3상 농형 유도 전동기

산업 현장에서 중요한 설비들이 많겠지만 가장 중요한 것은 전동기라고 생각됩니다. 전기에너지를 동력에너지로 바꾸어 주는 역할을 하는 전동기는 설비 가동에 직접적인 기여를 하고 있기 때문입니다. 실제로, 전 세계 전기의 50%, 산업 전기의 90%는 유도전동기가 전력을 사용하고 있습니다. 오늘은 이 중 농형 유도전동기에 관하여 알아봅시다.

출처 : https://www.hyundai-electric.com/elec/ko/biz/bizIndustrial4.jsp

 

농형 유도전동기의 구조

농형 유도전동기의 구조는 크게 고정자(Stator)와 회전자(Rotor)로 되어있습니다. 고정자는 강철 혹은 주철 프레임 안에 얇고 투과성이 좋은 강철층을 쌓아서 만들어진 고정자 슬롯 안에 코일(Coil)이 감겨있는 형태로 이 권선에 전원이 공급됩니다. 회전자는 다람쥐 챗바퀴 같은 모양을 하고 있고 고정자에 형성된 회전하는 자기장에 의해 회전자에 전류가 유도되고 회전하게 됩니다. 이 회전자는 하나의 긴축을 품고 있는데 이 축의 한쪽 끝에는 팬이 달려 있어 전동기에서 발생하는 열을 해소하는 역할을 하고 반대쪽 끝에는 축이 나와 있고 볼록 올라온 키가 존재합니다. 이 축에 의에 설비로 동력이 전달됩니다. 회전자의 양쪽에는 베어링이라는 물체가 있는데 이 베어링이 전동기의 프레임 안에서 축이 회전할 수 있게 잡아주는 역할을 합니다. 또한 측면 혹은 상단부에 단자박스가 존재하고 이 단자박스를 열어보면 리드선이 나오게 됩니다. 이 리드선에 케이블을 연결하여 전원을 공급하게 됩니다.

출처 : http://www.samyangmotor.co.kr/home/print.php?goods_id=771

 

농형 유도전동기의 동작원리

그럼 농형 유도전동기는 어떻게 움직이게 될까요? 우선 아래 그림과 같이 고정자 단면에 3상 전원이 각각 a, b, c가 공급됩니다. 각 전원의 위상은 120° 차이가 납니다. 전원의 파형은 제일 아래에 있는 그래프를 참조하시면 됩니다. 그래프의 시작점에서는 i1은 인가되지 않아 a, a'에는 전류의 흐름이 없고 b, c는 서로 방향이 다른 전류의 흐름이 나타납니다. b, c'에서 전류가 들어가는 방향으로 형성되고 b', c에서는 나오는 방향으로 흐릅니다. 그러면 a에는 N극 a'에는 S극의 자기장이 형성됩니다. 다음 i1과 i3가 교차하는 지점을 살펴보면  a, b', c에서는 전류가 나오는 방향으로 흐르고 a', b, c'에서는 전류가 들어가는 방향으로 흐릅니다. 이에 따라 a, c' 사이에 N극이 a', c사이에 S극의 자기장이 형성됩니다. 다음으로 i3가 인가되지 않은 지점에서는 a, b'에서 나오는 방향으로 전류가 흐르고 a', b에서는 들어가는 방향으로 전류가 흐르면서 c'에 N극이 c에는 S극의 자기장이 형성됩니다. 이 세가지 스텝을 연속적으로 보게 되면 시계방향으로 회전하는 자기장이 형성이 됩니다.

이런 고정자 안에 위치한 폐회로의 회전자에는 페러데이의 법칙에 따라 기전력이 유도될 것입니다. 이 기전력은 농형 회전자에 전류를 흐르게 하고 로렌츠의 법칙에 따라 회전자가 회전하게 됩니다.

{"originWidth":1594,"originHeight":627,"style":"alignCenter","alt":"농형 유도전동기 원리","caption":"출처 : 유도전동기 원리 Principle of induction motor

 

농형 유도전동기의 속도

농형 유도전동기는 일정한 속도로 회전을 하게 됩니다. 그러나 유도 전동기의 회전속도는 자기장의 속도를 따라가지 못합니다. 자기장의 속도와 회전자의 속도의 차이를 슬립이라고 합니다.

이를 통해 농형 유도전동기의 속도를 공식으로 작성하면

 

N = 120f / p * (1-s)

N : 회전속도(rpm), P : 극수, f : 주파수, s : 슬립

 

가 됩니다.

 

농형 유도전동기가 많이 사용되는 이유

산업 현장에서 가장 많이 사용되는 전동기가 이 농형 유도전동기 입니다. 그 이유는 구조가 간단하고 가격이 저렴합니다. 다른 기기들과 다르게 영구자석이 없습니다. 또한 브러쉬, 정류기 링, 위치센서 등이 필요하지 않습니다. 그리고 유도 전동기 하나만으로 자체 시동이 가능합니다. 그리고 입력전원 주파수를 제어하여 전동기의 속도를 쉽게 제어할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

오늘은 이와 같이 구조가 간단하고 장점이 많은 농형 유도전동기에 대해서 알아보았습니다. 산업 현장 및 가전제품, 심지어 전기자동차에서도 사용되는 농형 유도전동기에 대해 이해한다면 많은 도움이 되실 겁니다.