전기 박사 카페에 올라온 질문 중에 유럽에서 수입한 냉동기인데 사양이 50HZ 380V, 60HZ 440V로 되어 있는데 본인은 380V 전원만 가지고 있어서 어떻게 해야 하는지를 질문한 내용을 보고 이 주제를 한번 검토해 보아야겠다고 생각했습니다. 50HZ 전동기를 60HZ 전원에 사용하면 어떻게 될까요? 또 그 반대의 경우는 어떤 현상이 발생할까요? 궁금한 내용이 아닐 수 없습니다. 이 포스팅에서 검토해 보겠습니다.
1. 50Hz와 60Hz의 차이점
50Hz 와 60Hz 의 주요 차이점은 60Hz가 주파수가 20% 높다는 것입니다. 발전기 또는 유도 전동기 펌프의 경우 1500/3000 RPM 또는 1800/3600 RPM (60Hz 용)을 의미합니다. 주파수가 낮을수록 철손실과 와류 손실이 낮아집니다. 주파수가 낮을수록 유도 전동기와 발전기의 속도가 낮아집니다. 예를 들어 50 Hz로 발전기가 3000 rpm으로 작동하면 60 Hz로는 3600 rpm으로 작동합니다. 기계적 원심력은 60 Hz의 경우 20% 높습니다 (회전자 권선 고정 링은 설계 시 원심력을 견뎌야 함). 그러나 주파수가 높을수록 동일한 크기의 발전기 및 유도 전동기의 출력이 20% 높은 속도로 인해 높아집니다.
2. 50Hz와 60Hz의 효율성
다른 전원 공급 주파수 사이에서 적용하면 효율성에 영향을 미치며 용량이 감소될 수 있습니다. 기계가 각각의 주파수에 적절하게 설계되어 있다면 50 Hertz와 60 Hertz 시스템 사이에는 거의 차이가 없습니다. 표준이 있고 그것을 지키는 것이 더 중요하며 어떤 주파수를 적용하는지는 큰 차이가 없습니다.
더 중요한 차이점은 60Hz 시스템은 일반적으로 가정용 전원 공급에 대해 110V (120V) 정도를 사용하는 반면, 50Hz 시스템은 다른 국가들에 대해 220V, 230V 등을 사용하는 경향이 있습니다. 이것은 동일한 전력을 사용할 경우 110V 시스템에서 집에 설치된 전선이 두 배의 단면적이 필요하다는 것을 의미합니다. 최적의 시스템은 약 230V (선 크기 및 필요한 전력 대 안전)로 인정됩니다. 대부분의 미국에서는 스토브와 옷 건조기와 같은 고출력 기기에 사용되는 240V와 함께 벽면 콘센트와 조명에 대해서는 110V를 사용합니다.
3. 60Hz가 50Hz보다 나은가?
50 Hz와 60 Hz 사이에 큰 차이가 없으며 기본적으로 나쁘거나 좋지 않습니다. 선박, 항공기 또는 가스/유 설치와 같은 독립형 전원 장비의 경우 적합성에 따라 어떤 주파수 (예: 400 Hz)를 설계할 수 있습니다. 전체적인 관점에서 50Hz가 60Hz보다 나은지 여부를 말할 수 없습니다. 차이가 없습니다. 주요 문제는 두 개의 전원 공급 표준이 있다는 사실입니다. 이는 다른 주파수로 실행되는 전송 시스템 간의 링크가 그들 사이에 DC 링크 또는 단순히 주파수 변환기를 사용하여 60Hz를 50Hz로 변경하는 것을 필요로 합니다.
4. 60HZ 모터를 50HZ 전원에서 사용할 수 있는가?
전기 모터의 회전수는 교류 (AC)가 변화하는 초당 주기 (HZ)에 따라 달라집니다. 60 Hz에서 작동하도록 설계된 모터가 50 Hz 전원 공급 시스템에 연결되면 속도가 17% 느려지고 내부 전류가 17% 증가하며 전력 (와트)이 17% 감소하고 기계식 냉각이 17% 감소합니다. 최종 결과는 모터가 모터가 설계된 것보다 높은 전류를 사용하게 되며 이는 차례로 전기 배선의 절연을 손상시키게 되고 이는 과열로 인해 화재를 초래할 수 있습니다.
