모터와 설비를 생각한 제어 

멈춰 있는 모터가 움직이기 시작할 때 일시적으로 큰 전류가 흐르는 일이 있다. 이 전류를 시동 전류라고 한다. 시동 전류에 의해 모터나 전원 설비 등이 파손되지 않도록 해야 함은 당연 하다. 이번 회부터는 시동 전류를 작게 하는‘스타델타 시동 법’에 대해 생각한다.

지금까지의 모터 제어는 모터로 하여금 어떤 일을 하게 하는 것이었다. 그에 반해 앞으로 생각할 제어는 모터나 그 주변의 설비를 파손하지 않도록 하기 위한 제어이기 때문에 지금까지 와는 약간 다를 수 있다. 

모터의 시동 전류

지금까지는 모터를 움직이려고 할 때 3상 교류전원을 그대 로 모터에 연결했다. 즉 갑자기 전원전압을 모터에 가한 셈이 다. 이 같은 방식을 전(全)전압(직입 시동이라고도 한다)이라고 한다. 가장 간단한 방법이지만 이때의 시동 전류는 모터 제조 업체가 보장하는 전류 한도(정격전류라고 한다)의 4~8배에 달 할 정도이다(저압 3상 케이지형 유도 전동기의 경우).

앞에서 한 번 설명했지만 지금까지 대상으로 한 것은 비교 적 소형 모터였다. 소형 모터는 원래 정격전류가 작으므로 직 입 시동을 하더라도 시동 전류는 별로 커지지 않아 큰 문제가 없다.

그러나 대형 모터는 그리 간단하지 않다. 정격전류의 몇 배 나 되는 크기의 전류에 견딜 수 있으려면 사이즈가 꽤 커지고 가격도 비싸다. 시동 전류는 전원 설비에서부터 흘러들기 때문 에 전원 설비도 마찬가지다. 일시적으로 흐르는 시동 전류이기 때문에 그렇게까지 하는 것은 낭비다.

그래서 시동 전류가 커지지 않게 하는 시동 방법을 선택해야 하는데, 그 하나가 스타델타 시동법이다. 

모터 안에는 코일이 3개

스타델타 시동법에 대해 이해하려면 모터에 대해 알아야 한다. 상세한 내용은 생략하고, 여기서는 최소한 알아야 할 기본 적인 사항에 대해서만 설명한다.

코일이 3개 있고 서로 연결돼 있다. 코일 연결법에는‘스타 결선’과‘델타 결선’이 있다(그림 2 참조). 스타 결선은 알파벳 Y 모양이 되도록 코일을 연결한다(그림에는 Y가 뒤집혀 있다). 델타 결선은 코일로 삼각형을 만들어 접속한다.

그림과 같이 3개소에서 단자 U, V, W를 내고 거기에 3상 교 류전원을 연결하면 코일에 전류가 흘러 모터가 움직인다. 

스타델타 시동법

코일이 스타 결선으로 돼 있는 모터와, 같은 코일을 델타 결 선으로 한 모터로 흘려보내는 전류를 비교해 본다. 더 큰 전류 가 흐르는 것은 어느 모터일까?

델타 결선에서는 코일 하나에 3상 교류전원의 선간 전압 (200V)이 그대로 가해진다(그림 3 참조). 한편 스타 결선일 경 우 정확한 수치는 별도로 하고 적어도 델타 결선일 때보다는 낮아짐을알수있다(사실델타결선일경우의1/√3배인 115V). 코일에 걸리는 전압이 낮다는 것은 그곳으로 흐르는 전류도 작 다는 말이다.

지금 설명한 것은 하나의 코일에 흐르는 전류다. 모터에 흘러드는 전류로 비교할 경우, 결과만 말하면 스타 결 선의 모터로 흐르는 전류는 델타 결선 모터의 1/3이다. 즉 스타 결선 쪽의 전류가 작다. 지금 설명했듯이 모터 내부의 코일 연결법을 바꾸면 흐르는 전류도 바뀐다. 이 점을 이용한 시동 방법이 스타델타 시동법 이다. 즉 델타 결선의 모터를 시동할 때만 스타 결선으로 해서 시동 전류를 작게 해 두고 시동 전류가 안정된 곳에서 원래의 델타 결선으로 전환하는 방법이다. 

스타델타 시동이 가능한 모터의 구조

모터 안에 있는 코일 연결 방식을 어떻게 전환할까? 모터를 움직일 때마다 모터 안의 코일 연결법을 바꿀 수 없지 않은가? 당연히 이 같은 의문이 생길 것이다.

코일 연결 방식을 모터 밖에서 바꿀 수 있게 한다면 어떨까? 즉 코일끼리 모터 내부에서 연결하는 것이 아니라 외부에서 연 결한다. 그림 4에 나타낸 구조의 모터를 생각해 보자. 코일 3개를 연결하지 않고 각각의 양끝을 모터 밖으로 끌어내 둔다.

이 경우 모터의 단자는 전부 6개다. 모터의 단자 U, V, W와 연결돼 있는 코일 반대 측에는 각각 X, Y, Z이 라는 기호가 매겨진다.

스타 결선으로 하려면 X, Y, Z 3개의 단자를 한데 모아 연결한다. 언뜻 보기에 Y 모양은 아니지만 스타 결선으로 돼 있다. 델타 결선은 약간 복잡해 보이지만 X와 V, Y와 W, Z과 U처럼 순번으로 연결하면 가능 하다.

스타 결선과 델타 결선을 조합해 전자 접촉기에서 전환할수있게한것이그림 7이다. 전자 접촉기 MCY 가 닫히고 MC△가 열려 있으면 스타 결선으로, 반대로 MCY가 열리고 MC△가 닫혀 있으면 △결선으로 된다. 나머지는 MCY와 MC△의 ON·OFF 자동 전환을 생 각하면 된다.

다음 회부터는 스타델타 시동의 제어회로에 대해 생각한다 

시미즈 히로다카(淸水洋隆) 직업능력개발종합대학교

本記事는 日本OHM社가 發行하는`電氣と工事a誌와의 著作權協約에 依據하여 提供받은 資料입니다.