오늘은 3상 농형 유도전동기의 전선 결선법에 대해 알아보도록 하겠다. 전기기사를 공부하며 이것이 실제로 어떻게 결선되어 있는지 궁금했는데, Youtube 등 다양한 매체와 실제로 전동기를 보며 학습한 결과 알게 되었다. 아래에서 Y결선과 델타결선에 대해 자세히 알아보고, Y-델타 기동법에 대해서도 알아보겠다.
※ 기본적으로 전동기를 외부에서 보면 6개의 전선이 있다. 사실은 3개의 전선인데 하나의 전선에 시작과 끝이 있기 때문에 6개로 보인다. 이 6개의 전선을 하나의 단자대에 연결하고, 외부에서 전원을 공급해 주면 전동기는 작동한다. 전선은 계자(고정자)에서 코일의 모양을 띄며 이 전선에 3 상의 전원이 들어가면 회전하는 자기장이 형성된다. 그로 인해 내부의 전기자(회전자)에 기전력이 형성되고, 전류가 흘러 자기장을 만들면 계자와 전기자가 서로 만드는 자기장이 서로 밀고 땅겨서 전기자(회전자)가 회전을 하게 되는 것이다. 회전하는 자기장이 형성되는 원리는 블로그 내의 '3상 농형 유도전동기의 동작 원리' 포스팅을 참고하길 바란다.
1. 3상 유도전동기 Y결선(스타결선, 성형결선)
아래의 첫 번째 그림을 보도록 하자. Y결선은 전선 3개의 끝부분을 접촉(접합)시킨 것이다. 따라서 4~6번 선을 접촉시키고, 1~3번 선에 3상 전원전압을 연결해 주면 된다. 두 번째 그림은 전동기 내부에 있는 단자대인데 아래의 세 선은 각각 연결되어 있고, 위의 세 선은 금속으로 접촉되어 전기적으로 다 연결이 되어 있다. 따라서 아래의 세 선이 1~3번 선이고, 위의 세 선이 4~6번 선이다. 이 전동기를 동작시키려면 이제 아래의 1~3번이 있는 부분에 전원선을 하나씩 연결해 주면 된다. 보통 전선에는 U1, U2, V1, V2, W1, W2의 기호가 적혀있는데, 아래 그림에서 1번이 U1이고, 2번이 V1, 3번이 W1, 4번이 U2, 5번이 V2, 6번이 W2이다. 두 번째 그림에서 U2, V2, W2의 전선이 서로 전기적으로 연결되어 있는 것을 볼 수 있다. 만약에 전선 단자대도 다 분리가 되어 있고, 전동기가 너무 오래돼서 기호가 보이지 않아 어떤 선인지 알 수 없으면 테스터기를 통해 구분할 수 있다. 예를 들어 1번과 6번 선을 잡고 저항을 측정하면 당연히 서로 떨어져 있는 선이라 무한대가 나올 것이다. 반면에 1번과 4번 선을 잡고 저항을 측정하면 전선 내부저항이 측정될 것이므로 수 옴 정도의 값이 나올 것이다. 이렇게 어떤 두 선이 하나의 선인지 알 수 있다.
2. 3상 유도전동기 델타결선
아래 그림을 보면 알 수 있듯이 꼬리에 꼬리를 무는 것처럼 연결된 방식이다. 1~3번 쪽에 전원선을 연결하거나 4~6번 쪽에 전원선을 연결하면 된다. 금속으로 연결이 되어 있기 때문에 1번 전선에 전원을 연결해도 그 전원이 그대로 6번에 들어간다. Y결선보다 큰 용량의 전동기를 구동할 때 사용되는데, 그 이유는 토크가 Y결선일 때보다 3배이기 때문이다. Y결선은 작은 용량의 전동기를 구동할 때 사용되는데, 전원전압의 루트삼분의 일이 전선 코일에 걸려서 전류는 삼분의 일로 줄어들고, 토크 또한 삼분의 일로 줄어들기 때문이다. Y결선 위의 예시에서 전원전압이 380V이면 코일에 걸리는 전압은 220V이지만 델타결선의 경우엔 전원전압 380V가 그대로 코일에 걸려서 토크가 세다.
3. 3상 유도전동기 Y-델타 기동법
용량이 큰 전동기를 구동할 때 사용되는 기동법이다. 전동기는 처음 기동전류가 가장 많이 흐르는데, 이때 전동기에 충격을 줄 수 있다. 따라서 같은 전압이 걸렸을 때 전류가 삼분의 일로 작은 Y결선으로 먼저 전동기를 작동시키고, 일정 속도에 도달했을 때 델타결선으로 바꿔서 높은 토크를 내며 운영한다. 아래의 그림을 보도록 하자. 처음에는 주 전자접촉기(메인 MC)와 Y결선용 전자접촉기(MC-Y)가 작동을 하고, 일정 시간이 지나 타이머가 작동을 하면 메인 MC와 델타결선용 전자접촉기(MC-델타)가 작동한다.
마치며, 오늘은 3상 농형 유도전동기의 전선 결선법에 대해 알아보았다. 전기 공부를 하며 이론과 실제 모습이 잘 매칭이 되지 않는 분들에게 조금이나마 도움이 되면 좋겠다.