특수유도기는 일반 3상 농형을 넘어 서보·히스테리시스·리럭턴스처럼 목적에 따라 구조가 갈려요. 동기 속도로 끌어가는 방식이나 토크 발생 원리가 표준 유도기와 달라 용도가 갈려요. 이름과 원리를 짝지어 두면 혼동 문제에서 감점 포인트를 줄일 수 있어요. 기기 종류를 바꾸면 구조 스케치와 운전 특징이 나란히 보여요.
유도기의 세 가지 동작 영역
유도기는 슬립의 범위에 따라 전동기, 발전기, 제동기 세 가지로 동작한다. 전동기 영역은 잘 알고 있지만, 나머지 두 영역도 시험에 자주 출제된다. 슬라이더로 속도를 바꾸면서 동작 영역의 전환을 확인해보자.
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유도기 동작 영역: 전동기/발전기/제동기 토크-속도 곡선
105 %
💡 슬립에 따른 동작 모드
0 < s < 1 (0 < N < N_s): 전동기. 전기에너지 → 기계에너지
①s < 0 (N > N_s): 발전기. 기계에너지 → 전기에너지
②s > 1 (N < 0): 제동기. 역회전 상태, 전기+기계 모두 열로 소비
유도발전기
외부 원동기(풍력 터빈 등)로 회전자를 동기속도 이상으로 구동하면 슬립이 음수가 되어 유도기가 발전기로 동작한다. 이때 회전자에서 고정자로 전력이 전달되어 전원에 전력을 반환한다.
유도발전기
유도발전기: N > Ns → s < 0
회전자가 동기속도를 초과하면 발전기 동작
⚡ 유도발전기의 특징
장점: 구조 간단(농형 사용 가능), 동기화 불필요, 풍력발전에 적합
①단점: 역률 나쁨(지상 무효전력 소비), 단독운전 불가
②반드시 전원 계통에 연결하여 여자 전류를 공급받아야 한다
③단독 운전 시에는 콘덴서로 자기여자 가능 (자기여자 유도발전기)
전력 관계
P기계입력 = P전기출력 + P손실
원동기 → 유도발전기 → 전원 계통
유도전압조정기
권선형 유도전동기의 회전자를 기계적으로 고정하고, 고정자와 회전자 사이의 상대 각도를 조절하면 2차측 유도전압의 크기와 위상을 연속적으로 제어할 수 있다. 이것이 유도전압조정기이다.
전압조정
V출력 = V1차 + V2차(θ)
회전자 각도 θ에 따라 출력전압 연속 조정
🔍 유도전압조정기의 특징
3상 유도전압조정기: 전압 크기 조정
①단상 유도전압조정기: 전압 크기 + 위상 조정 가능
②탭 절환식 변압기와 달리 무단계 연속 조정이 장점
③단점: 효율이 변압기보다 낮고, 크기가 크다
기타 특수유도기
유도동기전동기(릴럭턴스 모터)는 유도전동기로 기동한 뒤 동기속도에 도달하면 릴럭턴스 토크로 동기 운전하는 전동기이다. 리니어 유도전동기는 고정자와 회전자를 직선으로 펼친 구조로 자기부상열차와 공장 컨베이어 등에 사용된다.
리니어 유도전동기
리니어 유도전동기: vs = 2τf
vs: 동기속도 [m/s], τ: 극피치 [m], f: 주파수 [Hz]
⚡ 리니어 유도전동기
회전형의 원주를 직선으로 펼친 구조
①동기속도가 rpm이 아닌 m/s 단위
②자기부상열차(마글레브), 전자기 발사 장치에 적용
③원리는 동일: 이동자기장 → 유도전류 → 추력
시험 정리
유도발전기
유도발전기: s < 0 (N > Ns)
외부 원동기로 동기속도 초과 구동
유도전압조정기
유도전압조정기: Vout = V1 + V2(θ)
무단계 전압 조정
리니어 유도전동기
리니어 유도전동기: vs = 2τf
직선 운동용 (m/s 단위)
📝 시험 포인트
①유도발전기는 반드시 전원 계통에서 여자 전류를 공급받아야 한다 (단독운전 불가)
②유도발전기의 슬립은 음수: s < 0일 때 발전기 동작
③자기여자 유도발전기: 콘덴서 병렬 연결로 단독 운전 가능
④유도전압조정기: 회전자 고정 + 각도 조절 → 전압 연속 변화
⑤리니어 유도전동기의 동기속도 공식에서 τ는 극피치(m): 회전형의 120f/P와 대비하여 기억
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 유도발전기의 슬립은? (답: s < 0. 회전자가 동기속도를 초과)
②[기출유형] 유도발전기의 단독운전이 불가능한 이유는? (답: 전원 계통에서 여자전류를 공급받아야 함)
③[기출유형] 리니어 유도전동기의 동기속도 공식은? (답: vs = 2τf, τ=극피치[m])