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1. 전동기의 원리
* Faraday의 전자유도법칙 : 가동COIL이 자계내에 위치하여 있을 때, COIL에 쇄교하는 자속량이 변화하면
그것에 비례하는 기전력(전압)이 발생함.
* 가동COIL을 자속 및 가동COIL방향과 직각으로 이동시키면 COIL내부에 기전력이 발생(플레밍의 오른손법칙)
* 자속과 직각으로 놓여진 도체를 자속 및 도체의 방향과 직각으로 이동시키면 도체내부에 기전력이 발생
* 자속과 직각으로 놓여진 도체에 전류를 흘리면 도체에 힘이 발생(플레밍의 왼손법칙)
* 전동기의 회전자에는 다수의 도체가 고정자가 만드는 자극과 직각으로 배치되어 있으며,
각 도체에 힘이 작용하게 된다.
이 각 도체에 작용하는 힘이 서로 조화되어 회전자를 일정방향으로 회전시키게 되며,
이 합성MOMENT를 TORQUE라고 한다.
* 전동기는 발생된 TORQUE를 축을 통하여 외부로 출력하므로써 원동기의 역활을 수행함.
2. 출력이란?
전동기의 축에서 낼 수 있는 동력,
즉 출력(output)이 어느 정도인가를 명판에 와트(W) 또는 킬로와트(KW)의 단위로 나타낸다.
출력은 단위 시간에 전동기가 할 수 있는 일의 양을 나타내는 것으로 1W는 1초간에
1m 1주울(J) =1[N·m) = 1/9.8(kgf·m)의 일을 하는 능력을 나타낸다.
1W의 전동기는 1뉴턴 (N) (1/9.8kgf)의 힘에 저항하면서 물체를 1초간에 1m의 비율로 계속
움직일 수 있는 능력이 있다.
1(kW) =1,000(W)이다. 이전에는 출력의 단위에 마력 (Hp)이 사용되었는데. 1 (Hp) = 746 (W) 이다.
명판의 출력란에 나타낸 숫자는 그 전동기가 명판 기재의 정격 전압 및 정격주파수 하에서 연속으로
운전할 수 있는 출력의 값이며, 그 이상은 낼 수 없다는 최대 출력의 값은 아니다.
정격 출력의 상태를 전부하, 공회전 상태를 무부하, 그리고 정격 출력 이상의 상태를 과부하라고 한다.
3. 입력과 역률
전동기가 그 축에서 어떤 출력을 내면서 운전하고 있을 때는 그 기계적
에너지에 상당하는 전기적 에너지가 단자로부터 들어오고 있다.
즉, 전력이 들어오는데, 이 것을 입력 (input) 이라고 한다.
입력의 단위는 출력과 마찬가지로 (W) 또는 (kW)로 표시된다.
원래, 전력은 전압과 전류의 곱이다. 직류 전동기의 경우는 명판 기재의
정격 전압 (V)과 정격 전류 (A)의 곱이 정격 운전시의 입력 (W)이 된다.
그러나 교류 전동기인 경우의 입력은 이것에 역률을 곱해주어야 한다.
단상의 전동기는
Pi= V I cosφ(W)
V : 정격 전압 (V)
J : 정격 전류 (A)
cosφ : 정격 전류일 때의 역률(퍼 유니트값)
3상 교류의 전동기는
Pi= 3 Vφ Iφ cosφ(W) = √3 V I cosφ(W)
V:정격 전압 (V) , Vφ:상전압 (v)
I:정격 전류 (A) , Iφ:상전류 (i)
cosφ : 정격 전류일 때의 역률(퍼 유니트값)
교류의 경우는 VI또는 √3VI가 모두 유효 전력이 되지 않고 역률을
곱한값이 유효한 전력이 된다. 이것은 마치 그림과 같이 골프의 공이
목표를 향해 곧바로 날아가지 않고 경사지게 날아가는 것과 같다.
4. 효 율
입력 모두가 모두 출력으로 바뀌는 것이 아니라 입력의 일부는 전동기 내에서 손실로서 소비되고,
그 나머지가 출력으로서 나오게 된다. 출력 Po는
Po=Pi - -Wloss= ηPi
Pi = 입력
W = 손실
η = 효율
효율은 출력과 입력의 비로 표시된다
η= Po / Pi (퍼 유너트값)
손실은 전동기가 운전중에 가열되는 원인이 된다.
출력과 입력의 관계의 정리 이상 설명한 것을 요약하면
단상 유도 전동기의 출력 Po = ηPi = VIηcosφ
5. 회전속도 슬립
전동기가 정격 전압.
정격 주파수 하에서 정격 출력을 내면서 운전하고 있을 때의 매분의 회전수를 정격 회전 속도라고 한다
(RPM = revolution per min).
전동기의 내부에는 몇 개의 자극이 형성되는데 1쌍의 자극이 생기는 것을 2극, 2쌍의 자극이 생기는 것을 4극.
3쌍의 자극이 생기는 것을 6극 이라 한다.
3상 권선에 3상 교류를 흘리면 극수에 따라 자극이 생기고, 이것이 전류의 교번과 더불어 회전한다.
