[논문]단상전원에 접속된 3상 유도전동기의 손실분석

김도진; 좌종근

단상전원에 접속된 3상 유도전동기의 손실분석
Loss Analysis of Three Phase Induction Motor Connected to Single Phase Source 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.57 no.2, 2008년, pp.121 - 126

Abstract ▼ AI-Helper

This paper analyzes the losses of a Steinmetz connection three-phase induction motor which is supplied by a single-phase source. The T-type equivalent circuit which is taken no-load losses into account is used to determine phase converter capacitive reactances at starting and rated speed by using the condition of the minimum voltage unbalance. The starting and the operating capacitor are replaced at the slip of the same voltage unbalance factor points which are depicted using two capacitive reactances. The operation characteristics are investigated by comparing with those of three-phase balanced operation to find the feasibility of single-phase operation. To analyze the losses of this motor, the output power decrease factor(OPDF), the loss ratio(LR), the no load loss ratio(NLLR), the copper loss ratio(CLR), the stator copper loss ratio(SCLR), and the rotor copper loss ratio(RCLR) are defined and simulated in the whole slip range. The simulated results show that OPDF is maintained almost uniformly, LR is low at low speed and high at high speed, CLR is higher !ban NLLR, but CLR varies concavely and NLLR varies convexly at high speed, SCLR is low at low speed and high at high speed, but SCLR varies convexly at high speed, and RCLR is nearly opposite to SCLR.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 단상운전 전동기의 손실분석을 위하여 운전특성 계산시 무부하손실이 계산에 직접 반영될 수 있는 T형 등가회로[14], [15]에 의한 특성계산의 필요성을 IEEE 권장 등가회로에 의한 3상 평형운전시의 토크특성과 비교하여 확인한다. 그리고 T형 등가회로를 이용하여 기동과 정격운전속도에서 전압 불평형률 최소조건에 의해서 구한 두 개의 상변환기 용량성 리액턴스로 전압 불평형률을 계산하여 두 곡선의 교점에서 기동용과 운전용 용량성 리액 턴스를 교체해서 운전특성을 계산하여 3상 평형운전시의 결과와 비교하여 분석하고 운전가능성을 검토한다.

