1. Induction Motor의 특성.
Induction Motor는 전원 상수에 의한 크게 단상 Motor와 삼상 Motor로 구분되며
공작기계용으로는 전원의 각상 전압의 위상이 120°씩 틀어진 3개의 전원으로 되어 있어
전원을 Motor에 연결하여 구동시키면 용이하게 회전자계가 일어나 기동이 되며 Motor의 효율도 높으며 기동 Torque도 단상Motor 보다 비교적 큰 삼상 Motor를 사용하며
단상 Motor는 일반가정용 상용 전원이 단상 전원이므로 가정용으로 사용되고, 단상 전원은
전원 자체만으로는 Motor가 회전되지 않기 때문에 기동을 위하여 Condenser가 필요한다.
2. Induction Motor의 용어 해설
2.1 주요부 명칭
2.2 전원.
2.2.1 교류 (AC : ALTERNATING CURRENT)
교류는 직류와 달라서 +극과 -극이 일정한 시간적 주기를 가지고 서로 교차되도록 전원에서
흘러내는 전류로서 전류 및 전압의 방향도 값이 일정한 주기를 가진 정현파가 되어 변화 하는 것이고
정확히 시계의 추가 일정의 리듬으로 좌우로 왔다 갔다 하고 있는 것과 같습니다.
2.2.2 직류 (DC : DIRECT CURRENT)
직류에는 전지와 같이 +극과 -극이 항상 일정한 전원에서 흘러내는 전류는 방향이 불변이고
크기도 일정하며 전압의 방향도 일정한다.
직류 발생 장치로서는 건전지, 축전지, 직류발전기의 각종 정류기 등이 있다.
2.3 주파수(FREQUENCY)
주파수는 교류가 1초간에 반복한 주기의 수이며 단위는 HERTZ (Hz)로 나타냅니다.
대한민국은 60Hz의 주파수가 표준으로 채용되고 있으며, 이것은 1초간에 60회 전류의 방향이
+ 에서 - 로 변할 때 일시적으로 전원은 정지하는 형태가 되어 전등은 1초에 120회 꺼졌다 켜졌다
하는 것이다.
2.4 전압 (Voltage)
공장용 전압은 일반적으로 440V 이며, 국가별 가정용 전압은 100V 50/60Hz(일본 지역),
110/220V 50Hz(중국),110V 60Hz(타이페이), 220V 60Hz(한국, 타이페이), 115V 60Hz(북미 지역),
230V 50Hz(유럽지역, 오세아니아), 220V-240V 50Hz(동남아시아)등을 사용한다.
2.5 정격
Motor에 사용 조건에
맞았을 때의 사용 한도를 정격이라고 한다.
출력에 대한 사용 한도를 정하는 전압, 전류, 회전수,주파수 등을 지정한다. 그것을 정격출력, 정격전압, 정격전류, 정격회전수, 정격주파수라고 한다.
정격에는 연속정격, 단시간정격, 반복정격 등이 있다.
2.5.1 연속정격
지정된 조건에서 계속하여 사용 할 때 규정된 온도상승과 제반 조건을 초과하지 않고 연속 사용 가능한 것을 연속정격 이라고 한다.
2.5.2 단시간정격
지정된 조건으로 규정된 시간 동안 운전 할 때에 규정된 온도 상승 등 제반 조건으로 초과하지 않고 사용하는 것을 단시간 정격이라고 한다. 단시간 정격은 5분, 10분, 15분, 30분, 1시간, 2시간의 6가지를 표준으로 한다.
2.5.3 반복 정격
지정된 조건에서 일정한 부하로 운전과 정지를 주기적으로 반복 사용할 때에
규정된 온도상승 등 기타의 제반 조건으로 초과하지 않는 정격이다.
2.6 출력
Motor의 출력은 지정된 전압, 주파수의 조건에서 연속적으로 발생되는 출력(정격출력)을 말한다.이 지정된 전압, 주파수를 정격전압, 정격주파수라고 한다.
교류 단상 전동기
출력[kW] = 전류[A] x 전압 [V] x 효율 x 역율 / 1000
교류 삼상 전동기
출력[kW] = 1.73 x 전류[A] x 전압 [V] x 효율 x 역율 / 1000 이다.
2.6.2 역학적인 Motor의 출력은
Motor가 단위 시간에 할 수 있는 일을 나타내며 회전수와 Torque을 곱한 값으로 결정된다.
출력[WATTS] = 1.027x10-5xT [g·cm] x N [rpm]
출력[kW] = T [kg·cm] x N [rpm] / 97400
= T [N·m] x N [rpm] / 9540
2.7 Torque
Motor의 Torque란 회전체를 돌리기 위한 회전력으로서 그 단위는
[N·m] 또는
[kg·cm] 이다.
