공정 제어: Y결선, 델타결선, 유도전동기

문서 내 토픽

1. Y결선(스타결선)

Y결선은 3대의 변압기로 3상 전원을 도출하는 결선 방법으로, 중성선 N상이 도출되어 3상 4선이 된다. 우리나라 기준 380V 또는 220V가 사용 가능하며, 중성점 접지 시 단일 절연 방식 채택, 고전압 결선 적합, 순환전류 없음 등의 장점이 있다. 단점으로는 중성점 접지 시 제3고조파가 대지로 흘러 통신선 장애를 줄 수 있다. Y-Y 결선은 중성점 접지 가능하나 제3고조파 문제로 사용하지 않으며, △-Y 결선은 송전단에 사용되어 높은 전압을 절연 유리하게 한다.
2. △결선(델타결선)

△결선은 3대의 변압기로 3상 전원을 얻는 환상결선으로, 고전류가 필요한 모터에 사용된다. 상전압과 선간전압이 동일하며 선전류는 √3배가 된다. 전동기 기동 시 기동전류가 정격전류의 6~8배이므로 Y결선으로 기동 후 △결선으로 운전한다. V결선은 △결선 중 1상을 제거하여 만들며 출력은 57.7%이다. △-△결선은 제3고조파가 내부 순환하여 통신장해가 없고, 1상 고장 시 V결선 가능하나 중성점 접지 불가능하다.
3. 유도전동기

유도전동기는 고정자의 회전 자기장으로 회전자에 기전력을 유도하여 토크를 발생시키는 비동기 전동기이다. 구조가 간단하고 슬립링, 브러시가 없어 유지보수가 낮으며, 환경 조건에 영향을 받지 않고 견고하다. 효율이 85~97%로 높고 시동 토크가 높다. 단점으로는 단상 모터의 자체 시동 토크 부재, 경부하 시 낮은 역률, 속도 제어의 어려움, 높은 기동 전류 등이 있다.
4. Y-△ 기동 원리

전동기 Y-△ 기동 시 선전류 비는 1/3이 된다. Y결선 시 상전압은 선간전압의 1/√3이므로 선전류는 V/(√3Z)이고, △결선 시 선전류는 √3V/Z이다. 따라서 Y결선 선전류는 △결선 선전류의 1/3만 흐르므로 기동 시 과전류로 인한 차단기 차단을 방지할 수 있다. 기동 후 일정시간 뒤 △결선으로 장시간 운전한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. Y결선(스타결선)

Y결선은 삼상 전력 시스템에서 가장 널리 사용되는 결선 방식입니다. 이 방식에서는 세 개의 코일이 중성점에서 만나 별 모양을 형성하며, 각 상 사이의 전압은 선간 전압이 상전압의 √3배가 됩니다. Y결선의 주요 장점은 중성선을 통해 불평형 부하를 처리할 수 있다는 점이며, 이는 안정적인 전력 공급을 가능하게 합니다. 또한 접지를 통한 안전성 확보가 용이하고, 단상 부하와 삼상 부하를 동시에 공급할 수 있습니다. 다만 같은 용량에서 선간 전압이 낮아 장거리 송전에는 덜 효율적이며, 고조파 문제에 더 취약할 수 있습니다.
2. △결선(델타결선)

델타결선은 세 개의 코일을 삼각형 모양으로 연결하는 방식으로, 중성점이 없는 구조입니다. 이 결선의 가장 큰 장점은 Y결선 대비 선간 전압이 높아 같은 전류로 더 많은 전력을 전송할 수 있다는 점입니다. 따라서 장거리 송전이나 고전압 시스템에 적합합니다. 또한 한 상이 단락되어도 나머지 두 상으로 계속 운영할 수 있는 신뢰성이 있습니다. 그러나 중성선이 없어 불평형 부하 처리가 어렵고, 접지 문제로 인한 안전성 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 단상 부하 공급이 불가능하다는 제한이 있습니다.
3. 유도전동기

유도전동기는 산업 현장에서 가장 광범위하게 사용되는 전동기로, 회전자가 고정자의 회전 자기장에 의해 유도되어 회전합니다. 구조가 간단하고 견고하며 유지보수가 용이한 장점이 있습니다. 또한 가격이 저렴하고 효율이 높으며, 직접 교류 전원에 연결하여 사용할 수 있습니다. 유도전동기는 기동 시 높은 전류를 소비하는 특성이 있어 전력망에 영향을 미칠 수 있으며, 속도 제어가 어렵다는 단점이 있습니다. 현대에는 변주파 드라이브를 통해 속도 제어 문제를 해결하고 있으며, 에너지 효율 개선으로 인해 계속해서 개선되고 있습니다.
4. Y-△ 기동 원리

Y-△ 기동은 유도전동기의 기동 전류를 제한하기 위한 효과적인 방법입니다. 기동 시 전동기를 Y결선으로 연결하여 선간 전압을 1/√3로 감소시키면, 기동 전류는 직접 기동 대비 약 1/3로 감소합니다. 이는 전력망의 부담을 크게 줄이고 전압 강하를 최소화합니다. 전동기가 정격 속도의 약 80~90%에 도달하면 자동으로 △결선으로 전환되어 정상 운전 상태가 됩니다. 이 방식은 구현이 간단하고 비용 효율적이지만, 기동 토크가 감소하고 기동 시간이 길어질 수 있습니다. 따라서 부하가 가벼운 경우에 적합하며, 무거운 부하에는 소프트 스타터나 변주파 드라이브 같은 다른 기동 방식이 더 적절합니다.

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