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제목 전동기가 가지는 일반적인 특성
분류 FA부품요소 > 모터/전동기 작성일 2006.07.12
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5. 전동기가 가지는 일반적인 특성
(1) TORQUE란?

모타의 토르크란 회전체를 돌리기 위한 회전력으로서 그 단위는 그람 센티미터(g-cm) 또는 키로그람 센티미터(Kg-cm)가 사용되며 미국의 경우 뉴톤 메타(N-m), 인치 온스(In-oz)로 사용합니다.
1Kg-cm의 토르크라는 것은 회전체의 반경이 1cm인 외주의 한 점에서 직각 방향으로 1Kg의 힘을 가한 경우의 회전력으로 토르크 T(Kg-cm)와 출력 P(KW)와의 관계와 회전수 N(rpm)과의 관계는 다음과 같습니다.


T = 974 P/N (Kg-cm)

P : 정격출력 (KW)
N : 회전수 (rpm)
 

 

시동 토르크 (STARTING TORQUE)
모타가 기동 할 때 발생되는 회전력으로 회전자 구속회전력 (LOCKED ROTOR TORQUE)이라고도 하고 기동 토르크라하기도 하며 이 회전력 보다 큰 힘을 모타에 가하면 모타는 회전되지 않습니다.


정격 토르크 (RATED TORQUE)
전동기의 정격 속도 시의 토르크로 이때 모타에는 정격 전압을 가해 정격 출력을 연속적으로 낼 때의 토르크라고 하며 정상 운전시에는 이토오크 이하에서 사용하며 전부하 토르크라고도 합니다.


최대 토르크 (정동 TORQUE)
전동기가 낼 수 있는 회전력의 최대치로서 정동 회전력이라고도 하며 운전중에 최대 토르크 이상의 부하가 걸리면 전동기는 정지됩니다.


정마찰 토르크
電磁 브레이크, 크러치 브레이크 등이 정지해 있는 상태에서 부하를 유지 할 때의 토르크입니다.


허용 토르크
모타를 운전 할 때 사용 가능한 최대 토르크를 말하며 모타의 정격 토르크, 온도 상승, 조립된 기어 헤드 강도에 따라 한정됩니다.

 
2) 회전수란?
 
① 동기 회전수
전원 주파수와 모타의 극수로 결정되어지는 회전수입니다.

Ns = 120f / P (rpm)
 
Ns : 동기 회전수 (rpm)
f : 전원 주파수 (Hz)
P : 모타의 극수
120 : 정수
rpm : 1분 당 회전수 (Revolution Per Minute)
 

예) 전원 주파수가 50Hz에서 모타가 2극 인 경우 Ns = 120*50 / 2 = 3000 (rpm)이 됩니다.
② 무부하 회전수
모타 출력축에 무부하로 모타를 회전 시켰을 때의 회전수로 인덕션모타나, 리버시블모타에서는 동기 속도보다 약 20 - 60 rpm 정도 낮게 회전합니다.
③ 정격 회전수
모타에 정격 부하를 걸고 정격 출력을 낼 때의 회전수로 이때의 회전수가 최적인 회전수로 동기 전동기의 경우에는 동기 회전수가 정격 회전수입니다.
④ SLIP
회전수를 다른 방법으로 표현하는 것이며 다음 식으로 표시합니다.

S = Ns - N / Ns 또는 N = Ns X (1 - S)
 
Ns : 동기 회전수 (rpm)
N : 임의 부하시 회전수 (rpm)
S : 슬립
예) 4극 60Hz의 인덕션모타로 슬립 S = 0.1로 운전시킨다면 N = 120 - 60 / 4 (1 - 0.1) = 1800 (1 - 0.1) = 1620 (rpm)이 됩니다.
(3)정격이란?
모타에 정해진 사용 조건에 적합하도록 설계되어 있는 것으로 그 사용 조건에 맞았을 때의 사용 한도를 정격이라고 하며 출력에 대한 사용 한도 및 전압, 전류, 회전수, 주파수등을 지정합니다.
그것은 정격 출력, 정격 전압, 정격 전류, 정격 회전수, 정격 주파수라 칭하며 정격에는 연속 정격, 단시간 정격, 반복 정격 등이 있습니다.
① 연속 정격
지정된 조건에서 계속하여 사용 할 때 규정된 온도 상승과 제반 조건을 초과하지 않고 연속 사용 가능 한 것을 연속 정격이라 합이다.
② 단시간 정격
지정된 조건으로 규정된 시간동안 운전 할 때에 규정된 온도 상승등 제반 조건을 초과하지 않고 사용하는 것을 단시간 정격이라고 하며, 5분, 10분, 15분, 30분, 1시간, 2시간의 6가지를 표준으로 합니다.
③ 반복 정격
지정된 조건에서 일정한 부하로 운전과 정지를 주기적으로 반복 사용 할 때에 규정된 온도 상승 등 기타의 제반 조건을 초과하지 않는 정격이다.
(4)출력이란?
① 모타가 단위 시간에 할 수 있는 일을 나타내며 회전수와 힘(토르크)을 곱한 값으로 결정되며 이 정격 출력 값을 모타에 표시합니다.