이와 같이 코일이 정지하고 있고, 자극만이 회전하는 것을 회전 자장이라고 부른다.
이 회전 자장은 반사이클 마다 다음의 극으로 이동하기 때문에 자장이 회전하는 동기 속도는
Ns= 120 f / P (rpm)
f = 주파수 (Hz)
P = 극수
유도 전동기는 무부하에서는 거의 Ns와 같은(엄밀히 말하면 약간 느린) 속도로 회전자가 회전하지만,
부하를 걸면 회전 속도가 수 % 느려진다. 이것을 슬립 (slip) 이라고 한다.
예를들면 p=4, f=60 (Hz)이면 동기 속도는
Ns =120×60/4 = 1800(rpm),
정격 회전 속도 1720 (,Pm)(220v의 경우)이므로 슬립은
Slip= (1800-1720) / 1800 = 0.044
즉, 4.4% 이다.
6. 전동기 출력을 구하는 방법
1) 힘과 속도에 의한법
P= F v / η (W) F = 힘 (N) 전달장치의 효율 기어 1단당 : 0.93 - 0.96 전동기 출력은 계산값에서 10 - 20% 여유를 둘것. |
2) 수직 권상동력
P = 9.8 W v / η (W) W= 중량 (Kg) |
3) 수평 주행동력
P = 9.8μ W v / η (W) W= 중량 (Kg) μ=주행저항계수(Kg/Kg), 상태가 좋은 도로 : 0.01 - 0.03 η=효율(0.7- 0.9 정도) |
4) 경사 주행동력
9.8(W sin α + μ W cos α) v |
5) 토오크와 각속도
P = 9.8 T ω / η = 1.027 T n / η(W) T= 토오크 (Kg.m) |
6) 유체이송
P = 9.8 M h / t η (W)
M= 유체무게 (Kg)
h = 높이(m)
t = 시간
7. 전동기 선택시 고려해야 할 사항
- 용 도 : 부하의 기동별 운전 조건
- 보 호 형 식 : 전폐외선형, 개방 방적형, 개방 옥외형, 방폭형
- 정 격 사 항 : 정격 출력, 극수, 전압, 주파수, 정격(연속, 단시간 정격)
%ED( 15, 25, 40, 60, 100%) - 절 연 종 류 별 : B종, F종
- 주 위 조 건 : 주위온도(℃), 표고 (해발 m), 습도( %)
- 설 치 조 건 : 옥내형, 옥외형
- 회전자 종류별: 농형, 권선형
- 취 부 방 법 : 횡축, 입축, 수평, 천정, 벽
- 부 하 : 연결방식 (직결, 벨트(평벨트, V벨트)), 기동회전력
최대 회전력 - 기 동 방 식 : 직입기동, Y-Δ기동, 리액터기동, 보상기 기동, 저항기 기동
- 기 동 횟 수 : 회 / 일
- 회 전 방 향 : C.W, C.C.W
- 벨트식인 경우: Pulley경 , Pulley쪽, Pulley중량
- Vertical 인 경우 : Thrust力 (상향, 하향)
- GD2(Motor축 환산치) : Kg-m2
- 적 용 규 격 : KS , IEC, JIS, NEMA 등
전동기 보호형식의 기호는 IP뒤에 두자리의 숫자로 표시하며, 그 숫자의 의미는 다음과 같다.(IEC 34-5)
1) 첫째자리 숫자 ( 인체 및 고형 이물질에 관한 보호형식 )인체를 회전기내의 회전부분 또는 도전부분에 닿지 않도록 보호하고,
또한 회전기를 고형 이물의 침입에 대한 보호등급으로 5종류이다.
| 숫자 | Degree of protection |
0 |
인체의 접촉, 고형이물의 침입에 대하여 특별히 보호하지 않는구조 |
1 |
Φ50mm 이상의 고형체가 침입하지 않도록 한 구조 |
2 |
Φ12mm 이상의 고형체가 침입하지 않도록 한 구조 |
4 |
Φ1mm 이상의 고형체가 침입할 수 없는 구조 |
5 |
먼지가 들어갈 수 없는 구조 |
2) 둘째자리 숫자
숫자 |
Degree of protection |
0 |
무보호 형식 |
1 |
수직으로 떨어지는 물방울 침투 방지 구조 |
2 |
수직에서 15°이내로 떨어지느 물방울 침투 방지 구조 |
3 |
수직선에서 60°이내로 분무되는 물보라 (Spray)침투 방지 구조 |
4 |
방향에 관계없이 끼얹는 물의 침투 방지 구조 |
5 |
방향에 관계없이 분사되는 물의 침투 방지 구조(Zet spary) |
6 |
항해중 파도시 물의 침투 방지구조(항해중 물을 뒤집어써도 안전할 것) |
7 |
지정한 수심 및 시간에 물속에 침수하고, 가령 물이 침입하여도 영향을 받지 않는 구조 |
8 |
수중에서 정상 운전할 수 있는 구조 |
9. 절연 방식에의한 분류
1) 절연기기의 종류
기기 절연은 그 내열 특성에 따라 Y종, A종 ,E종, F종, H종 및 C종으로 구분된다.
