Lecture 직류기의 제동

직류 전동기의 제동

대형 전동기로 관성이 큰 부하(예 기차)를 구동할 때는 정지하기까지 수십분 이상 걸리는 경우도 드물지 않다.

전동기 안에 있는 에너지들을 모두 소비하게되면 전동기는 멈추게 된다. 전동기 안에 있는 에너지를 없에는 방법에 따라 제동 방법이 결정된다.

마찰제동

• 마찰제동은 회전하고 전동기에 있는 운동에너지를 열에너지로 바꾸어 소비하여 제동하는 방법이다. 전기자를 전원에서 분리시킨 후 회전 부분에 브레이크를 눌러 기계적 마찰열로 전동기 내부 에너지를 소비한다.
• 일반적으로 고속에서는 전기 제동을 하고 저속이 되고나서 마찰 제동을 실시한다.

발전제동

• 전기자를 전원에서 분리시키면 전동기는 계속 움직이고 있기때문에 회전 부분에 외부 저항기를 접속하면 전동기가 발전기로 동작하기 시작한다.
• 전기자는 기계적 운동에너지를 흡수하면서 발전기로 동작하고, 발전된 에너지는 제동저항에서 열로 소모된다.
• 제동 초기 전기자 전류가 정격전류의 2배가 되도록 제동 저항값을 정하면 전동기는 정격출력의 2배, 제동토크도 정격토크의 2배가 된다.
• 기전력이 하락하면 제동저항의 소모전력($\dfrac{E_a^2}{R}$)이 줄어들면서 제동효과도 떨어진다.
• $E_a$가 속도에 비례하므로 소모전력이 속도의 제곱에 비례한다.

회생제동

• 회생제동은 전동기는 발전기로서 동작하면서 기계적 에너지가 흡수되고 전동기의 내부 손실을 제외한 에너지가 전원으로 반환시키므로 운전효율을 높이는 방법이다.
• 전동기로 동작하는 상태에서 부하토크의 방향이 반전되어 회전방향으로 가해진다면 전동기 속도가 무부하속도 $\omega_o$ 이상으로 상승하여 기전력이 전원전압보다 높아지고, 전류 방향이 반전된다.
• 토크가 회전반대 방향으로 유기되므로 기계적 에너지를 흡수하여 전원측으로 전달하는 발전기 동작상태가 된다.
• 역기전력을 전원 전압보다 높아지는 만든후 전원측에 연결하면 전동기 측에서 전원측에 전류가 유입된다.
• 전동기의 기계적 에너지가 소비됨에 따라 전동기에 제동이 걸린다.
• 전기 기관차에서 사용되고 있다.

역전제동(플러깅)

• 운전 중인 전동기가 역전되도록 접속을 전환한다. 전압이 역전되면 전류가 반대로 흐르고, 따라서 반대 방향으로 토크가 유기되어 제동이 이루어진다.
• 역전제동은 발전기로서 동작하면서 기계적 에너지를 흡수한다는 점에서 발전제동과 같지만 속도가 떨어져 기전력이 하락하더라도 전원전압에 의해 계속 전류가 흐르면서 제동토크가 유지되므로 더 빠른 제동이 이루어진다. 전원전압이 반전되면 두 전압이 더해져 정격의 거의 2배 전압을 가하여 기동하는 것이다.
• 정격전류의 수십 배가 흐를 수 있으므로 반드시 전류제한 저항을 삽입해야 한다. 제동저항은 플러깅 초기 전류가 정격전류의 2배 정도가 되게 설정해야한다.
• 역 방향으로 회전하기 직전에 전동기를 전원에서 분리해야 한다.
• 역전제동은 비교적 간단한 방식을 써서 급속히 제동해야할 경우에만 적용된다.