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전기기사 전기기기 · 단상유도전동기

Single-Phase Induction Motor

단상 유도전동기의 주권선 하나는 방향만 바뀌는 교번 자계를 만들 뿐 회전 자계를 만들지 못해 혼자서는 기동하지 못한다. 교번 자계는 크기가 같고 반대로 도는 두 회전 자계로 나눠 볼 수 있어, 멈춰 있을 때는 두 토크가 비겨 기동 토크가 0 이 된다. 그래서 보조권선 · 콘덴서 · 셰이딩 코일로 위상차를 만들어 기동하고, 그 방법에 따라 기동 토크의 크기가 갈려 순서를 묻는 문제가 단골이에요. 슬립 슬라이더를 움직이면 정방향 · 역방향 자계의 크기와 합성 자계가 바뀌고, 아래 버튼으로 기동 방식을 고를 수 있어요.

단상으로도 전동기가 돌까

단상 전원이 만드는 자기장은 방향만 바뀌는 교번 자기장이지 회전 자기장이 아니다. 그런데 이 교번 자기장은 크기가 같고 서로 반대로 도는 두 회전 자기장(정방향 + 역방향)의 합으로 나눠 볼 수 있다. 멈춰 있을 때는 두 자계가 만드는 토크가 서로 비겨 기동 토크가 0 이에요.
5 %
💡 이중 회전 자계 이론
교번 자기장 = 정방향 회전 자계 + 역방향 회전 자계
①멈춰 있을 때(s = 1)는 두 자계의 크기가 같아 토크의 합이 0 이라 기동하지 못한다.
②한쪽으로 돌기 시작하면 그 방향 자계가 우세해져 토크가 남는다.
③그래서 한 번 어느 쪽으로든 돌려 주면 그 방향으로 계속 돌아요.
핵심 공식
정방향 슬립: sf = s
정방향 회전 자계에 대한 슬립
핵심 공식
역방향 슬립: sb = 2 − s
역방향 회전 자계에 대한 슬립

기동 방식 고르기

기동 토크가 0 인 문제를 풀려고 보조권선으로 위상차를 만들어 불완전하나마 회전 자기장을 만든다. 기동 방식을 하나씩 골라 특징을 살핀다.
⚡ 콘덴서 기동형
보조권선에 콘덴서를 직렬로 넣어 위상차를 90° 가까이 만든다. 분상 기동형보다 기동 토크가 2~4배 크고, 기동한 뒤에는 콘덴서와 보조권선을 떼어 내요.

기동법의 종류

분상 기동형은 보조권선의 저항을 크게 해 주권선 전류와의 위상차를 만든다. 위상차가 30° 쯤으로 작아 기동 토크가 작다. 콘덴서 기동형은 보조권선에 콘덴서를 직렬로 넣어 위상차를 90° 가까이 만들므로 기동 토크가 훨씬 커요.
핵심 공식
분상 기동: 위상차 ≈ 30° → 기동 토크 작음
저항이 큰 보조권선으로 위상을 나눈다
핵심 공식
콘덴서 기동: 위상차 ≈ 90° → 기동 토크 큼
직렬 콘덴서로 90° 에 가까운 위상차

기동법별 특성 비교

반발 기동형은 브러시와 정류자를 단 회전자로 기동해 기동 토크가 매우 크고, 속도가 오르면 정류자를 단락해 유도전동기로 운전한다. 셰이딩 코일형은 자극 면에 구리 단락 고리를 감아 자속이 시간에 따라 옮겨 가게 해서 기동하며, 구조가 아주 간단해요.
핵심 공식
반발 기동형: 기동 토크 가장 큼, 구조 복잡
정류자 + 브러시로 기동한 뒤 단락해 농형처럼 운전
핵심 공식
셰이딩 코일형: 기동 토크 가장 작음, 구조 가장 간단
작은 선풍기, 환풍기 등에 쓴다
🔍 기동 토크의 크기 순서
반발 기동형 > 콘덴서 기동형 > 분상 기동형 > 셰이딩 코일형
①반발 기동형: 기동 토크 300~400%(정격 대비)
②콘덴서 기동형: 200~350%
③분상 기동형: 100~200%
④셰이딩 코일형: 50~100%

시험 정리

기동 토크 순서
반발 기동 > 콘덴서 기동 > 분상 기동 > 셰이딩 코일
단상 유도전동기 기동 토크의 크기 순서
핵심 공식
교번 자기장 = 정방향 + 역방향 회전 자계
이중 회전 자계 이론의 핵심
핵심 공식
sf = s, sb = 2 − s
정방향 · 역방향 슬립
📝 시험 포인트
①단상 유도전동기는 스스로는 기동 토크가 0 이다(두 회전 자계가 비김).
②역방향 슬립은 s_b = 2 − s 이고, 정상 운전에서는 s_b ≈ 2 이다.
③콘덴서 기동형이 분상 기동형보다 기동 토크가 크다(위상차 90° 대 30°).
④기동 토크는 반발 > 콘덴서 > 분상 > 셰이딩 순이에요.
⑤셰이딩 코일형은 코일을 감은 자리로 회전 방향이 정해져 거꾸로 돌릴 수 없다.
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 단상 유도전동기의 기동 토크가 큰 순서는? (답: 반발 기동 > 콘덴서 기동 > 분상 기동 > 셰이딩 코일)
②[기출유형] 단상 유도전동기가 스스로 기동하지 못하는 이유는? (답: 교번 자계만 생겨 정방향과 역방향 토크가 비기므로)
③[기출유형] 콘덴서 기동형에서 콘덴서가 하는 일은? (답: 보조권선 전류를 90° 가까이 앞서게 해 회전 자계를 만든다)
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