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단상유도전동기

Single-Phase Induction Motor

단상으로도 모터가 돌아갈까?
단상 전원으로 만들어지는 자기장은 교번자기장이지 회전자기장이 아니다. 그런데 이 교번자기장은 크기가 같고 방향이 반대인 두 개의 회전자기장(정방향 + 역방향)의 합으로 분해할 수 있다. 정지 상태에서는 두 자계의 토크가 상쇄되어 기동토크가 0이다.

단상유도전동기 이중 회전자계와 기동법별 토크 특성

5 %
💡 이중회전자계 이론
교번자기장 = 정방향 회전자계 + 역방향 회전자계
①정지 시(s=1): 두 자계 크기 동일 → 순토크 = 0 → 기동 불가
②회전 시: 정방향 자계 우세 → 순토크 발생 → 계속 회전
③한번 어느 방향으로 돌려주면 그 방향으로 계속 회전한다!
핵심 공식
정방향 슬립: sf = s
정방향 회전자계에 대한 슬립
핵심 공식
역방향 슬립: sb = 2 − s
역방향 회전자계에 대한 슬립
이중 회전자계 이론
기동토크가 0인 문제를 해결하기 위해 보조권선으로 위상차를 만들어 불완전한 회전자기장을 형성한다. 각 기동 방식을 선택하여 특징을 확인해보자.
⚡ 콘덴서기동형
보조권선에 직렬 콘덴서를 연결하여 약 90°에 가까운 위상차를 만든다. 분상기동보다 기동토크가 2~4배 크고, 기동 후 콘덴서와 보조권선을 분리한다.
기동법의 종류
분상기동형은 보조권선의 저항을 크게 하여 주권선과의 위상차를 만든다. 위상차가 작아서(약 30°) 기동토크가 작다. 콘덴서기동형은 보조권선에 콘덴서를 직렬 연결하여 위상차를 90°에 가깝게 만들어 기동토크를 크게 향상시킨다.
핵심 공식
분상기동: 위상차 ≈ 30° → 기동토크 小
R이 큰 보조권선으로 위상 분리
핵심 공식
콘덴서기동: 위상차 ≈ 90° → 기동토크 大
직렬 콘덴서로 이상적 위상차 달성
기동법별 특성 비교
반발기동형은 브러시가 달린 정류자형 회전자를 사용하여 기동토크가 매우 크다. 속도 도달 후 정류자를 단락시켜 유도전동기로 운전한다. 세이딩코일형은 극면에 단락 동대를 감아 자속의 시간적 이동으로 기동하며, 구조가 극히 간단하다.
핵심 공식
반발기동형: 기동토크 최대, 구조 복잡
정류자 + 브러시 → 기동 후 단락하여 농형으로 전환
핵심 공식
세이딩코일형: 기동토크 최소, 구조 최간단
소용량 선풍기, 환풍기 등에 사용
🔍 기동토크 크기 순서
반발기동형 > 콘덴서기동형 > 분상기동형 > 세이딩코일형
①반발기동형: 기동토크 300~400% (정격 대비)
②콘덴서기동형: 200~350%
③분상기동형: 100~200%
④세이딩코일형: 50~100%
시험 정리
기동토크 순서
반발기동 > 콘덴서기동 > 분상기동 > 세이딩코일
단상유도전동기 기동토크 크기 순서. 시험 핵심!
핵심 공식
교번자기장 = 정방향 + 역방향 회전자계
이중회전자계 이론의 핵심
핵심 공식
sf = s, sb = 2 − s
정방향·역방향 슬립
📝 시험 포인트
①단상유도전동기는 자체 기동토크 = 0 (이중회전자계 상쇄)
②역방향 슬립 s_b = 2−s 핵심 공식 — 정상 운전 시 s_b ≈ 2
③콘덴서기동형이 분상기동형보다 기동토크 크다 (90° vs 30° 위상차)
④기동토크 크기: 반발 > 콘덴서 > 분상 > 세이딩
⑤세이딩코일은 회전 방향 고정 (코일 위치로 결정) — 역전 불가
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 단상유도전동기의 기동토크가 큰 순서는? (답: 반발기동 > 콘덴서기동 > 분상기동 > 세이딩코일)
②[기출유형] 단상유도전동기가 자력 기동할 수 없는 이유는? (답: 교번자계만 발생하여 정·역 토크가 상쇄)
③[기출유형] 콘덴서 기동형에서 콘덴서의 역할은? (답: 보조권선에 90° 위상차를 만들어 회전자계 생성)