제안 방법

Oliveira[4]는 전압 불평형률이 0이 되는 슬립과 용량성 리액 턴스를 구하는 방법을 보고하였다. Isawi와 Adem⑸은 단상인버터에 의해 운전할 때의 과도 특성을 해석하였다. 또한, 김과 좌는 전압 불평형률이 0이 되는 조건에 의한 용량성 리액턴스로 와이결선 전동기의 특성분석[6], 델타 결선에서의 용량성 리액턴스의 세가지 결정방법의 비교[7], 두 가지 스타인메츠결선에서의 권선전류 분석[8), 그리고 스타인메츠결선에서 기동과 정격속도에서의 용량성 리액 턴스에 의한 특성분석 [9] 등을 보고하였다.
동손비. 고정자 동손비 그리고 회전자 동손비를 정의하여 손실을 분석하였다,
따라서 본 연구에서는 단상운전 전동기의 손실분석을 위하여 운전특성 계산시 무부하손실이 계산에 직접 반영될 수 있는 T형 등가회로[14], [15]에 의한 특성계산의 필요성을 IEEE 권장 등가회로에 의한 3상 평형운전시의 토크특성과 비교하여 확인한다. 그리고 T형 등가회로를 이용하여 기동과 정격운전속도에서 전압 불평형률 최소조건에 의해서 구한 두 개의 상변환기 용량성 리액턴스로 전압 불평형률을 계산하여 두 곡선의 교점에서 기동용과 운전용 용량성 리액 턴스를 교체해서 운전특성을 계산하여 3상 평형운전시의 결과와 비교하여 분석하고 운전가능성을 검토한다. 또한 3상 평형운전에 대한 단상운전의 비의 값으로 출력 감소율, 손실비, 그리고 단상운전시 전 손실에 대한 비의 값으로 무부하손비, 동손비, 고정자 동손비, 회전자 동손비 등을 정의하여 제반손실을 시뮬레이션하여 분석하고자 한다.
단상전원에 의해서 운전되는 전원 상에 대하여 앞선 상의 권선단자에 상변환기로 하나의 커패시터가 접속된 스타인메 츠결선 유도전동기의 운전시 전 슬립범위에서의 손실을 시뮬레이션하여 분석하였다. 분석에 앞서 무부하손실이 직접 계산에 반영뇔 수 있는 T형 등가회로 사용의 타당성을 검토하였다.
그리고 T형 등가회로를 이용하여 기동과 정격운전속도에서 전압 불평형률 최소조건에 의해서 구한 두 개의 상변환기 용량성 리액턴스로 전압 불평형률을 계산하여 두 곡선의 교점에서 기동용과 운전용 용량성 리액 턴스를 교체해서 운전특성을 계산하여 3상 평형운전시의 결과와 비교하여 분석하고 운전가능성을 검토한다. 또한 3상 평형운전에 대한 단상운전의 비의 값으로 출력 감소율, 손실비, 그리고 단상운전시 전 손실에 대한 비의 값으로 무부하손비, 동손비, 고정자 동손비, 회전자 동손비 등을 정의하여 제반손실을 시뮬레이션하여 분석하고자 한다.
단상전원에 의해서 운전되는 전원 상에 대하여 앞선 상의 권선단자에 상변환기로 하나의 커패시터가 접속된 스타인메 츠결선 유도전동기의 운전시 전 슬립범위에서의 손실을 시뮬레이션하여 분석하였다. 분석에 앞서 무부하손실이 직접 계산에 반영뇔 수 있는 T형 등가회로 사용의 타당성을 검토하였다. 이 호형 등가회로를 사용하여 상변환기의 용량성 리 액턴스는 기동용으로 기동시에서, 운전용으로 정격속도에서 각각 전압 불평형률이 최소되는 조건에서 구하고 각각의 전압 불평형률을 계산하여 전압 불평형률이 같아지는 슬립에서 교체하여 토크와 효율특성을 구하고 평형운전시의 특성과 비교하여 분석한 결과 단상운전의 가능성을 확인하였다.
특성을 분석하기 위하여 최소 전압 불평형률 조건으로 기동시와 정격속도시의 값을 초기 추측값(;%= 15Q)을 적용하여 각각 구하고 이 값을 사용해서 기동용 커패시터는 기동시(s=l)에, 운전용 커패시터는 전압 불평형률이 같은 슬립인 s=0.45에서 교체하여 특성을 계산하였다. 이때 계산한 상변환기로 사용된 커패시터의 용량성 리액턴스와 커패시턴스를 표 2에 보인다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 전동기는 Lab Volt 사의 정격전압 208/120 [V], 전류 1.3 [A], 출력 175 [W], 주파수 60 [Hz], 회전수 1500 [rpm] 인 4극의 3상권선형 유도전동기이다.

