평행운전을 기초한 단상 유도전동기의 효율 개선에 관한 연구

Abstract

본 논문은 단상 유도전동기의 효율개선을 목적으로 하여, 평형운전조건을 적용한 설계 및 특성해석에 관한 연구이다. 단상 유도전동기의 해석을 위해, 순 단상유도전동기의 운전원리로부터 보조권선을 적용한 일반 유도전동기의 등가회로해석 방법을 고찰하였고, 고효율 단상유도전동기의 설계를 위해, 이상적인 조건인 자기적 평형상태를 단상운전에서 구현하기 위한 조건을 유도하였고 특성을 분석하였다. 이로부터 평형운전에서 발생하는 현실적 문제점을 고찰하였고 이러한 문제점 해결하며 고효율 전동기의 설계기준이 될 수 있는, 준 평형운전조건 및 고정자 동손최소화조건을 도출하였다. 준 평형설계를 적용한 전동기는 비교적 큰 폭의 효율이 개선이 기대되지만 추가적으로 기동특성의 악화를 동반하게 된다. 따라서 기동토크를 고려한 최적설계가 요구되었고 제안된 준 평형설계 방법을 기반으로 운전콘덴서와 회전자저항을 변수로 하여 기동과 고효율조건을 만족하는 최적 설계기법을 제안하였다. 제안된 설계방법을 검증하기 위해 2가지의 설계안을 결정하고 제작하였으며 특성을 측정하였다. 측정결과로부터 설계결과가 예상에 잘 부합하는 것을 확인함으로써 본 연구에서 제안한 설계방법의 타당성을 입증하였다.; In this paper, we research improvement in efficiency of single-phase induction motor by adapting the condition of the balanced and quasi-balanced operation. Here, differently from Trickey’s approach, the auxiliary winding constants and capacitance are searched for the balanced operation with the given turn ratio. When the obtained parameters are applied in the circuit, the motor performance is calculated and discussed. In practice, the parameters may be unrealistic, so the quasi-balanced operation as a modified condition is introduced. It is the condition which keeps the magnitude of MMFs the same and makes winding parameters realizable, instead of giving up the orthogonal property of winding currents in phase. The motor applying quasi-balanced operation design is expected to improve relatively high efficiency, but it is also accompanied with the deterioration of starting characteristic. Therefore, to meet the starting torque, the additional design process performed, where the secondary resistance and the running capacitor are selected as design variable and the optimum values are selected by analytical approach. Finally, the designed motor is manufactured, tested and compared with the simulation results.