그리고 기기는 위의 각종 절연의 허용 최고온도에 충분히 견디는 절연재료로 구성되는 것이다.
2) 기기 절연의 정의
ⅰ. Y종 절연
Y종 절연이란 표1에 표시된 Y종의 허용온도에 충분히 견디는 재료로 구성된 절연을 말한다.
즉, 물, 면, 비단, 종이 등의 재료로 구성되어 바니쉬류를 함침하지 않은 또는 유중에 담그
지도 않은 절연을 말한다.
ⅱ. A종 절연
A종 절연이란 표1에 표시된 A종의 허용온도에 충분히 견디는 재료로 구성된 절연을 말한다.
보기를 들면 목, 면, 비단, 종이 등의 재료로 구성되어 바니쉬로 함침시켰거나 유중에 담근
절연을 말한다.
ⅲ. E종 절연
E종 절연이란 표1에 표시된 E종의 허용온도에 충분히 견디는 재료로 구성된 절연을 말한다.
ⅳ. B종 절연
B종 절연이란 표1에 표시된 B종의 허용온도에 충분히 견디는 재료로 구성된 절연을 말한다.
보기를 들면 마이카, 석면, 유리 섬유 등의 재료로 접착 재료 와 같이 사용한 절연을 말한다.
ⅴ. F종 절연
F종 절연이란 표1에 표시된 F종의 허용온도에 충분히 견디는 재료로 구성된 절연을 말한다.
다시 말하면 마이카, 석면, 유리섬유등의 재료를 실리콘, 알키드 수지 등의 버접착재료와 같이
사용된 절연을 말한다.
ⅵ. H종 절연
H종 절연이란 표1에 표시한 H종의 허용 최고 온도에 충분히 견디는 재료로 구성된 절연을 말한다.
보기를 들면, 마이카 ,석면, 유리 섬유 등의 재료를 규소수지 또는 동등의 특성을 가진 재료와 같이
사용한 것을 말한다. 고무모양 및 고치모양의 규소수지 또는 동등의 성질을 가진 재료를 단독으로
사용된 것도 포함된다.
ⅶ. C종 절연
C종 절연이란 표1에 표시한 C종의 허용 최고 온도에 충분히 견디는 재료료 구성된 절연을 말한다.
예를들면, 마이카, 석면, 자기 등을 단독으로 사용한 것이든가 접착 재료와 함께 사용된 절연을 말한다.
ⅷ. 이종(異種)절연 재료의 혼용
다른 종류의 절연 재료를 함께 사용하는 경우 , 낮은 허용 최고 온도를 가지는 재료가 구조상의
목적으로 소량 사용되어, 그것이 손상 하더라도 전체로서 전기적 및 기계적 성질을 해치지 않는
것을 높은 절연 종류로 간주한다. 두 종류 이상의 절연 재료를 포함하여 만든 절연에 대하여는
그중 최저의 허용 죄고 온도를 갖는 재료의 절연 종류로 간주한다. 다만 위 항에 또는 이것에 준하는
경우는 제외된다.
3) 각종절연의 허용 온도
| 절연의 종 류 | 허용 최고 온도(Deg.) |
| E | 120 |
| B | 130 |
| F | 155 |
| H | 180 |
| C | 180 초과 |
10. 고효율 전동기
★ 현황
국내 : - '92년 50HP이하 3상 유도전동기에 대한 한국공업규격(KSC4202)에 고효율형 효율을 신설.
- '97년 200KW이하로 적용 용량을 확대 규정함.
해외 : - NEMA, CANADA Hydro(전력청), 일본 JEMA등에는 고효율전동기의 용량별 고효율치가 규정됨.
- 미국의 경우, The Energy Policy Act (EPACT)효율이라 하여, 고효율화를 법적으로 규정함.
☞ 효율의 극대화로 우수한 절전효과
철심, 권선의 최적설계 및 고급자재 사용으로 손실을 표준대비 20~30% 저감시켜 수전설비 및 전력
소비량의 절약이 가능
☞ 낮은 온도상승으로 권선수명 연장
F종절연 채택, Service Factor 1.15를 적용하여, 온도상승에 여유를 확보함으로써 권선의 절연수명,
즉 전동기 수명을 연장
☞ 높은 경제성
손실이 적은 절전형임에 따라 표준전동기 보다 제품비용은 상승되나 운전중 COST가 낮으므로 초기
상승비용을 단기간에 회수 가능할 뿐만 아니라 운전시간이 길어 질 수록 경제성이 높아짐.
