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전기기능사 전기기기 · 유도전동기 원리와 구조

Induction Motor Principle

유도 전동기는 고정자가 만드는 회전 자기장이 회전자에 전류를 유도하고, 그 전류가 받는 힘으로 도는 교류 전동기다. 동기 속도 Ns = 120f/P 와 슬립, 고정자 · 회전자 구조, 단상 전동기의 기동 방법을 다룬다. 그림에서 금색 화살표는 회전 자기장, 안쪽 점 여섯 개는 회전자 도체예요. 극수 · 주파수 · 슬립 슬라이더를 옮기면 위아래 숫자(Ns · N · s)와 화살표 · 도체가 도는 빠르기가 함께 바뀌어요.

회전 자기장: 3상이 만드는 회전

4
60 Hz
5%
💡 회전 자기장이란
①3상 전류는 120° 씩 시간 차를 두고 흐르고, 세 코일도 고정자 둘레에 120° 씩 떨어져 있다
②세 코일의 자기장을 합치면 크기는 일정하고 방향만 도는 자기장이 된다
③이 회전 자기장이 회전자 도체를 자르며 전류를 유도하고, 그 전류가 받는 힘으로 회전자가 따라 돌아요

동기 속도와 슬립

동기 속도
Ns = 120fP
Ns: 동기 속도 [rpm] · f: 주파수 [Hz] · P: 극수
슬립
s = Ns - NNs
s: 슬립 · Ns: 동기 속도 · N: 회전자 속도
🎯 지금 설정으로 읽기
①지금 설정: P = 4, f = 60 Hz → Ns = 1800 rpm
②슬립 s = 5% → 회전자 N = 1710 rpm
③슬립이 0 이면 회전자가 회전 자기장과 같은 속도로 돌아 도체를 자르는 자속이 없고, 유도 기전력도 토크도 0 이 된다
④그래서 유도 전동기는 늘 동기 속도보다 조금 늦게 돌고, 부하가 클수록 슬립이 커져요

구조: 고정자와 회전자

유도 전동기 구조

유도 전동기의 두 부분
💡 농형과 권선형
①농형(다람쥐 우리 모양): 구조가 간단하고 값싸고 튼튼해 산업 현장 대부분에 쓴다
②권선형: 슬립링으로 2차 회로에 외부 저항을 넣으면 기동 전류는 줄고 기동 토크는 커져, 큰 기동 토크가 필요한 중 · 대형 부하에 써요
③농형은 회전자 저항을 바꿀 수 없어 전전압 · Y-Δ · 기동 보상기 · 리액터 같은 기동 방식을 따로 고른다

단상 유도 전동기 기동법

단상 기동법

단상 유도 전동기 기동 방식 비교
기동 방식원리쓰임
셰이딩 코일형자극 일부에 단락된 구리 고리선풍기 · 소형 기기
콘덴서 기동형보조 권선에 콘덴서를 넣어 위상차냉장고 · 에어컨
분상 기동형보조 권선의 저항을 크게 해 위상차세탁기 · 펌프
반발 기동형브러시 + 정류자로 기동기동 토크가 큰 단상 부하
💡 단상은 왜 스스로 돌지 못하는가
①단상 전류는 회전 자기장이 아니라 방향만 바뀌는 교번 자기장을 만든다
②교번 자기장은 시계 방향과 반시계 방향으로 도는 두 회전 자기장을 합친 것과 같다
③멈춘 상태에서는 두 힘이 서로 지워져 토크가 0 이에요
④그래서 보조 권선 · 콘덴서 · 셰이딩 코일 같은 장치로 한쪽 방향 힘을 만들어야 돌기 시작한다. 기동 토크는 반발 기동형이 가장 크고 셰이딩 코일형이 가장 작다

정리

동기 속도 식
Ns = 120fP
동기 속도 = 120 × 주파수 ÷ 극수
슬립 식
s = Ns - NNs
슬립 = (동기 속도 - 회전자 속도) ÷ 동기 속도
회전자 속도
N = Ns(1 - s)
회전자 속도 = 동기 속도 × (1 - 슬립)
🎯 시험에서 묻는 것
①동기 속도 Ns = 120f/P
②슬립 s = (Ns - N)/Ns 이고, 부하가 늘면 슬립도 커진다
③가장 널리 쓰는 것은 농형 유도 전동기다
④단상 유도 전동기는 보조 장치 없이는 스스로 기동하지 못해요
⑤극수가 많을수록 동기 속도가 낮아진다. 60 Hz 에서 2극 3,600 · 4극 1,800 · 6극 1,200 rpm 이에요
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유도전동기 속도제어

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