설비보전기능사 필기 이론｜PART 01 공유압 및 자동제어｜전동기 제어 — Transcript

다음 여섯 번째 전동기 제어 보시겠습니다. 전동기라고 하는 것은 전기 에너지를 운동 에너지로 변환시켜 주는 회전 운동 액추에이터가 되겠습니다.

이 전동기를 분류를 해 보면 교류를 사용하게 되면 교류 전동기, 직류를 사용하게 되면 직류 전동기, 특수 전동기 이렇게 세 가지로 분류를 할 수가 있습니다.

여기서 직류라고 하는 것은 항상 일정한 방향으로 흐르는 전류 DC죠.

시간에 따라서 크기와 방향이 주기적으로 변하는 전류 교류가 되겠습니다. 우리가 일반적으로 가정에서 사용하는 전기는 교류가 되겠고요.

단상 교류를 가정에서 사용합니다. 보통 220V를 사용하죠.

우리가 가정에서 사용하는 그 220V, 즉 단상 교류와는 다르게 산업용에서는 상이 하나가 아닌 세 개가 필요하게 됩니다. 이것이 3상 교류라고 하는 것인데요.

산업용 전기로 380V를 사용을 합니다. 이 3상 교류는 서로 위상이 120°가 다르다는 것이 큰 특징이 되겠고요. 전압과 전류, 주파수, 진폭은 모두 같고 위상만 다르다는 거 알아두시면 되겠습니다.

그래서 교류 전동기부터 보면 유도 전동기와 동기 전동기, 정류자 전동기 이런 것들로 나눌 수가 있고요. 직류 전동기는 전기자와 계자 권선 연결 방식에 따라 직렬이면 직권형, 병렬이면 분권형. 이 두 개를 섞은 것이 복권형. 그리고 타여자형 이런 것들로 나눌 수가 있겠습니다.

다음은 교류 전동기입니다. 첫 번째로 유도 전동기가 있는데요. 이 유도 전동기는 단상이냐 3상이냐에 따라서

단상 유도 전동기와 3상 유도 전동기로 나눌 수가 있습니다. 단상 유도 전동기에서는 어떤 것들이 있는지에 대한 내용을 물어보는 문제가 자주 출제가 됐었고요. 분상, 콘덴서, 영구 콘덴서형, 셰이딩 코일형 이런 것들이 있다 숙지해 주시면 되겠습니다.

유도 전동기의 원리로는 어떤 것이 있는지 보겠습니다. 아라고의 원판이라는 것이 유도 전동기의 원리인데요. 이 아라고의 원판이라고 하는 것은 알루미늄과 구리와 같은 비자성체로 만든 원판 위에서 자석을 시계 방향으로 회전시키게 되면 이 원판도 자석과 같은 방향으로 회전을 하게 되는 그런 원리가 아라고의 원판이 되겠습니다.

이 아라고의 원판은 유도 전동기의 원리라는 거. 그리고 유도 전동기의 특징으로는 쉽게 전원을 얻을 수 있다고 하는 특징을 가지고 있고요. 구조가 간단하고 값이 싸고 튼튼하고 고장이 적습니다. 이것이 가장 큰 특징이 되겠고요. 나머지 부분들도 짚고 넘어가시면 될 것 같고요.

다음은 동기 속도입니다. 동기 속도 구하는 공식 꼭 암기를 해 주셔야 되고요. 동기 속도 구하는 공식 Ns는 이 극수 분의 120 곱하기 전원 주파수가 되겠습니다.

다음은 슬립이라는 개념이 나오는데요. 이 슬립이라고 하는 것은 이 동기 속도와 회전자의 속도 차이를 슬립이라고 합니다.

이 슬립을 구하는 공식은 동기 속도 분의 동기 속도 마이너스 회전자 속도가 되겠는데요. 이것을 변형을 시켜 보면 회전자의 속도에 관한 식으로 변형을 시켜 주면 이렇게 변형을 할 수가 있겠죠.

이것이 슬립이 0일 때와 슬립이 1일 때 회전자의 속도를 상태를 우리가 알아볼 수 있겠죠. 슬립이 0일 때는 회전자의 속도와 이 동기 속도가 같은 상태가 되고요.

슬립이 1일 때는 회전자의 속도가 0, 즉 정지 상태에 있게 됩니다. 그래서 우리가 이 두 가지 식 슬립은 동기 속도 분의 동기 속도 마이너스 회전자 속도 이 식과 이 동기 속도를 구하는 식 극수 분의 120 곱하기 전원 주파수. 이 두 개의 식을 가지고 푸는 문제들이 굉장히 많이 출제가 됐었으니까요. 꼭 알아두시기 바랍니다. 넘어가도록 하겠습니다.

다음은 동기 전동기입니다. 동기 전동기라고 하는 것은 회전자의 고정 자기장과 고정자의 권선에 의해 형성되는 회전 자기장이 같은 속도로 회전하는 전동기를 이야기하는데요. 이것은 속도를 일정하게 하기 위해서 만들어진 전동기로 굉장히 값이 비싸지만 효율이 높아서 대형 전력 분야용으로 사용되는 전동기가 되겠습니다.

단상 유도 전동기와 3상 유도 전동기가 있고요. 개념 잡기 문제 바로 풀어보도록 하겠습니다. 슬립에 대한 이 문제 기출 됐었는데요.