☞ 저소음화
풍손저감을 위한 외부팬 형상 및 구조변경으로 통풍음, 전자음이 작아져 표준전동기 대비 3~8dB정도
소음이 작아짐
☞ 높은 호환성
대부분의 용량이 표준전동기와 외형치수가 동일하여 기존 전동기와 호환성을 유지할 수 있으며,
IEC 및 NEMA Frame 모두 대응
※ 적용 부하
1. 가동율이 높고 연속운전이 되는 곳
2. 정숙운전이 필요한 곳(저진동, 저소음)
3. PEAK부하가 걸리는 곳(여름철 공조용)
4. 전원용량이 적고, 설비증가가 제한된 곳
▣ 고효율전동기의 절전효과
100 100
S 〓 c * p * n * ( ----- - ----- )
Eb Ea
S = 년간 절전요금(원/년)
C = 전력요금 단가(원/KW)
P = 부하의 소요출력(KW)
N = 년간 운전시간(Hour/년)
Eb = 표준전동기 효율(%)
Ea = 고효율전동기 효율(%)
▣ 초기가격 증가분 회수기간
고효율구입가 - 표준품 구입가
〓 --------------------------------
년간 절전요금(원/년)
▣ 구입비용 상각기간
고효율 구입가(원)
〓 --------------------------------
년간 절전요금(원/년)
▣ 절전요금 계산 예
전력요금 = 70원/KWH
동력 = 50HP(37KW), 100% 부하율
년간 운전시간 = 3,600(Hour/년)
표준전동기 효율 = 90.0%
고효율전동기 효율 = 94.5%
=493,300원/년간 절감
고효율전동기는 초기 투자비용이 표준품에 비하여 약 30∼50%정도 상승되나 대폭적인 효율상승에 따라 전력비용이
저감되어 초기 투자증가분을 단기간내에 회수가능할 뿐만 아니라, 운전시간이 길어질수록 더 많은 투자효과를 거둘
수 있습니다.
※고효율전동기 적용시 유의사항
설비의 일상점검시 전동기별 입력, 부하, 전류 및 전압을 CHECK하여 고효율 적용 시 기초 DATA로 활용할 필요가 있습니다
투자효과 극대화를 위하여 도입초기에는 년간 가동시간이 5,000시간 이상되는 설비에 대해 검토하는 것이 바람직하며,
유체기계의 VALVE 또는 DAMPER를 사용하여 유량을 제어하고 있는 경우에는 고효율 전동기에 앞서 가변속 제어의 검토가
필요합니다.
★ 고효율 전동기 경제성 비교 ★
|
KW |
FR. NO. |
KS표준형 전동기휴율 |
고효율 전동기효율 |
년간 절감액(천원) |
||
|
운전시간 4800Hr/년 |
운전시간 5400Hr/년 |
운전시간 6000Hr/년 |
||||
|
0.75 |
80 |
70.0 |
80.3 |
4. |
45 |
50 |
|
1.5 |
90L |
76.0 |
85.5 |
49 |
55 |
61 |
|
2.2 |
100L |
79.5 |
86.0 |
58 |
65 |
73 |
|
3.7 |
112M |
82.5 |
88.5 |
66 |
74 |
83 |
|
5.5 |
132S |
84.5 |
91.0 |
107 |
121 |
134 |
|
7.5 |
132M |
85.5 |
91.0 |
117 |
132 |
146 |
|
11 |
160M |
86.5 |
91.7 |
213 |
239 |
266 |
|
15 |
160L |
88.0 |
91.7 |
234 |
623 |
292 |
|
18.5 |
180M |
88.0 |
92.4 |
291 |
328 |
364 |
|
22 |
180L |
89.0 |
93.0 |
350 |
394 |
437 |
|
30 |
200M |
89.0 |
93.0 |
472 |
531 |
590 |
|
37 |
200L |
90.2 |
93.6 |
564 |
634 |
705 |
|
45 |
225S |
90.2 |
94.1 |
606 |
682 |
758 |
|
55 |
225M |
90.2 |
94.1 |
741 |
833 |
926 |
|
75 |
250M |
90.5 |
94.5 |
1,078 |
1,213 |
1,347 |
|
90 |
280S |
90.7 |
95.0 |
1,257 |
1,408 |
1,564 |
|
110 |
280M |
91.0 |
95.0 |
1,415 |
1,592 |
1,769 |
|
150 |
280L |
91.7 |
95.4 |
1,863 |
2,095 |
2,328 |
주)전력요금 60원/KWHRLWNS
11. 전동기의 규격
- 자동화 기계 및 여러 가지 기기를 설계할 때, 부품의 안전성 특히 MOTOR의 안전성은 대단히 중요한
문제이며, 또한 표준화된 규격품을 이용 사용하면 설계 및 제작이 용이합니다.
이에 안전성과 표준화에 대하여 세계 각국은 법으로 규정화하여 관리되고 있으며 MOTOR에는 다음과
같은 규격들이 사용되고 있습니다.
1. 국내규격
(1) KS규격 (Korea Industrial Standards)
KS규격은 한국공업규격으로 1961년 9월 30일에 공포된 공업표준화법에 의거 공업표준심의
위원회의 조사 심의를 거쳐 국가규격으로 제정되었고 아래의 표와 같은 부분에 걸쳐 기술용어,
기호, 칫수, 종류, 형상, 품질, 성능, 시험, 분석, 검사방법, 설계, 재료, 생산, 포장방법 등에 관하여
규정하고 있습니다.
