단상 유도전동기에 대해 알아보자

유도전동기란, 교류 전동기의 한 종류입니다. 고정자(stator)에서 만들어진 회전자계에 의해, 회전자(rotor)에 기전력이 유도되며 회전 토크가 발생하는 원리입니다. 이러한 유도전동기는 공급되는 교류 전원의 종류에 따라 3상 유도전동기와, 단상 유도전동기로 구분됩니다.

오늘은 그중에서도 단상 유도전동기에 대해 알아보고자 합니다.

 

단상 유도전동기의 원리

유도전동기와 동기전동기의 경우, 고정자(stator)에 공급되는 교류 전력은 360° 방향의 회전 자계를 발생시킵니다. 다만, 동기전동기의 경우 회전자와 고정자가 같은 속도로 회전하는 반면, 유도전동기의 회전자는 고정자에 비해 느린 속도로 회전합니다. 회전자에 연결된 기계 장치에 의해 슬립(slip)이 발생하여 고정자에서 발생된 회전 자계에 비해 회전자의 속도가 느려지는 것입니다.

회전 자계는 회전자 권선에 기전력을 발생시킵니다. 변압기의 2차 권선에 유기 기전력이 발생하는 것과 유사한 원리입니다. 회전자 권선의 전류는 회전자에서 고정자에 반응하는 자기장을 생성합니다. 렌츠의 법칙으로 발생한 자기장의 방향은 회전자 권선을 통한 전류의 방향과 반대 방향으로 발생합니다. 이러한 회전자 권선 전류 변화에 대응하여 회전자는 회전하는 고정자 자기장의 방향으로 회전하기 시작합니다.

 

단상 유도전동기의 특징

1. 주로 가정용으로 사용되며 공장 내 소형 설비 또는 농사용으로 널리 쓰입니다.
2. 무거우며, 가격이 고가입니다.
3. 3상 유도전동기에 비해 역률과 효율이 매우 나쁩니다.
4. 전부하 전류에 대한 무부하 전류의 비율이 높습니다.
5. 기동 시 기동 토크가 발생하지 않으므로 별도의 기동 장치가 필요합니다.
6. 기동 토크의 크기(반발 기동형 > 콘덴서 기동형 > 분상 기동형 > 세이딩 코일형)
   
   

단상 유도전동기의 종류

▪︎반발 기동형

• 반발 기동형 전동기의 회전자는 직류 전동기의 전기자와 모습이 같습니다.
• 단상 유도전동기 중 기동 토크가 가장 큽니다.
• 펌프, 공기압축기용으로 사용되었으나, 최근 콘덴서 기동형으로 사용됩니다.
• 역회전이 요구되는 경우, 고정자 권선축에 대한 브러시(brush) 위치를 조정합니다.
• 기동 시 브러시를 통해 반발 전동기 고유의 큰 기동 토크에 의해 기동 됩니다.
• 동기속도의 70~80%에 도달하면 원심력에 의해 단락 편이 이동하며 운전됩니다.

▪︎콘덴서 기동형

• 콘덴서의 사용법에 따라 콘덴서 기동형과 영구 콘덴서 기동형 전동기로 구분됩니다.
• 진상용 콘덴서의 90° 앞선 전류에 의한 회전자계를 발생시켜 기동 하는 방식입니다.
• 선풍기, 냉장고, 세탁기 등 다양하게 사용됩니다.
• 역률이 우수합니다.

▪︎분상 기동형

• 위상이 서로 다른 두 전류에 의한 회전 자계를 이용하여 기동하는 방식입니다.
• 기동토크가 작고 기동 전류가 크다는 단점이 있어 잘 사용되지 않는 방식입니다.
• 역회전이 요구되는 경우, 주권선과 기동 권선 중 어느 한쪽 권선의 접속을 변경합니다.
• 동기속도의 대략 60~80%에 도달한 경우, 원심력 스위치에 의해 기동 권선을 분리합니다.

▪︎세이딩 코일형

• 구조가 간단하지만 기동 토크가 매우 작습니다.
• 역률과 효율이 나쁘며, 역회전이 불가합니다.