60 Hertz 용으로 설계된 유도 전동기가 50 Hertz 전원 공급에서 작동하면 더 많은 전력을 소비하고 더 뜨겁고 느리게 작동합니다. 그러나 이것이 절연을 손상시키고 직접적인 화재를 일으키지는 않을 것입니다. 모터가 처음부터 제대로 설계되지 않아 특정한 주파수에서 매우 뜨겁게 작동하는 경우가 아니라면 말입니다. 그래도 연기와 화재를 고려해야 한다는 사실으은 불안을 초래합니다. 추가로 발생하는 열은 모터 축에 팬이나 별도의 큰 팬을 사용하여 모터를 냉각하여 보상할 수 있습니다.
5. 50HZ 모터를 60HZ 전원에서 사용할 수 있는가?
동일한 모터의 경우 모든 매개변수가 일정하므로 적용 전압에 영향을 미치는 주파수만 변경됩니다.
따라서 다음의 방정식이 성립합니다.
V1/f1=V2/f2, V1=400v (예를 들어),
그리고 f1= 50Hz, f2=60Hz.
그러면 같은 출력을 얻기 위해 적용해야 할 전압은
V2= 400x60/50=480v입니다.
즉 20% 증가된 전압을 인가해야 된다는 이야기입니다.
보시다시피 전압이 상승하여야 이전과 같은 전력을 얻을 수 있습니다. 그렇지 않으면 모터가 더 많은 전류를 소비하고 더 뜨겁게 됩니다. 모터가 명판에 표시된 것보다 낮은 전압으로 작동하는 경우에 무슨 일이 일어날지 알 수 있다는 것입니다.
60Hz 전원에 연결된 50Hz 모터의 경우 다음과 같은 문제가 발생합니다.
1) 코어 손실이 증가하여 코어 과열이 발생합니다.
2) 코어 손실이 증가하면 모터의 역률이 감소합니다.
3) 모터 속도가 높아지므로 샤프트 부하가 증가합니다.
4) 정격 부하에서 모터가 과부하 됩니다.
5) 모터에서 자기장 소음이 날것입니다.
6) 모터 베어링 수명이 (마진) 더 많은 속도와 더 많은 부하로 인해 감소합니다.
7) 주파수가 높아짐으로 인한 절연체의 유전 스트레스가 증가하여 모터 절연의 수명이 감소합니다.
그러나 실제로 보면 60Hz에서 작동하는 50Hz, 2HP/3HP 모터의 서비스에 큰 차이가 없습니다.
모터의 동기 속도가 주파수에 직접 비례하기 때문에 50 Hz 기계가 60 Hz에서 작동할 때 속도가 증가하고 모터는 그 속도를 따라잡기 위해 더 많은 전류를 인출할 것입니다. 그리고 모터는 일정한 V/Hz 비율을 유지해야 하며 이는 자속이 포화되어 철손실이 더 많아지고 소음이 발생하며 와류 손실과 권선의 힘이 증가하여 심각한 손상을 초래할 수 있으며 전압 수준이 증가함으로 인해 절연이 파괴될 수 있습니다.
상기 자료는 아래의 링크에서 가져온 자료를 bing으로 번역하여 일부 수정한 것입니다.
http://www.gohz.com/can-i-run-a-50hz-motor-on-60hz-power-supply
위 내용을 요약하자면 초기 작동은 위험하지 않지만 동작 시간을 늘리면 모터의 발열로 인해 손실로 인해 수명이 감소할 수 있습니다. 전동기가 처음부터 50HZ와 60HZ에 모두 사용될 수 있도록 설계되고 제작되었다면 전압만 비율에 따라 바꾸면 운전에 문제가 없을 것입니다. 그래서 외국의 기기를 수입하는 경우는 이점을 자세히 검토해야 하겠습니다.
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