A 기본 |
B 기계 |
C 전기 |
D 금속 |
E 광산 |
F 토건 |
G 일용품 |
H 식료품 |
K 섬유 |
L 요업 |
M 화학 |
P 의료 |
R 수송기계 |
V조선 |
W 항공 |
- |
KSC - 4002 : 전동기 일반
KSC - 4201 : 3상 유도전동기의 특성산정 방법
KSC - 4202 : 일반용 저압 3상 유도전동기
KSC - 4203 : 일반용 고압 3상 유도전동기
KSC - 4204 : 일반용 단상 유도전동기
KSC - 4205 : 유도 전동기의 기동계급
(2) 전기용품 안전관리법
이 법은 1974년에 대통령령으로 제정된 것으로 전기용품의 제조, 판매 및 사용에 관한 사항을
규제함으로서 불량 전기용품으로 인한 위험 및 장해의 발생을 방지하는 목적으로 제정되었으며
전기용품은 1종과 2종으로 구분하여 1종 전기용품은 제조업체 등록 및 형식승인을 받아야 하며, 2종
전기용품은 신고제입니다. 또한 외국제조업체도 전기용품제조업등록 및 형식승인을 받아야 합니다.
2. 일본규격
MOTOR에 관한 일본규격 및 표준은 여러 가지가 있으나 그 중에서도 일반적으로 많이 쓰이는 것에
대하여 간단히 설명하겠습니다.
(1) JIS규격
이것은 표준화법에 기초하여 전국의 권위자를 망라하여 조직되어 일본 공업표준 조사회가
심의하여 제정된 국가규격으로 조사회의 사무국에는 통산성의 공업기술원 표준국이
있습니다. MOTOR와 직접 관계 있는 것은 다음과 같습니다.
JISC - 4004 : 회전전기 기계 통칙
JISC - 4202 : 고압(3000V) 3상 유도전동기
JISC - 4203 : 단상 유도기 일반
JISC - 4204 : 유도전동기의 시동계급
JISC - 4207 : 3상 유도전동기의 특성산정법
JISC - 4210 : 저압 3상 농형유도전동기 일반
JISC - 4211 : 저압 3상 유도 기기 촌법
JISC - 0903 : 전기기계의 일반 방폭구조 통칙
JISC - 0905 : 전력용 전기 기계의 일반용 방폭 구조
* 규격 앞에 C라는 문자는 전기관계를 나타낸 것입니다.
* 기계관계는 B, 철공이 G, 일용품이 S, 기본이 Z이고 17부분으로 나뉘어져 있습
니다.
(2) 電氣用品取締法
불량 전기용품으로 인한 장해 및 위험발생의 방지를 위하여 제정되었으며 전기용품제조업의
등록, 형식승인, 불법 전기용품의 제조, 판매, 사용 등에 대하여 규정하고 있습니다.
전기용품은 그 정도에 따라서 電氣用品取締法에 의해 甲種과 乙種으로 구분되며, 電氣用品
取締法 인증 MARK도 甲種에만 표시하고 乙種에 표시되지 않습니다.
3. 미국규격
(1) UL규격 (Underwriters Laboratories Inc.)
1894년 미국 화재보험 사업자조합에 의해 설립된 비영리 재단법인으로 세계적으로 권위 있는
검사기관으로 이 단체는 화재 및 기타사고로부터 인명, 재산을 보호하기 위하여 기계, 기구,
재료의 안전성을 시험연구, 검사 인증해주는 목적으로 하고 있습니다.
그 범위는 전자응용기기, 전동응용기기, 전자부품 등 일반용도로 한정되어 있지만 미국의
대부분의 주는 UL인증을 받지 않고는 제품을 팔 수가 없으며 혹시 판매가 허용된다 하더라도
UL인증되지않은 제품에 대해 화재가 발생시에는 미화재보험업자는 책임을 지지 않는다는
규정이 있기 때문에 소비자 스스로가 UL인증된 제품을 구입하며 미국지역에서 판매되는
제품에는 대부분 UL인증을 획득해야 합니다.또한 요즘은 캐나다의 캐나다 규격심의회(SCC)
로부터 인증기관 및 시험기관으로 인정을 받고 있으므로 캐나다의 모든 주로부터 공인을 받고
있으며 UL신청시 캐나다 안전규격도 함께 신청하여 시험결과 적합하다고 인정을 받으면
c-UL를 붙여 미국과 캐나다에 동시에 판매할 수 있습니다.
UL - 73 : STANDARD FOR MOTOR - OPERATED APPLIANCES
UL - 94 : TEST FOR FLAMMABILITY OF PLASTIC MATERALS
UL - 507 : ELECTRIC FANS
UL - 519 : IMPEDANCE PROTECTED MOTOR
UL - 547 : THERMAL PROTECTED MOTOR
UL - 674 : ELECTRIC MOTORS AND GENERATORS
UL - 845 : MOTOR CONTROL CENTERS
UL - 1004 : ELECTRIC MOTOR
(2) NEMA규격 (NATIONAL ELECTRICAL MANUFACTURES ASSOCIATION)
미국 전기 공업회의 제정에 의한 것으로 MOTOR 관계의 NEMA 표준은 MG-1 로 되어
있습니다.
