단상유도전동기는 주권선만으로는 회전자계가 왕복자계라 스스로 기동하지 못해요. 보조권선·커패시터·셰이딩 코일로 위상차를 만들어 기동하고, 운전 중 연결 방식에 따라 특성이 갈려요. 가전·소형 동력에서 흔해 기동 방식별 토크 비교가 시험 단골이에요. 기동 방식을 선택해 회전자계와 기동 토크가 어떻게 생기는지 살펴봐요.
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.
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단상유도전동기 이중 회전자계와 기동법별 토크 특성
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💡 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. 셰이딩코일형은 극면에 단락 동대를 감아 자속의 시간적 이동으로 기동하며, 구조가 극히 간단하다.