빅초이의 자본주의생존기

슬립은 동기 속도와 회전자 속도 간의 차이 비율을 나타내는 것이며, s로 표기한다. 슬립이 클수록 손실이 많고, 슬립이 작을수록 손실이 적어 유도 전동기의 성능이 좋다는 의미이다. 

주요 개념 및 공식

1. 슬립(Slip)
   • 정의: 동기 속도(NS)와 회전자 속도(N) 간의 차이 비율.

     

2. 동기 속도(NS)와 회전자 속도(N)

   

   
   
   • f: 전원 주파수(Hz)
   • P: 전동기 극수

     

3. 슬립의 영향
   • 슬립이 0일 때: 동기 속도와 회전자 속도가 같아지므로 이상적인 상태라고 할 수 있다.
   • 슬립이 1일 때: 회전자가 정지한 상태이다.

슬립 계산 예시

1. 슬립이 4%인 유도전동기의 동기 속도가 1200 RPM일 때, 회전자 속도는?
   • 풀이

     

2. 주파수 60Hz 회로에 접속되어 슬립이 3%, 회전수가 1164 RPM인 유도전동기의 극수는?
   • 풀이

     

   • 1164 = (1-0.03)*Ns 라는 얘기이므로, 슬립이 없는 상태의 회전 속도는 1164에서 0.97을 나눠준 1200이 된다. 위 공식대로 다시 계산해보면 정답은 6극이다.

연습 문제

1. 슬립 계산
   • 동기 속도 1800 RPM, 회전자 속도 1700 RPM일 때 슬립은?

     

     
     
     
2. 동기 속도 구하기
   • 주파수 50Hz, 극수 4극일 때 동기 속도는? 

슬립은 3상 유도전동기의 효율을 파악하는데 중요한 개념이다. 슬립이 낮을 수록 성능 효율이 좋고, 높을 수록 효율을 떨어진다는 점을 기억하자.

3상 유도 전동기의 회전자기장 원리

3상 전원의 구성

• 3상 전원은 L1, L2, L3 세 개의 상으로 구성된다.
• 각 상의 전압은 시간에 따라 극성이 바뀐다. (교류의 특징)

자기장의 형성 원리

• 전원이 들어갈 때 플러스(+) 극성을 갖고, 나올 때 마이너스(-) 극성을 갖는다.
• 플러스일 때 시계 방향으로, 마이너스일 때 반시계 방향으로 자기장이 형성된다.
• 이를 통해 시간이 지남에 따라 각 상의 극성이 바뀌면서 회전 자기장이 만들어진다.
• 회전 자기장의 방향대로 알루미늄 원판도 돌아간다.

유도 전동기의 구조

외부 구조와 내부 코일

• 3상 유도 전동기의 외부는 원통형 구조로 되어 있다.
• 내부에는 코일이 감겨 있으며, 이 코일을 통해 자기장이 형성된다.
• 가운데에는 알루미늄 원판이 있다.

코일의 배치

• 코일은 120도 간격으로 배치되어 있다.
• 각 코일은 한쪽으로 전류가 들어가고 반대쪽으로 나오는 구조이다.

회전 방향 변경

두 선 바꾸기

• 3상 유도 전동기의 세 개의 전선 중 아무 두 선을 바꾸면 회전 방향이 반대로 바뀐다.
• 이를 통해 유도 전동기의 회전 방향을 쉽게 변경할 수 있다.

동기 속도

동기 속도 공식

예시

• 4극, 60Hz 전동기의 경우 1800rpm은 외워두는게 좋다. 우리나라 표준 규격과 다름없고, 문제 출제도 잦은 편이라고 한다.

기동 방법

직입기동

• 소용량 전동기에 직접 전원을 넣는 방법이다.
• 5kW 이하의 전동기에 사용된다.

Y-델타 기동

• 기동 전류를 줄이기 위해 사용되는 방법이다.
• 5~15kW의 전동기에 사용된다.
• Y결선으로 시작하여 델타결선으로 전환한다.

2차 저항 기동

• 권선형 유도 전동기에 사용되는 방법이다.
• 2차 저항을 추가하여 기동 전류를 조절한다.

속도 제어

주파수 제어

• 인버터를 사용하여 주파수를 변경함으로써 속도를 제어하는 방법이다.
• 극수를 변경하는 방법은 물리적 구조를 바꿔야 하므로 어려움이 있다.

자주 출제되는 문제 정리

1. 회전 방향 변경 방법
   • 3상 유도 전동기의 회전 방향을 변경하려면 세 개의 단자 중 두 개를 서로 바꾸면 된다.
2. 동기 속도 계산
   • 6극, 60Hz 전동기의 동기 속도는?

     

     
     
     
3. 기동 전류 비교
   • 5.5kW, 200V 유도 전동기의 직입 기동 전류가 150A일 때, Y-델타 기동 시 기동 전류는?

     

4. 속도 제어 방법
   • 3상 유도 전동기의 동기 속도 제어 방법으로 주파수를 제어한다. (극수 변경은 현실적으로 어려움)

1. 유도전동기의 개요

• 유도전동기는 교류전동기의 한 종류로, 교류전원을 사용함
• 유도전동기는 교류전동기라고 하지 않고 유도전동기라고 함
• 유도전동기의 이름 유래는 목표를 추종하는 유도 미사일과 유사하게 전원이 없이도 회전하는 특징에서 비롯됨

2. 아라고의 원판

• 아라고의 원판 실험으로 유도전동기의 원리를 설명
• 자석을 회전시키면 알루미늄 원판이 '전자유도 작용'에 의하여 같은 방향으로 회전함
• 이 원리로 집의 계량기가 전기요금을 측정

3. 유도전동기의 구조

• 원판과 자석 대신 전선 코일을 사용하여 자기장을 형성
• 코일에 교류를 넣으면 플러스, 마이너스가 반복되어 원판이 회전

4. 유도전동기의 작동 원리

• 고정된 고정자와 회전하는 회전자로 구성
• 회전자는 농형과 권선형으로 구분됨
• 농형: 다람쥐통 형태, 물리적 접촉 없이 단락환으로 전기적 접속하여 만든다.
• 권선형: 코일을 감아 전기를 직접 공급

5. 유도전동기의 장점

• 교류 전원을 바로 사용 가능
• 구조가 단순하고 견고하여 고장이 적음
• 마찰이 없어서 유지보수가 용이
• 슬립으로 인한 속도 변화가 거의 없음

7.  주요 출제 문제 정리

1. 유도전동기의 많이 사용되는 이유가 아닌 것: 취급이 어렵다 (오답)
2. 유도전동기의 장점이 아닌 것: 다루기가 어렵고 쉽게 운전할 수 없다 (오답)
3. 유도전동기 권선법 중 맞지 않는 것: 고정자 권선은 단층 파권이다 (오답)
4. 유도전동기의 동작원리: 전자유도와 플레밍의 왼손 법칙 (정답)
5. 3상 유도전동기 회전 방향: 회전자계의 회전 방향과 같다 (정답)
6. 농형 회전자의 비뚤어진 홈을 쓰는 이유: 소음을 줄이기 위해서
7. 슬립링이 있는 유도전동기: 권선형 유도전동기
8. 삼성유도 전동기 고정자 권선의 결선도: y 결선