직입기동 영구자석형 동기전동기의 특성해석

Abstract

우리나라의 총 전력 소비량 중 용도별 전력 소비량을 조사한 결과에 따르면 전동기류가 60%, 조명기기가 20%, 전열기 등 기타가 20%를 차지하고 있다. 이 중 가장 많은 전력 소비량을 갖는 전동기류 중에서 산업용 3상 유도전동기가 소비하는 전력이 가장 크다[1-9]. 따라서 3상 유도전동기의 효율 향상이 요구되어 고 효율화에 대한 연구와 제품 개발이 많이 진행되었다. 그러나 유도전동기는 2차측 동손의 존재로 효율 향상에 한계가 있어 영구자석형 전동기로 대체 하는 것이 필요하다[10]. 직입기동 영구자석형 동기전동기(Line-Start Permanent Magnet Synchronous Motor : LSPM)는 일반 농형 유도전동기와 같은 농형 바를 가지는 회전자 내부에 영구자석을 매입한 구조이다. 가장 큰 특징은 영구자석형 전동기이면서 회전자 내부에 농형 바를 갖기 때문에 별도의 제어기 없이 일반 유도전동기와 같이 상용 전원의 공급으로 기동됨은 물론 동기속도에서의 정속 운전이 가능한 고효율, 고역율의 전동기라는 것이다[11-12]. 하지만 LSPM은 기동시 회전자 내부의 농형 바에 의해서 발생되는 유도 토크와 영구자석에 의해 발생되는 브레이킹 토크의 중첩된 토크 특성이 발생되므로 그 설계와 해석의 어려움으로 인해 다른 전동기에 비해 주목받지 못하고 있다.[13-24] 본 논문에서는 LSPM의 특성 해석에 대하여 서술하였다. 먼저 상용 설계 프로그램을 이용하여 설계된 LSPM의 특성을 영구자석의 길이와 두께를 변화시키면서 비교하였다. 또한, 상용 유한요소 해석 프로그램을 이용하여 영구자석의 위치를 변화시키면서 동특성을 해석하여 영구자석이 특성에 미치는 영향을 고찰하였다.