20. 유도전동기 속도제어 '극수변환법'에 대해 알아보자.

20. 유도전동기 속도제어 '극수변환법'에 대해 알아보자.

유도전동기에서 회전자의 속도 N = (1-s) x Ns 로 표현할 수 있다. (s = 슬립, Ns = 동기속도)
동기속도 Ns = (120 x f)/p 로 표현할 수 있다. (f = 주파수 , p = 극수)
그러므로
유도전동기의 회전자 속도 N = (1-s) x (120 x f)/p 이다.

즉, 유도전동기 2차측의 회전자 속도는 s, f, p에 의해 제어가능하다. (슬립, 주파수, 극수)
오늘을 이 중에 p(극수)에 의한 속도제어 방법인 '극수변환법'에 대해 알아보자.

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1. 극수변환 속도제어 종류
2. 극수변환법 원리 (논리극변환법)

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1. 극수변환 속도제어 종류

극수변환 속도제어는 두 가지 방법으로 나눠진다. (1)논리극변환법 (2)다중권선법

(1)논리극변환법
코일의 결선을 바꿔줌으로써 고정자 권선의 극수를 바꿔주는 단순한 방법이다.(고정자 권선의 극수가 높으면 속도가 느려진다.)
극수변환법에서 주로 쓰는 방법이고 2:1 비율로만 속도제어가 가능하다.

예를 들어 4극기에서 2극기, 8극기에서 4극기 이런식으로 2:1 비율로만 속도제어가 가능하다.
유도전동기 2차측의 회전자 속도 N = (1-s) x (120xf)/p 에 따라서 극수가 높을수록 회전자의 속도는 느려진다.
2극기, 4극기가 속도차이가 나는 이유는 전에 확인해보았다.
yyxx.tistory.com/87?category=1109565

4. 유도전동기 2극기, 4극기 차이

(2)다중권선법
극수가 다른 다중 권선을 미리 감아두는 방법으로 2:1 뿐만 아니라 여러비율로 변환이 가능하다.
그러나 고정자 권선이 커지고 비싸진다는 단점이 있다. 그래서 꼭 필요한 경우에만 사용한다.

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2. 극수변환법 원리 (논리극변환법)

극수변환법 중 논리극변환법의 원리를 확인해보자. (2극기 -> 4극기)
아래 그림은 4극기 유도전동기이다.

4극기 유도전동기

고정자에 3상전원을 넣어주면 교류전원값 변화에 따라 자기장이 변화하게 된다.
이 자기장 변화에 따라 2차측 회전자가 힘을 받아 회전하게 된다. 이 과정은 앞에서 확인해보았다.
yyxx.tistory.com/86?category=1109565

3. 유도전동기의 회전 원리(2)

아래의 그림은 논리극변환법의 원리를 확인해보기 위해 위의 4극기 유도전동기 3상 중 한 상만 떼어낸 그림이다.
고정자인 a1, a1', a2, a2' 에는 코일이 연결되어 있다. 이 때 고정자의 코일에 전류방향을 어떻게 해주느냐에 따라서 2극기, 4극기로 변환이 가능하여 속도를 제어할 수 있다.

4극기 유도전동기에서 한 상의 전류 방향

원리를 알기 위해서는 아래의 '암페어 오른나사 법칙'을 알아야 한다. '암페어 오른나사 법칙'을 사용하면 전류 흐름에 따라 자기장의 방향이 어떻게 변하는 지 알 수 있다.

암페어 오른나사 법칙

*암페어의 오른나사 법칙: 전류에 의해 생기는 자기장의 방향을 알아내기 위한 법칙





먼저 2극기로 유도전동기의 속도를 빠르게 제어하고 싶으면 R점으로 전류를 흘리면 된다.

극수변환법 2극기

이때
a1, a1'에서 '암페어 오른나사 법칙'을 사용하면 자기장의 방향은 위를 향한다.
a2, a2'에서 '암페어 오른나사 법칙'을 사용하면 자기장의 방향은 위를 향한다.
그러면 유도전동기는 2극기의 형태가 되는 것을 확인할 수 있다.






다음으로 4극기로 변경하여 느리게 유도전동기를 제어하고 싶으면 R점으로 전류를 흘리지 말고 코일의 전류를 한 방향으로 흘리면 된다.

극수변환법 4극기

이때
a1, a1'에서 '암페어 오른나사 법칙'을 사용하면 자기장의 방향은 아래를 향한다.
a2, a2'에서 '암페어 오른나사 법칙'을 사용하면 자기장의 방향은 위를 향한다.
두 자기장이 만나면서 오른쪽, 왼쪽 방향으로도 자기장이 형성된다.
그러면 결국 유도전동기는 4극기의 형태로 되는 것을 확인 할 수 있다.