출력 = 1.027 X 10-5 X T X N (Watts)
1.027 : 정수
T : Torque (g-cm)
N : 회전수 (rpm)
출력의 단위로는 Watts와 마력으로 표시하며 1마력(HP)은 746(W)입니다.
② 정격 출력
지정된 전압, 주파수의 조건에서 연속적으로 발생되는 출력으로 이 지정된 전압, 주파수를 정격 전압, 정격 주파수라 하고 이 정격 출력을 일반적으로 출력이라 합니다.
(5)전압,전류,전기저항이란?
① 전압
물은 수위가 높은 곳에서 수위가 낮은 곳으로 흐릅니다. 이 경우 수위의 차를 낙차라고 하며 메타(m)로 표시하고 전기 현상에서는 물의 낙차에 상당하는 것을 전위차 또는 전압이라고 하여 단위를 볼트(V)로 표시하고 이것을 재는 것을 전압계라고 합니다.
② 전류
물이 수위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐를 때 물은 연결된 수로를 타고 흐르게 됩니다. 이 경우를 전기 현상으로 나타내면 수로를 전기 회로라 하며 물이 흐르는 것, 즉 수류를 전류라고 하고 물이 수위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 것과 같이, 전류도 고전위에서 저전위쪽으로 흐릅니다.
전기가 움직이는 빠르기는 1초에 지구를 7바퀴 반이라고 하는 상당한 속도이며 단위는 암페어 (A)라고 표시하며 이것을 재는 것을 전류계라고 합니다.

③ 전기 저항 (저항)
물의 유량(流量)은 같은 수압에도 수로의 내부에 凹凸 등의 형상이나 수로의 형태의 따라, 재질의 종류에 의해 크게 달라집니다.
이를테면 내면에 凹凸이 많을 경우 단면적이 작은 경우 또 수로위 길이가 길 때에는 장해가 되는 저항으로 인해 유량(流量)은 작게 되는 것처럼 전기의 저항도 전기 회로의 성질에 따라 회로에 흐르는 전류의 크기을 변화 시키며 이것을 전기 저항이라고 하고, 간단하게 저항이라고 부르며 단위는 옴(Ω)으로 표시합니다.
저항의 크기는 도체의 재질에 따라 다르고 재질이 일정하면 길이에 비례하고 단면적에 반비례 합니다.

(6) OHM의 법칙이란?

전압, 전류, 저항의 사이에는 다음과 같은 관계가 있고 그 관계를 OHM의 법칙이라고 합니다.(직류의 경우)
전류(電流) I (A) = 전압 (V) / 저항(Ω)
저항(抵抗) R (Ω) = 전압 (V) / 전류 (A)
전압(電壓) E (V) = 전류 I(A) X 저항 R(Ω)
(7)전력 및 전력량이란?

① 전력
우리 옛 조상들의 지혜의 산물인 물래방아는 물을 높은 곳에서 낮은 곳으로 흘려 수차에 닿아 이것을 돌려 쌀을 찧는 것처럼 수차를 돌리는 일을 수력이라 하고 그 힘은 수량 X 낙차에 의해 결정되며 전기에서도 마찬가지로 일을 시킬 때에는 전력이 필요합니다.
전력이란? 전기가 단위 시간 (Sec)에 하는 일 (Joule)의 단위로서 왓트(W) = Joule / Sec 또는 키로 왓트(KW)로 표시하며 직류에서는 전력(W) = 전압 (V) X 전류(A)로 나타내지만 교류의 경우에는 전압도 전류도 시간과 함께 변화하고 위상의 관계로 인하여 일에 관계하지 않는 전류도 있기 때문에 간단하게 전압과 전류의 적으로는 나타낼 수 없으며 교류의 경우는 다음의 식으로 나타냅니다.
전력 (W) = 전압 (V) X 유효전류 (A)
② 전력량
전력량이란 단위 시간의 전력의 총량을 말하며 전력량 [Wh(왓트아워)] = 전력(W) X 시간(h) 으로 나타내고 1W의 전력이 2시간 일하면 2Wh로 표시합니다.(실제에는 1,000배의 KWh를 사용합니다.)
전력과 전력량의 관계는 전력 (W)는 전압 (V)에 전류 (A)를 곱한 면적으로 나타내며, 전력량은 그 면적에 시간(h)을 곱한 체적과 같은 것입니다.

