단상 유도동기전동기의 고효율 설계에 관한 연구

Abstract

현재 가전 및 산업분야에서 일정 속도를 필요로 하는 동력원으로 단상 유도전동기가 널리 사용되고 있다. 단상 유도전동기는 제조가 간단하고 별도의 기동장치 없이 운전이 가능하며 내구성이 뛰어난 장점이 있는 반면 Slip이 존재하고 2차측의 손실이 추가적으로 발생하여 효율이 낮은 단점을 지니고 있다. 따라서 에너지절약차원에서 이를 대체할 수 있는 전동기로 영구자석을 이용하는 전동기들이 연구되어지고 있으며, 기존의 단상 유도전동기의 회전자에 영구자석을 삽입한 단상 유도동기 전동기(Line Start Permanent Motor)는 기동 시에는 유도전동기의 원리로써 동작하며, 동기화 후에는 동기기로써 동작하는 특징을 갖는다[1-2]. 따라서 동기기와 달리 기동을 위한 별도의 장치가 필요하지 않으며, 동기화 후에는 동기기와 같은 높은 효율을 갖는 장점을 갖는다[3-4]. 본 논문에서는 단상 유도전동기의 단점인 낮은 효율을 개선하고자하며 회전자에 삽입되는 영구자석의 길이 및 위치의 설계를 통해 영구자석의 사양을 결정하였다. 또한 원활한 기동특성과 정격운전 시 고효율을 갖는 기동 및 운전커패시터의 설계를 수행하였고, 2D 유한요소해석(FEM)을 이용하여 영구자석과 커패시터설계에 의한 효율의 개선여부를 해석하였다. 시작품을 제작하여 단상 유도동기전동기의 효율개선의 타당성을 실험과 비교하여 입증하였다.