4. 캐나다규격
(1) CSA규격 (CANADIAN STANDARDS ASSOCIATION)
이 규격은 캐나다 전기공업회가 제정한 것으로 민간 비영리 검사기관으로 법률로 화재 및 기타
사고로부터 인명, 재산을 보호하기 위하여 전기기기, 전기부품, GAS, 석유연료기기, 안전기구
등에 대하여 CSA에서 인증 받은 제품 이외에는 사용, 판매 할 수가 없어 CSA에서는 이들 부품
안전성의 확인을 위한 검사, 요구 사항으로 규격을 정하고 있습니다.
또한 CSA는 미국 직업안전 위생관리국(OSHA)으로부터 미국국가 시험소(NRTL)로서의 인증을
받고 있어 미국안전규격에 적합된다고 인정되면 CSA 마크에 NRTL이 첨가된 마크를 표시하여
미국에서도 판매, 사용 할 수 있습니다.
C22.2 NO. 77 : MOTORS WITH INHERENT OVERHEATING PROTECTION
C22.2 NO.100 : MOTORS AND GENERATORS
C22.2 NO.113 : FAN AND VENTILATORS
5. 유럽규격
(1) EN규격 (EU가맹국)
EU지역 내에서 각국의 공업규격, 안전규격의 통일을 진행하고 있는데 歐洲標準化 委員會
(CEN)와 歐洲電氣 標準化 委員會(CENELEC)에서 진행하고 있으며 통일된 규격은 歐洲 統一
規格(HARMONIZED STANDARD)으로 불리며, 규격번호 앞자리에 EN을 붙입니다.
EU지역에 수출할 경우에는 이EN규격이 설계, 제조의 기반이 되고 있으나 EN규격으로 아직
제정되어 있지 않은 경우에는 IEC, VDE규격이 적용되고 TUV Rheinland. VDE 등의
민간검사기관이 인증기관으로 되어 있으며 그인증기관으로부터 검사를 받아서 적합하다는
것을 인정받게 되면 각각의 안전 마크를 표시할 수 있습니다.
(2) CE MARKING
EU지역 내에서 판매되는 상품이 그 상품에 해당하는 명령(EC)에 적합하다는 것을 제조자
자신 또는 인증기관에 의해 관련 당국에 증명하기 위한 표시이며 강제기간이 발효된 EC명령
해당상품에 대해서는 CE MARK가 붙어 있지 않으면 EU지역에서는 판매할 수가 없습니다.
(3) VDE규격 (VERBAND DEUTSCHER ELECTROTE CHNIKERE)
독일 전기기술자협회의 명칭으로 목적은 CEE와 대개 같으나 독일 국내에서 적용되는 전기의
안전규격을 기안작성, 발행하고 또한 전기기기, 기구, 부품 등의 안전시험 및 승인을 하는
기관이며 이 규격은 실제로 강제의 가까운 규제를 받습니다.
(4) DIN규격 (DEUTSCHE NORMEN)
이 규격은 독일 표준 위원회에서 제정한 규격으로 우리 나라의 E종 MOTOR의 규격에는
그대로 사용하고 있는 것이 많습니다.
(5) CEE규격 (THER INTERNATIONAL COMMISSION ON RULES FOR THE APPROVAL OF
ELECTRICAL EQUIPMENT)
歐洲 전기기기 통일안전규격 위원회의 명칭으로 각국의 규격, 규칙 특히 생명 및 화재의
위험에 대해 안전에 관한 조정과 통일을 촉진하고 해당기기에 있어서 이것들의 위해로 부터
일반인을 보호하는 것에 적용시키지 않으면 안되는 조건을 명확히 하는 것을 목적으로 합니다.
(6) BS규격 (BRITISH STANDARD INSTITUTE)
영국 규격 협회의 총칭으로 1901년에 설립되어 1931년에 개칭되어 영국 국내에서 판매되고
있는 전기 기기나 부품의 검사와 승인을 행하는 기관입니다.
6. 국제규격
(1) IEC규격 (INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION PUBLICATIONS)
이 규격은 국제 권장 규격으로 절연, 취부 칫수의 계열, 축단 계열등 다만 MOTOR에 관계하는
것만이 아니라 전기, 기계, 일반 및 넓은 범위의 것을 정하는 것입니다.
즉 실제의 운용에 있어서 그것을 적절히 사용하도록 되어있으며 현재 MOTOR의 JIS규격이나,
KS규격은 이 IEC 칫수를 근본으로 제정되어 있습니다.
(2) ISO-9000규격
영국의 BS 5750과 ANSI Z,1,15를 모체로 하여 제정된 국제 규격으로 국제 표준화 기구 (ISO)가
1987년에 제정한 ISO-9000 규격에 의하여 소비자에게 제품 또는 서비스를 제공하는 공급자의
전반적인 품질 SYSTEM을 평가하여 품질 보증 능력을 국제적으로 인증하는 제도 입니다.
