토크에 대해 모터의 슬립을 증가시킵니다.

슬립이 증가하면 로터 속도가 감소합니다. 따라서 가변 속도 조절기의 다이얼을 돌리는 것만으로 광범위한 속도 제어가 가능합니다. 이 속도 제어 방법은 매우 높은 시동 토크가 필요한 작업에 적합합니다. 크레인, 호이스트, 압연기 등이 그 예입니다. 나쁜 점은 전력 손실이 매우 크다는 것입니다. 로터 회로의 모든 추가 저항은 전기 에너지를 열로 바꿉니다. 마치 브레이크를 밟으면서 자동차를 운전하는 것과 같습니다. 작동은 하지만 많은 에너지가 낭비됩니다. 이 방법으로 시동 전류를 잘 관리할 수 있습니다.

3상 모터의 캐스케이드 제어란 무엇인가요?

캐스케이드 제어는 로터 쪽에서도 작동하는 더 복잡한 속도 제어 방법입니다. 이는 로터 저항 제어에서 발생하는 모든 슬립 전력이 열로 낭비되는 것을 방지하는 현명한 방법입니다. 이 배열에서는 서로 연결된 두 개의 모터를 사용합니다. 메인 모터는 권선형 로터 유도 모터입니다.

메인 모터의 로터 회로에서 나오는 전력은 가변 저항기로 보내지지 않습니다. 대신 보조 모터라고 하는 두 번째 모터를 작동하는 데 그 전력이 사용됩니다. 이 보조 모터는 메인 샤프트를 돌리는 데 도움이 됩니다. 보조 모터의 설정을 변경하면 주 모터의 슬립 주파수와 로터 엠프를 제어할 수 있습니다. 이렇게 하면 속도가 변경됩니다. 모터를 연결하는 방법에는 몇 가지가 있습니다. 이를 통해 네 가지 정속 속도를 선택할 수 있습니다. 이 시스템은 로터 저항 제어보다 에너지 낭비가 적지만 비용이 더 많이 들고 복잡합니다. 오늘날에는 컨버터와 인버터를 사용하는 V/F 드라이브가 유도 모터 속도에 더 적합한 옵션인 경우가 많습니다.

기억해야 할 주요 사항

다음은 3상 유도 전동기의 속도 제어에 대해 배운 내용을 빠르게 정리한 것입니다:

• 왜 속도를 제어해야 할까요? 에너지를 덜 사용하고, 기계를 더 오래 사용할 수 있으며, 작업을 더 잘 제어할 수 있습니다. 3상 인덕션 모터는 속도 제어에 훨씬 더 유용합니다.
• 두 가지 주요 영역: 고정자 쪽 또는 회전자 쪽에서 유도 모터를 제어할 수 있습니다.
• 스테이터 사이드 컨트롤: 여기에는 전압 변경, 극 수 변경 또는 주파수 변경이 포함됩니다.
• 전압 제어: 이것은 간단하지만 많은 전력을 낭비합니다. 전압이 낮아지면 토크가 빠르게 낮아집니다. 그 결과 전력 손실이 커집니다.
• 극 변경: 이렇게 하면 몇 가지 설정 속도가 제공됩니다. 잘 작동하지만 부드러운 변화는 아닙니다.
• V/F 제어: 대부분의 상황에서 가장 적합한 속도 제어 방법입니다. 드라이브(인버터)를 사용하여 전압과 주파수를 동시에 변경합니다. 전력을 매우 잘 절약하고 부드러운 속도 제어를 제공합니다.
• 로터 측면 제어: 이 작업은 특수 권선 로터 유도 모터에서만 수행할 수 있습니다.
• 로터 저항 제어: 권선형 로터 모터의 간단한 속도 제어 방법입니다. 높은 시동 토크에는 좋지만 많은 에너지를 낭비되는 열로 전환합니다. 외부 저항을 삽입하여 이를 해결합니다.
• 방법 선택하기: 인덕션 모터에 적합한 속도 제어는 기계, 예산, 필요한 제어 정도에 따라 달라집니다. 거의 모든 현대적 용도의 경우, V/F 제어가 최고의 선택입니다.