유도 전동기의 슬립 s는 1일 때 회전자의 상태는 어떤 상태인가를 물어보는 문제입니다. 관련 식 회전자의 속도는 1 마이너스 슬립 곱하기 동기 속도였죠. 여기서 슬립이 0일 때와 슬립이 1일 때가 있었죠.

s가 0일 때는 회전자의 속도가 동기 속도와 같았었고요. 슬립이 1일 때는 회전자의 속도가 0, 즉 정지 상태에 있게 됩니다. 여기에서는 슬립이 1일 때의 회전자의 상태를 물어봤으므로 정지 상태, 즉 4번이 되겠습니다.

다음은 직류 전동기입니다. 우선 직류 전동기를 분류를 할 때 권선에 전류를 공급하는 방법에 따라서 분류를 할 수가 있는데요.

타여자 전동기와 자여자 전동기로 분류를 할 수가 있습니다. 계자 권선과 회전자 권선에 각기 다른 전원을 연결하는 전동기가 타여자 전동기가 되겠고요.

계자 권선과 회전자 권선에 같은 전원을 연결하는 전동기가 자여자 전동기가 되겠습니다.

자여자 전동기에서는 전기자와 계자 권선을 직렬로 접속을 하게 되면 직권 전동기가 되고요. 병렬로 접속을 했다. 그 분권 전동기가 되겠습니다. 분권과 직권의 두 계자 권선을 감은 경우도 있는데요. 그것을 복권 전동기라고 합니다. 이렇게 분류하는 문제를 가끔 출제가 되니까요. 알아두시기 바랍니다.

다음은 직류 전동기 제어 방식입니다. 이 제어 방식 어떤 제어 방식이 있는지를 물어보는 문제가 자주 출제가 됩니다. 저항 제어 방식, 계자 제어 방식, 전압 제어 방식, 초퍼 제어 방식이 있고요.

이 제어 방식에 따라서 특징들이 있는데 이 특징만 잘 알아두시면 될 것 같습니다. 우선 키워드를 보시면 저항 제어 방식은 우선 저항값을 조정한다는 거죠.

저항값을 조정해서 속도를 제어한다는 거. 계자 제어 방식은 자기력의 세기를 조절한다는 거.

그리고 전압을 조절하는 것은 전압 제어 방식이겠죠. 그리고 온오프의 반복을 통해 이것이 이제 초퍼라는 개념인데요.

온오프의 반복을 통해서 속도를 제어한다. 이것이 초퍼 제어 방식이 되겠습니다. 그래서 직류 전동기 제어 방식에는 네 가지가 있고 이 저항 제어 방식은 저항값을 조정하여 속도를 제어하는 방법. 그리고 자기력의 세기를 조절해서 속도를 제어하는 것이 계자 제어 방식. 그리고 전압을 조절하는 방식이 전압 제어 방식. 그리고 온오프의 반복을 통해서 전동기의 속도를 제어하는 방식이 초퍼 제어 방식이 되겠습니다.

다음은 특수 전동기입니다. 우선 서보 전동기와 스태핑 전동기가 있는데요. 우선 서보 전동기에서는 직류를 사용하면 직류 서보 전동기가 되겠고요. 교류를 사용하면 교류 서보 전동기가 되겠죠.

교류 서보 전동기에는 이렇게 동기형과 유도형으로 구분할 수 있고요. 보통 동기형이라고 하면 구조가 복잡하다고 보시면 되겠고. 유도형은 그에 비해서 간단한 구조로 보시면 되겠고요. 나머지 특징은 읽어보시면 되겠습니다.

스태핑 전동기라는 것이 있습니다. 이 스태핑 전동기라고 하는 것은 이 전기 신호를 받아서 일정한 각도로 회전시켜 주는 전동기를 얘기하는데요. 스태핑 전동기의 특징으로는 회전축의 위치 검출을 매우 정확하게 할 수 있다는 것이 특징이고요. 가격이 서보 전동기에 비해서 저렴합니다. 하지만 이 큰 힘이 필요한 곳에서는 사용이 부적합하고요. 고속 회전이 어렵습니다.

스태핑 전동기 특성에는 이렇게 정토크 특성과 동토크 특성으로 이렇게 두 가지 특성이 나오는데요. 정토크 특성에는 홀딩 토크 그리고 디텐드 토크 이 두 가지 특징이 있습니다. 그리고 동토크 특성에는 폴인 토크 특성 그리고 탈출 토크 특성이 있는데요. 스태핑 전동기 특성에는 어떤 것들이 있는지 종류를 물어보는 문제들이 가끔 출제가 됐었습니다.

그래서 스태핑 모터는 이 서보 전동기와 같이 이렇게 피드백 루프 없이 속도와 위치 제어 응용이 가능하다는 것이 가장 중요했고요. 회전 각도는 입력 펄스 수에 비례한다는 것이 중요했습니다. 스태핑 모터는 이렇게 전기 신호가 들어올 때마다 회전 각도가 이렇게 변하는 한 펄스당 9° 정도 움직인다고 보시면 되겠습니다. 서보 모터와 스태핑 모터는 이렇게 피드백 루프 없이 제어 응용이 가능하다는 것이 가장 중요한 특징이니까요. 이 내용 꼭 짚고 넘어가시면 좋겠습니다.