성능/효과

또한, 출력 감소율도 거의 일정하게 유지되고, 손살비는 저속에서 낮고 고속에서 높아지고 있다. 무부하손비 보다 동손비가 더 높으며 고속에서 동손비가 감소하고 무부하손비는 증가하며, 고정자 동손비는 저속에서 낮고 고속에서 높아지고 위로 볼록하게 변화하며, 회전자 동손비는 저속에서 높고 고속에서 낮아지고 좀 더 아래로 볼록하게 변화하고 있음을 알 수 있* 었다
분석결과, 출력 감소율은 전 슬립범위에서 거의 일정하게 유지되고, 손실비는 저속에서 낮고 고속에서 높아지고 있었다. 무부하손비 보다 동손비가 더 높으며 고속에서 상반된 변화를 하고, 고정자 동손비는 저속에서 낮고 고속에서 높아지고 위로 볼록하게 변화하며, 회전자 동손비는 저속에서 높고 고속에서 낮아지고 좀 더 아래로 볼록하게 변화하고 있음을 알 수 있었다.
분석결과, 출력 감소율은 전 슬립범위에서 거의 일정하게 유지되고, 손실비는 저속에서 낮고 고속에서 높아지고 있었다. 무부하손비 보다 동손비가 더 높으며 고속에서 상반된 변화를 하고, 고정자 동손비는 저속에서 낮고 고속에서 높아지고 위로 볼록하게 변화하며, 회전자 동손비는 저속에서 높고 고속에서 낮아지고 좀 더 아래로 볼록하게 변화하고 있음을 알 수 있었다.
분석에 앞서 무부하손실이 직접 계산에 반영뇔 수 있는 T형 등가회로 사용의 타당성을 검토하였다. 이 호형 등가회로를 사용하여 상변환기의 용량성 리 액턴스는 기동용으로 기동시에서, 운전용으로 정격속도에서 각각 전압 불평형률이 최소되는 조건에서 구하고 각각의 전압 불평형률을 계산하여 전압 불평형률이 같아지는 슬립에서 교체하여 토크와 효율특성을 구하고 평형운전시의 특성과 비교하여 분석한 결과 단상운전의 가능성을 확인하였다. 그리고 출력 감소율, 손실비, 무부하손비.
이상에서 보듯이 기동토크는 작지만 효율은 크게 감소하지 않으므로 단상운전이 가능함을 알 수 있다.
이상에서 알 수 있듯이 손실분석을 위해서는 무부하손실이 계산에 직접 반영될 수 있는 T형 등가회로를 사용하는 것이 바람직하고 단상운전을 위한 용량성 리액턴스도 기동시와 정격속도시에서 전압 불평형률 최소조건을 사용하여 구한 두개로 기동용과 운전용으로 하여 전압 불평형률이 같게 되는 슬립에서 교체함으로써 운전효율 높일 수 있음을 알았다.
효율특성을 그림 6에 보인다. 효율특성은 평형운전일 때와 단상운전일 때의 차이가 운전용 커패시터 교체 슬립점인 s=0.45에서 대략 0.1[pu]정도의 차이가 있고 전체속도범위에서 비슷한 특성을 나타내고 있으며, 정격속도에서 평형운전시 0.671[pu]이고 단상운전시 0, 628[pu]이다.

참고문헌 (12)

J. E. Potter and R. G. Stern, " Statistical filtering of space navigation measurements", Proc. 1963 AIAA Guidance Contr. Conf., 1963
T. L. Song, and J. L. Speyer, "A stochastic analysis of a modified extended Kalman filter with applications to estimation with bearing only measurements", IEEE. Trans. Automat Contr., Vol. AC-30, No. 10, pp.940-949 1985
T. Kailath, " Some new algorithms for recursive estimation in constant linear systems", IEEE. Trans. Inform Theory., Vol. IT-19, pp. 750-760, 1973
C. F. Chen and C. H Hsiao, "A State-Space Approach to Walsh Series Solution of linear Systems ", Int. J. Systems Sci., Vol. 6 , No.9, pp. 833-858, 1975

상세보기
N. S. Hsu, and B. Cheng, " Analysis and Optimal control of time-varying linear Systems via block-pulse functions ", Int. J. Contr., Vol. 33, No.6, pp. 1107-1122, 1981

상세보기
K. R. Palanisamy, "Analysis of Nonlinear System via Single Term Walsh Series Approach", Int.J. Systems. SCI., Vol. 13, No.8, pp.929-935, 1982

상세보기
J. D. Pearson, "Approximation Methods in Optimal Control ", J. Electron. Control., Vol. 13 , pp. 435-469, 1962
J. P. Matuszewski , "Suboptimal Terminal Feedback Control of Nonstationary Nonlinear Systems ", IEEE. Trans, Automat. Contr., Vol. 18, pp. 271-274, 1973

상세보기
A. Papoulis, Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, McGraw-Hill, 1991
R. E. Kalman, "A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems ", Journal of Basic Engineering, pp. 35-45, 1960
M. S. Grewal and A. P. Andraws, Kalman filtering theory and practice, Prentice Hall, 1993
M. Afuans, " SuJ:x:p:irrnl State &timrtirn fer O:ntinoo.Js-Thre Nonlinear Systems from Discrete Noisy Measurements. " IEEE. Trans. Automat. Contr., Vol. AC-13, No.5, pp. 504-514, 1968

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증