[유도전동기]
(1) 유도전동기의 원리
유도전동기는 교류전원을 사용하는 교류전동기로서 직류직권정동기와 달리 정류자와 브러시가 필요하지 않으므로 고장이 적고 유지보수가 편리하여 여러 분야에 널리 사용되어왔다. 유도전동기의 원리는 원통철심 내부에 동으로 만든 원통을 놓으면 아라고(Arago) 원판과 같은 원리의 회전자계 때문에 동원통에 와전류가 발생한다.
(2) 유도전동기의 특성
① 교류전원을 사용할수 있으므로 전원공급이 쉽다.
② 구조가 간단하고 튼튼하다.
③ 가격이 싸고 유지보수비가 적다.
④ 부하증감에 대한 속도변화가 적다.
⑤ 취급이 간단하고 운전이 쉽다.
가. 슬립과 속도
전동기의 실제 회전속도 N는 동기속도 Ns(rps) 보다 적다. 이유는 회전자가 동기속도보다 느리게 돌
아야만 자속을 끊게 되므로 유기기전력을 유기하고 전류가 통해서 이 전류와 자계의 자속사이에 회전
력(Torque)이 생긴다. 이때, 전동기의 속도(N)와 동기속도(Ns)에 대한 비율을 슬립(slip)이라 한다.
회전자계의 속도를 동기속도라 하고 P극인 경우 교류 1Cycle마다 2/P회전하므로 매분 회전수는 다음
과 같다
★ 동기속도 Ns = 120f/p〔rpm〕
[ Ns:동기속도(rpm),
★ 슬립 S = Ns-N/Ns
이때 회전자계의 회전자에 대한 상대속도는,
★ N = (1-S) Ns 〔rps〕
① 슬립의 크기 슬립은 1<S<0 의 범위를 갖으며,
S = 1 ⇒ N = 0 : 전동기의 정지상태
S = 0 ⇒ N = Ns : 이상적 무부하상태
※ 전부하슬립 : 소용량 10 ～ 5%, 대용량 5 ～ 2.5%
(동일용량에서는 저속도의 것이 고속도의 것보다 크다)
나. 동기속도와 토크
★ ① 동기속도 Ns =120f/p〔rpm〕
★ ② 토오크(Torque) T = 0.975 P/Ns
[ Ns:동기속도(rpm),
다. 속도제어 <회전수제어>
유도전동기는 운전취급이 쉽고 전부하에서도 몇(%) 슬립으로 회전하는 우수한 전동기이나 속도가 극수와 전원주파수로 정해지므로 간단하게 속도를 제어하기 곤란하다.
N = (1-S)․Ns 〔rpm〕, Ns = 120f/p 〔rpm〕이므로
슬립(S) 주파수(f) 극수(p) 의 3가지 중에서 어느 하나를 바꾸어 제어하나 주파수와 극수는 간단하게
바꾸기 쉽지 않으므로 비교적 슬립을 변경시켜 제어한다.
<속도제어 방법>
1) 슬립제어(2차저항의 가감)
2) 주파수제어
3) 극수변경제어
★라. 유도전동기의 회전력
T = K1∙Φ∙IR
T = (V2/f2)∙fs
★ 유도전동기 회전수는 전원수파수 F에 비례하고 자극수 P에 반비례한다.
★ 회전력은 전원주파수 F²에 반비례하고 1차전압 V² 및 슬립주파수 Fs에 비례
따라서 가변전압 가변주파수를 출력시키는 VVVF Inverter 장치가 필요하다
[VVVF Inverter]
가. 일반사항
VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)의 약자로 가변전압 가변주파수를 발생해 낼 수 있는 인버
터를 말한다. 신형전동차에 장착된 3상 농형 유도전동기 사용을 위하여 인버터를 차량 하부에 장착하여
판토그래프를 통한 가선이나 컨버터를 통해 공급되는 전원직류를 3상의 전원으로 바꾸어 공급한다.
VVVF인버터 제어소자는 초기모델은 GTO-Thyristor (7.8호선 초기모델 정격-4500V 3000A)를 현재는
IGBT(6호선 전차량 7.8호선 후기모델 정격-3300V 1200A)소자를 사용하고 있으며 이들 소자들의 고속
스위칭 작용을 통하여 삼상교류전원을 발생시킨다.
나. 특징 <※볼스터가 아니고 볼스터레스 이다. >
① PWM컨버터 및 VVVF인버터를 사용하는 주변환장치 시스템이다
② Bolsterless air 스프링 사용으로 스프링하 질량의 감소로 차량을 경량 하였으며 승차감도 향상 되었다
③ MT로부터 단상의 전압을 공급받아 C/I에서 전력변환 후 TM에서 3상전원공급
④ 유도전동기의 속도제어 방법
ㄱ) 전원전압 ㄴ) 전원주파수 ㄷ) 슬립주파수