12. 방폭형 전기기기의 특징
1) 0종장소
지속적으로 위험분위기를 생성하거나 생성할 우려가 있는 장소
2) 1종장소
통상의 상태에서 위험분위기를 생성할 우려가 있는 장소
3) 2종장소
이상상태에서 위험분위기가 생성할 우려가 있는 장소
7. 방폭구조 선정원칙
| 위험장소 | 방폭구조 |
|---|---|
| 0종장소 | 본질안전방폭구조 |
| 1종장소 | 내압방폭구조 |
| 내압방폭구조 | |
| 유입방폭구조 | |
| 2종장소 | 안전증가방폭구조 유입방폭구조 |
| 폭발성분진위험장소 | 분진방폭구조 특수방폭구조 |
| 가연성분진위험장소 | 분진방폭구조 보통방진방폭구조 |
8. 주요국가의 위험장소표시 분류 방법
| 국 명 (규격) | 위 험 장 소 표 시 | ||
|---|---|---|---|
| 한국 , 일본 (IEC) | 0 종장소 | 1 종장소 | 2 종장소 |
| 서독 (VDE) | ZONE 0 | ZONE 0 | ZONE 0 |
| 영국 (BS) | DIVISION 0 | DIVISION 1 | DIVISION 2 |
| 미국 (NEC , UL) | DIVISION 0 | DIVISION 2 | |
13. Inverter란?
가. Inverter의 원리
유도전동기의 회전속도는 주파수와 극수에 의해 결정된다.(rpm=120f/p)
이전의 유도전동기 속도제어 방법은 극수변환 전동기의 사용, 전압 변경 혹은 권선형의
2차저항을 변경시켜 Slip을 높이는 방법 등이 있었다. 극수 변환 전동기는 2가지 혹은
3가지의 속도로 밖에 변환할 수 없었으며, 전압 변경 방식은 효율이 아주낮았고 속도변동
범위가 한정되어 있어 수요가 한정되었으며 정밀한 속도변환을위해서는 직류전동기가 많이사용되었다.
최근 반도체 소자의 발전으로 inverter 가격이 점차 낮아지고 유도전동기의 장점인 간단한 구조,
보수의 편리성 등과 가격이 싼 장점때문에 소형전동기 부터 점차 많이 사용되고 있다.
인버터의 원리는 전력용 반도체(Diode, Thyristor, Transistor, IGBT, GTO 등)를 사용하여
상용 교류전원을 직류전원으로 변환시킨 후, 다시 임의의 주파수와 전압의 교류로
변환시켜 유도전동기의 회전속도를 제어하는 것이다. (유도전동기의 자속밀도를 일정하게 유지시켜
효율변화를 막기 위하여 주파수와 함께 전압도 동시 변화시켜야함)
사전적 의미로는 DC전원을 AC전원으로 변환하는 전원변환장치를 일컫는 것이지만, 일반적으로는
AC전원의 전압 및 주파수를 제어하기 위한 전력변환장치를 통칭한다.
실제 구성은
상용AC전원을 DC전원으로 변환하는 CONVERTER부분과 DC전원을 재단하여 전압 및 주파수가 변화된
AC전원으로 변환하는 INVERTER부분으로 복잡하게 형성되어 있으나 간단히 INVERTER라 호칭하고 있다.
IGBT : Insulated Gate Bipoler
Transistor
GTO : Gate turn off Thyristor
나. Inverter의 종류
* 회로 구성에 따른 분류
구 분 |
동작 |
비 고 |
|
전류형 |
정류부(Rectifier)에서 전류를 가변하여 평활용Reactor로 일정 전류를 만들어 인버터로 주파수를 가변함. |
대용량에 채용 | |
전류형(Voltage |
PAM |
정류부(Rectifier)에서 DC전압을 가변하여 톤덴서로 평활전압을 만들어 인버터부로 주파수를 가변함. |
초기에 사용된기술로 현재는 단종됨. |
| PWM | 정류부(Rectifier)에서 일정 DC전압을 만들고 인버터로 전압과 주파수를 동시에 가변함. |
최근 대부분의 인버터에 채용 | |
PWM : 펄스 폭 변조, Pulse Width Modulation
PAM : 펄스진폭변조, Pulse Amplitude Modulation
- Inverter Switching 소자에 따른 분류
Switching |
MOSFET |
GTO |
IGBT |
고속 SCR |
적용 |
소용량 |
초대용량 |
중대용량 |
대용량 |
Switching |
15KHz |
1KHz |
15KHz |
수백 Hz 이하 |
특 징 |
일반Transistor의 Base전류 구동방식을 전압구동방식 으로하여 고속 스위칭이 가능. |
대전류, 고전압에 유리 |
대전류, 고전압에의 대응이 가능하면서도 스위칭 속도가 빠른 특성을 보유. 최근에 가장 많이 사용되고 있음. |
전류형 인버터에 사용 |
MOSFET : Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
GTO : Gate Turn Off Thyristor
IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor
| 구 분 |
Scalar Control Inverter |
Vector Control Inverter |
|
| V/F제어 |
SLIP주파수 제어 |
||
| 제어대상 |
전압과 주파수의 크기만을 제어 |
및 토오크분 전류를 제어함. |
|
가속특성 |
있음 에서 Dead Time이 있음. |
있음. (V/F보다는 향상됨) |
없음. |
속도제어정도 |
|||
속도검출 |
|||
TORQUE제어 |
|||
범용성 |
조정 불필요. |
조합하여 설정 필요함. |
전류, 토오크분 전류, Slip 주파수 등 제반 제어량의 설정이 필요함. |
분야 |
용 도 |
제철 |
압연 플랜트, 프로세스 라인, 송풍기, 펌프, 크레인, 반송차 |
화학 |
압출기, 필름라인, 교반기, 원심분리기, 압축기, 스프레이, 송풍기, 펌프 |
섬유 |
방사기, 정방기, 직기, 공조 설비, 송풍기, 펌프 |
자동차 |
콘베이어, 반송차, 도료 교반, 공조 설비 |
전기/기계 |
펌프, 크레인, 콘베이어, 반송기, 공조설비, 송풍기 |
공작기계 |
NC선반, 입선반, 연삭반, 머시닝센터 |
식품 |
제면기, 제과기, 콘베이어, 교반기 |
종이/펄프 |
초지기, 분쇄기, 교반기, 송풍기, 펌프 |
시멘트/광업 |
권상기, 콘베이어, 굴삭기, 크레인, 송풍기, 펌프, 압축기 |
가스/수도 |
압축기, 송풍기, 펌프 |
반송 |
자동창고, 반송차, 콘베이어 |
공장/빌딩 |
엘리베이터, 콘베이어, 공조 설비, 송풍기, 펌프 |
가전 |
에어콘, 재봉틀, 선풍기, 세탁기, 냉장고 |
전력 |
보이러용 송풍기, 펌프, 양수발전소 |
교통 |
전동차, 기관차, 선박, 전기자동차 |
라. Inverter용 전동기의 기술적문제점 및 대책
부 문 |
기술적문제점 |
대 책 |
비 고 |
절연성능 |
전압의 2∼3배 수준의 Surge가 인가됨. 절연파괴 발생. |
TEST를 실시하여 Surge 전압을 견디는지 확인 |
|
냉각능력 |
발열증가 발생풍량 저감에 따른 냉각능력 저하 |
대해서는 대부분 Maker가 강제냉각방식 채택. |
|
| 기계적강성 | Stress발생 고유진동수와의 공진여부 검토 |
Grease 윤활 고려 확인하여 발생시 베아링 보호를 위한 대책 강구. |
14. 고효율 전동기
| 기동법 | 전전압(全電壓) 직입기동 |
감전압기동 | ||||
| Y-△기동 | 콘돌파기동 | 리액터기동 | 1차저항기동 | |||
| 회로 구성 |
|
 |
 |
 |
 |
|
| 개요 | 전동기에 최초부터 전전압을 인가하여 기동 |
△결선으로운전하는 전동기를 기동시만 Y로 결선을하여 기동전류를 직입 기동시의 ⅓로 줄인다 |
V결선의 단권변압
|
전동기의 1차측에 |
리액터기동의 리액터 대신 저항기를 넣은 것 |
|
| 특징 | 전동기 본래의 |
최대 기동전류에 |
탭의 선택에 따라 최대 기동전류, 최소 기동 토오크가 조정이 가능하며 전동기의 회전수가 커짐에따라 가속 토오크의 증가가 심하다 |
탭 절환에 따라 최대
기동 전류 최소 기동
토오크 가조정가능
전동기의 회전수가
높아짐에 따라 가속 |
리액터 기동과 거의 같음 리액터 기동 보다 가속토오크의 증대가 크다 |
|
| 결점 | 기동 전류가 크고 |
최소기동 가속
토오크가 작으므로 |
가격이 가장 비싸다.
가속토오크가 Y-△
기동과 같이 작다 |
콘돌파 기동보다 조금 싸고 느린 기동이 가능하다 |
최소 기동 토오크 |
|
| 제특성 | 기동 전류 ISt |
500∼1000% |
33.3% |
25-42-64% |
50-65-80% |
50-65-80% |
| 기동 토오크 TSt |
100%이상 |
33.3% |
25-42-64% |
50-65-80% |
50-65-80% |
|
| 가속성 | 최대 기동토오크, |
토오크의증가 적다, 정동토오크적다 |
토오크의 증가 약간 작음 정동토오크 약간 작음 원할한 가속 |
토오크의 증가가 |
토오크의 증가가 |
|
전원 용량이 허용 |
5.5KW이상의
전동기로 무부하
또는 경부하로 기동 |
최대 기동전류를
특별히 억제할 수 있는
것 |
팬, 송풍기, 펌프,
방직관계 |
소용량전동기 (7.5KW 이하)에 한해서 리액터기동용 부하와 동일 적용 |
||
궁금한 점이나 함께 토론하고 싶은 주제가 있으면 댓글 또는 방명록에 남겨 주세요 ^^
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