고정자 및 회전자 전류에 의한 회전자속의 관계이해

고정자 전류에 의한 회전자속은 전원주파수와 극수로 결정되는 동기속도와 같 다는 것은 설명했고, 이제는 슬립 s로 회전하고 있는 회전자의 전류에 의한 회 전자속은 어떻게 되는지 살펴본다. 앞의 슬립의 관계식으로부터 회전자의 속도는 다음과 같이 나타내진다. 고정자의 권선의 입장에서 측정한 회전자의 속도는 위와 같이 나타낼 수 있고, 고정자 전원의 주파수를 f[Hz]라고 하면 회전자에서 발생하는 전압의 주파수는 슬립이 고려된 s x f[Hz] 가 된다. 그런데 회전자 전류의 주파수가 sf[Hz]이므로 회전자 전류에 의해 공극에 발생 되는 회전자속의 회전속도는 sNS[rpm]이 되는 것은 자명하다. 이와 같은 관계를 종합하면 고정자 권선의 입장에서 보면 회전자 전류에 의한 회전자속의 속도는 회전자의 속도에 회전자의 전류에 의한 회전자속의 속도를 합한 것이 될 것이다. 즉, 고정자 전류에 의한 회전자속의 속도는 회전자 전류가 만들어내는 회전자 속의 속도와 항상 동일한 속도가 되며 이는 마치 정지하고 있는 변압기와 같은 특성을 가지며 이와 같은 사유로 유도전동기를 변압기와 동일한 방법으로 해석 해 낼 수 있다. 좀더 물리적인 개념을 이해하기 위해 앞에서 설명한 기자력 보존법칙과 대응시 켜서 생각하더라도 꼭 들어맞는 것이라 생각된다. 즉 고정자 권선에 의한 회전자속이 공극에 발생하게 되면 당연히 자속의 변화 를 방해하는 방향으로 회전자 전류에 의한 자속이 발생하여야 할 것이다. 따라서 항상 같은 속도로, 또 방향으로 회전하며 권수비에 따라 결정되는 크기 의 전류가 회전자와 고정자에 흐르게 되는 것이다. 통상 회전자의 전류를 1차 전류, 회전자의 전류를 2차 전류로 표기하며, 변압 기의 경우와 또한 같다. 

 

유도전동기의 등가회로 이해

유도전동기도 변압기와 마찬가지로 간이 등가회로로 나타낼 수 있으며, 변압기 의 경우보다는 여자전류가 (즉 무부하전류, 또는 현장에서 Solo-Test시 전류) 크 기 때문에 간이 등가회로로 나타내는 것은 오차가 많겠지만 대용량 모터의 경 우에는 정격전류에 비해 무부하전류가 작기 때문에 실용상 문제는 없을 것이다. 또한 현장에서 현업을 수행할 때 모터의 등가회로를 필요로 하는 경우는 거의 없다고 생각되지만, 적어도 전기기술자들은 등가회로를 이해하고 있어야 한다.

사실 앞의 등가회로에서 변압기처럼 권수비를 반영하여 2차의 임피던스를 1차 로 환산하고 표기도 바꾸고 해야 하지만 이론적인 사항보다는 개념을 이해하는 의미에서 필자가 편리한 대로 표기했으니 참고하기 바란다. 유도전동기의 등가회로를 이해하는 것도 매우 중요하지만 2차 회로 (즉 회전자 의 회로) 특성을 잘 파악하고 있는 것은 앞으로 설명될 기동전류와 토크의 관 계를 비롯한 많은 개념을 이해하는데 중요하기 때문에 이에 대하여 설명한다. 앞에서도 여러 차례 언급되었듯이 회전자에 유도되는 전압은 회전자의 속도에 따라 변하게 되며 이를 하나의 값으로 나타내는 것은 어렵다. 하지만 유도전동기를 전기적으로 해석하기 위해서는 이를 하나의 대표적인 값 으로 표시하는 것이 필요하기 때문에 이 회전자의 회로를 약간 변형하는 것이 필요하게 되는데 이에 대한 개념을 알아본다.

 

기동전류의 이해

유도전동기의 가장 큰 단점을 이야기할 때 가장 먼저 거론되는 것이 바로 기동 전류가 크다는 것이다. 커다란 기동전류는 다음과 같은 문제점을 내포하고 있다. ▶ 전동기가 접속된 계통의 전압을 강하시켜 타 설비에 영향을 미친다. ▶ 전동기 자체에 과전류가 흐르기 때문에 기동이 잦을 경우 Thermal Stress가 누적되어 전동기의 수명단축 및 심할 경우 모터가 소손 되는 경우도 있다. ▶ 급격한 토크가 부하에 인가되어 부하에 기계적인 손상을 줄 수 있다. 앞의 등가회로를 통해 커다란 기동전류가 발생되는 과정을 이해해본다. ▶ 모터에 전원을 인가하면 고정자 전류에 의한 회전자속이 발생하고 회전자의 도체가 이를 끊음으로써 회전자 도체에 커다란 전류가 흐르게 된다. ▶ 이 회전자의 전류는 공극의 자속을 증가시키고 기자력 보존법칙에 의해 공 극의 자속을 일정하게 유지시키려는 성질 때문에 고정자에서 이를 상쇄시키 는 방향으로 자속을 발생시키기 위해 커다란 전류가 유입되며 이러한 과정 으로 기동전류가 크게 되는 것이라고 이해하면 된다.