(8) 직류,교류란?

① 직류 (DC : Derect Current)
직류에는 전지와 같이 (+)극과 (-)극이 항상 일정한 전원에서 흘러내는 전류로 전류의 방향은 불변이고 크기도 일정하며 전압의 방향도 일정합니다.
직류 발생 장치로서는 건전지, 축전지, 직류 발전기의 각종 정류기 등이 있습니다.
② 교류 (AC : Altenating Current)
교류는 직류와 달라서 (+)극과 (-)극이 일정한 시간적 주기를 가지고 서로 교차되도록 전원에서 흘러내는 전류로 전류 및 전압의 방향도 값이 일정한 주기를 가진 정현파가 되어 변화하는 것으로 정확히 시계의 추가 일정의 리듬으로 좌우로 왔다갔다하고 있는 것과 같습니다.

(9) 주파수란?

 

주파수는 교류가 1초간에 반복한 주기의 수로 단위는 헬스(Hz)로 나타냅니다.
우측그림의 정현파로서 설명하면 A1에서 화살표 방향으로 일주하고 다시 그 위치 A5까지 왔을 때 이것을 1사이클(Cycle)이라고 하고 전기각으로는 360°가 됩니다.
우리 나라에서는 60Hz의 주파수가 표준으로 채용되고 있으며, 이것은 1초간에 60회 전류의 방향이 (+)에서 (-)로 변할 때 일시적으로 전원은 정지하는 형태가 되어 전등은 1초간에 120회가 꺼졌다 켜졌다 하지만 교류의 점멸은 빠른 속도이므로 사람의 눈으로 판별은 곤란합니다.

(10) 효율이란?

효율은 출력(MOTOR가 외부에 전달할 수 있는 일량)의 입력(MOTOR의 공급되는 전기 에너르기의 총량으로 MOTOR 스스로 소비하는 손실과 출력과의 합계)에 대한 비율이므로 다음과 같이 나타냅니다.
효율 (%) = 출력 / 입력 X 100 다른 방법으로는
효율 (%) = 입력 - 손실 / 입력 X 100
효율 (%) = 출력 / 출력 + 손실 X 100

MOTOR의 효율은 대용량의 것일수록 좋고 소용량의 것일수록 나쁘며 표준 농형 삼상 MOTOR의 효율은 약 75% ∼ 85% 전후이고 100W 이하의 단상 MOTOR에 있어서는 대개 50% 전후입니다.
또 손실은 MOTOR 내에서 열, 진동, 소음 등의 에너지(열)로 바뀌고 MOTOR에 있어 대부분 유익하지 않은 요소이므로 이 손실은 될 수있는한 최소로 해야하며 손실에는 다음과 같은 것이 있습니다.
① 무부하손
부하의 대소에 관계없이 일정하게 볼 수 있는 손실입니다.
·전기적 손실
철손과 동손으로 나누어지며 철손은 고정자와의 철심에 의한 손실이며, 동손은 고정자와 회전자의 권선저항에 의한 손실입니다.
·기계적 손실
축수의 마찰손, 냉각용 통풍선의 풍손 및 권선형의 경우에는 브러쉬의 마찰손 등으로 이것들은 회전수의 비례하여 크게 됩니다.
② 부하손
부하를 걸었을 때의 손실로서 고정자 및 회전자 권선 중 동손이 주가 되는 것입니다.

(11)역률이란?

역율이란 전압과 전류와의 위상차 이를테면 파형의 차이의 크기를 나타내는 계수라고 말 할 수 있습니다.
일반적으로 역율이 큰 것이 무효 전력이 작아 경제적이며 MOTOR의 경우도 위상차(파형의 차이)는 있어 그것은 보통 전류의 위상이 전압의 위상에 늦게 되어 여기서 MOTOR의 회로에 전류의 위상을 앞서게 하는 진상용 콘덴서등을 사용하여 파형의 차이를 적게하여 역율을 개선하는 방법도 있습니다.
일반적으로 MOTOR의 용량이 클수록 역율은 좋고, MOTOR의 용량이 적을수록 역율은 작아 나빠지게 되며 같은 용량이라면 극수가 증가할수록 무부하 전류도 증가하여 역율도 작게되어 나빠지는 것이 보통 입니다.

 

자료제공:성신오토메이션
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