권선방법과 유도기전력의 관계

권선방법과 유도기전력의 관계

앞에서 살펴본 유도기전력의 크기는 집중권이면서 전절권인 전동기에서 발생되 는 것이며 분포권 및 단절권의 경우에는 유도기전력도 영향을 받는다. 즉, 분포권일 경우 분포계수의 (Distributed Factor) 영향을 받고 단절권일 경우 단절계수의 (Short Pitch Factor) 영향을 받아 유도기전력의 크기가 원래의 값보 다 줄어들게 된다.

이제 권선방법에 따른 유도기전력의 영향을 알아본다. 아래와 같이 설명을 쉽게 하기 위해 2극의 분포된 전절권을 갖는 유도전동기에 대하여 알아보며, 전절권은 그림의 점선과 같이 코일의 Pitch가 전기각 180°를 갖는 것이며 그림의 점선은 하나의 코일을 보여주고 있다. 이때 전기각 180°를 3으로 나눈 전기각 60°에 몇 개의 슬롯이 설치되어 있는지 가 매상, 매극의 슬롯수라고 전기기계관련 전문서적에 표기되는 것이다. 또한 그림에서 슬롯간의 전기각을 α로 표기하고 있는데 이 각도가 바로 위에서 설명한 개념이다. 이제는 분포된 권선에서 발생되는 유도기전력에 대하여 알아본다. 집중권의 유도기전력에 대하여 분포권에서 발생되는 유도기전력의 크기의 비를 분포계수라고 하며 이의 정량적인 개념을 이해해 보도록 한다. 지금 하나의 코일에서 발생할 수 있는 전압을 e [V]라고 하면 n개의 슬롯에 나 누어 넣은 코일을 집중권으로 할 경우 n x e [V]의 전압이 유기될 것이다. 분포권에서는 각 슬롯의 유기기전력은 각각 α 만큼의 위상차를 갖게 되어 다음 과 같이 나타낼 수 있다.

 

슬립의 개념 (Slip)

고정자에 3상의 대칭전원을 인가하면 고정자의 철심에 동기속도로 회전하는 회 전자계가 발생한다는 것은 이미 알고 있는 사항이며 이 회전자계가 공극을 통 해 회전자의 도체에 전압을 유기하고 이에 따라 회전자 도체에 전류가 흐르면 서 회전자가 회전하게 되는데 이를 아라고 원판원리라고 설명했다. 전동기의 축에 부하가 걸리지 않은 상태에서는 회전자가 동기속도로 회전하게 되어 회전자속과의 상대속도가 Zero가 되어 자속을 끊을 수 없기 때문에 회전 자의 도체에 전류가 흐르지 않는다. 회전자의 도체에 전류가 흐르지 않으면 전동기 축의 토크 또한 발생하지 않으 며 이때 고정자에는 무부하 상태의 회전자를 동기속도로 돌려줄 수 있는 정도 의 자속만을 만들어내는 전류가 흘러 들어가는데 이를 무부하전류라 한다. 만약 전동기의 축에 부하가 걸리면 회전자의 회전속도가 감소하여 회전자의 도 체가 회전자속을 끊어 전류를 흐르게 하여 부하가 요구하는 토크가 발생할 수 있도록 하는데, 부하가 걸렸을 때 회전자의 속도감소분을 동기속도에 대한 비 로 나타낸 것을 슬립이라 하며 다음과 같이 표현된다.

부하가 많이 걸릴수록 이 슬립은 커지게 되는데 모터의 명판에 기재되어 있는 속도는 (즉 rpm) 그 모터에 정격부하가 걸릴 때인 정격속도를 의미한다. 즉, 부하가 정격보다 많이 인가되면 모터의 속도는 정격속도보다 작아지게 되 며 이는 슬립이 커지는 것을 의미한다. 통상 슬립의 크기는 모터의 용량과 관계가 있는데 모터의 용량이 작을수록 정 격슬립이 커지는 경향이 있으며, 통상 요즈음에 만들어지는 일반적인 산업용 모터의 경우 3[%] 이하가 대부분이다.

앞에서도 설명했듯이 슬립과 회전자에 유도되는 전압은 비례관계가 있는데 이 에 대하여 알아보자. 정지하고 있는 상태에서 모터의 고정자 권선에 3상 전원을 인가하면 동기속도 로 회전하는 회전자속이 발생하고 이 회전자속은 공극을 통해 회전자의 도체와 상태운동을 함으로써 회전자의 도체에는 전압이 유도되고 이로 인해 단락 되어 있는 회전자의 도체에 순환전류가 흐르는 것은 쉽게 이해가 될 것이다. 또한 고정자의 권선도 자신의 전류가 만든 회전자속을 항상 동기속도로 끊고 있기 때문에 유도기전력이 발생하게 되는 이 유도기전력의 크기는 앞에서 설명 하고 유도한 그 유도기전력이며 그 방향은 고정자의 전류증가를 억제하도록 발 생되며, 이와 같은 특성으로 인해 역기전력 (Counter E.M.F) 이라 부른다. 만약 정지된 상태의 회전자 도체에 발생되는 전압을 E2라고 하면 슬립이 s일일 때 회전자 도체에 발생되는 전압은 sE2가 된다고 이해하면 된다. 왜냐하면 유도기전력의 크기는 도체가 자속을 끊는 속도와 비례하기 때문이다.