그림 1. 회전수-토크 특성곡선
2.7.1 기동 Torque (그림1의 ①)
Motor가 기동할 때 발생되는 회전력으로 회전자 구속회전력 (Locked Rotor Torque)
라고도 하며,
시동Torque 라고도 한다.
2.7.2 정동 Torque (그림1의 ②)
Motor가 낼 수 있는 회전력의 최대치로서 정동 회전력이라고 한다.
운전 중에 최대Torque 이상의 부하가 걸리면 Motor는 정지된다.
2.7.3 정격 Torque (그림1의 ③)
Motor가 정격 회전수 일 때의 Torque 이다.
Motor에 정격 전압을 가해 정격 출력을 연속적으로 낼 때의 Torque를 말한다.
2.8 회전수
그림 1. 회전수-토크 특성곡선
2.8.1 동기 회전수 (그림1의 ④)
전원 주파수와 Motor의 극수로 결정되어지는 회전수이다.
NS [rpm] : (120 · f) / P
NS : 동기 회전수 [rpm] ,
P : Motor의 극수 ,f : 전원 주파수 [Hz] 예) 전원 주파수가 60Hz에서 Motor가 4극인 경우
NS [rpm] : (120 · 60) / 4 = 1800 [rpm]
2.8.2 무부하 회전수 (그림1의 ⑤)
Motor 출력 축에 아무것도 걸지 않고 Motor를 회전시켰을 때의 회전수로
Induction Motor나,
REVERSIBLE Motor에서는 동기 회전수보다 약 20~80[rpm] 정도
낮게 회전된다.
2.8.3 정격 회전수 (그림1의 ⑥)
Motor에 정격 부하를 걸고 정격 출력을 낼 때의 실제 회전수이다.
정격 회전수는 Motor의 Slip을 감안하면
3.1 Inverter 부착 Motor (회전수 변환)
Inverter의 사전적 의미로는 DC전원을 AC전원으로 변환하는 전원변환장치를 일컫는 것이지만, 일반적으로는 AC 전원의
전압 및 주파수를 제어하기 위한 전력변환장치를 통칭한다.이전의 유도전동기 속도제어 방법은 극수 변환 전동기를
사용하였으나 극수 변환 전동기는 2 가지 혹은 3가지의 속도로
밖에 변환할 수 없었으며, 전압 변경 방식은 효율이 아주 낮고
속도변동 범위가 한정되는 단점이 있어,
일반적으로 Motor에 Inverter를 부착하여 주파수 변조에 의한
회전수 제어가 널리 사용되고 있다.
3.1.1 Inverter 부착 Motor의 회전수
NS [rpm] : (120 · f) / P
예) 4극 Induction Motor로 주파수 40Hz 로 운전시킨다면
NS [rpm] : (120 · 40) / 4 = 1200 [rpm] 이다.
3.1.2 Inverter 부착 Motor의 특성곡선.
Inverter를 부착하여 정토크 영역(주파수를 낮게 설정)에서 사용할 경우 출력이 감소함으로 주의 요망.
예) 출력 11kW 60Hz의 Motor를 주파수 40Hz로 하여 운전시킨다면 출력이 7.3 kW 이다.
60Hz의 정토크 [N·m] = 출력[kW]x 9540 / N [rpm] = 11 kW x 9540 / 1800 rpm = 58.3 N·m
40Hz의 출력[kW] = T [N·m] x N [rpm] / 9540 = 58.3 N·m x 1200 rpm / 9540 = 7.3 kW
3.2 Brake 부착 Motor
정전 또는 Motor 전원 차단 시에는 자동적으로 Motor를 제동하는 안전 브레이크로 사용하거나,
Tapping 절삭가공의 회전방향 절환(정역 회전) 시 관성회전을 제어하는 목적으로도 사용한다.
일반적으로 스프링 크로스식 무여자 작동형 (DMBA형) Brake를 많이 사용한다.
3.2.1 DMBA형 전자 Brake의 특성
① 전원을 모터 입력선에 연결하여 사용하므로 전원장치가 필요 없습니다.
② 잔류자기가 전혀 없으므로 대용량일 때도 신속한 응답을 얻을 수 있다.
③ 강력한 스프링에 의하여 정전 시에도 정확히 제동되므로 안전 브레이크로 적합한다.
④ 건식 다판식으로 큰 제동 TORQUE을 얻을 수 있으며 정확한 제동이 필요 시 적당한다.
⑤ 모터에 취부가 간단하며, 보수가 용이한다.
