유도전동기의 속도제어 및 용도

공개 문항 23개

1. 문항 1 전기기기 · 유도전동기

   3상 농형 유도 전동기의 속도 제어는 주로 어떤 제어를 사용하는가?

   1. 사이리스터 제어
   2. 2차 저항 제어
   3. 주파수 제어
   4. 계자 제어

   정답과 해설

   정답 3번

   농형 유도 전동기는 회전자를 건드릴 수 없는 구조라 전원의 주파수를 바꿔 속도를 조절하는 주파수 제어를 쓴다.

   풀이

   유도 전동기의 회전 속도는 동기속도 $N_S = \frac{120f}{P}$(f: 주파수, P: 극수)에 슬립을 반영한 값이다.

   농형 유도전동기는 회전자(농형 권선) 쪽에 별도로 저항을 삽입할 수 있는 구조가 아니어서 2차 저항 제어(권선형 전용)를 쓸 수 없고, 주로 극수 변환·전원 주파수 변환(인버터, VVVF)을 통한 주파수 제어로 속도를 조절한다.

   ②2차 저항 제어는 권선형 유도전동기에서 사용하는 방식이고, ④계자 제어는 직류 전동기의 속도 제어법이므로 오답이다.

   암기팁: "농형=주파수 제어(인버터)", "권선형=2차 저항 제어"로 전동기 종류별 속도제어법을 짝지어 암기한다.

   처음이라면

   선풍기 세기를 바꾸듯, 전동기 속도도 바꾸고 싶을 때 방법이 여러 가지 있는데요, 농형(다람쥐 오목통 모양 회전자를 쓰는 가장 흔한 유도 전동기)은 회전자(도는 부분) 쪽에 아무것도 연결할 수 없는 구조예요.

   그래서 바깥에서 전원을 바꿔줘야 하는데, 주파수(1초에 전기가 진동하는 횟수)를 바꾸면 전동기의 회전 속도가 바뀌어요.

   속도 공식: $N_S = \frac{120f}{P}$

   여기서 $f$(주파수)를 바꾸면 $N_S$(동기 속도)가 바뀌죠. 요즘 에어컨이 인버터로 절전하는 것도 바로 이 원리예요.

   이런 문제가 나오면 → '농형=주파수 제어, 권선형=2차 저항 제어'로 짝지어 외우면 된다.

   한 걸음 더

   동기 속도 $N_S = \frac{120f}{P}$에서 극수 $P$는 고정되어 있으므로, 농형 유도 전동기의 주된 속도 제어는 주파수 $f$를 바꾸는 인버터(VVVF) 방식이다.

   ② 2차 저항 제어는 회전자에 슬립링으로 저항을 삽입하는 권선형 전용 방법이고, ④ 계자 제어는 직류기의 방식이라 오답.

   이 유형 패턴: 전동기 종류가 나오면 속도 제어법 짝꿍(농형=주파수, 권선형=2차 저항)을 묻는 문제다.

   꿀팁: '사이리스터'는 정격(기동법) 관련, '계자'는 직류기 관련 함정으로 자주 등장하니 소속을 정확히 기억하자.

2. 문항 2 전기기기 · 유도전동기

   유도 전동기의 Y−△ 기동 시 기동 토크와 기동 전류는 전전압 기동 시의 몇 배가 되는가?

   1. $\frac{1}{\sqrt{3}}$
   2. $\frac{1}{3}$
   3. $3$
   4. $\sqrt{3}$

   정답과 해설

   정답 2번

   Y−△ 기동은 전압 1/√3 → 토크∝V²와 전류 모두 전전압 기동의 1/3이 된다.

   풀이

   Y−△ 기동은 기동 순간에만 권선을 Y(스타) 결선으로 묶었다가 속도가 오르면 △(델타) 결선으로 바꾸는 방식인데, Y 결선에서는 권선에 걸리는 상전압이 전전압(△ 결선) 때의 $\frac{1}{\sqrt{3}}$로 낮아진다.

   이 낮아진 전압 때문에 기동 토크와 기동 전류가 모두 $\frac{1}{3}$이 된다.

   기동 토크 — 유도 전동기의 토크는 인가 전압의 2제곱에 비례($T \propto V^2$)하므로, 전압이 $\frac{1}{\sqrt{3}}$이 되면 토크는 $\left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)^2 = \frac{1}{3}$이 된다.

   기동 전류 — 전류는 전압에 비례한다(권선의 임피던스(impedance)는 일정하므로 $I = \frac{V}{Z}$).

   단계별로 보면,

   1) 전압이 $\frac{1}{\sqrt{3}}$이므로 Y 결선의 상전류는 △ 결선 상전류의 $\frac{1}{\sqrt{3}}$

   2) 전전압(△) 기동 시 선전류는 상전류의 $\sqrt{3}$배지만, Y 결선에서는 선전류 = 상전류

   3) 따라서 전원에서 뽑아 가는 기동 선전류는 $\frac{1}{\sqrt{3}} \times \frac{1}{\sqrt{3}} = \frac{1}{3}$

   이렇게 기동 토크와 기동 전류가 모두 전전압 기동의 $\frac{1}{3}$이다.

   오답 소거

   • 1번 $\frac{1}{\sqrt{3}}$: 이 값은 Y 결선에서 '전압'이 줄어드는 비율일 뿐이다.

   처음이라면

   Y−△ 기동은 기동 순간만 권선을 Y(별) 결선으로 묶었다가 속도가 오르면 △(델타) 결선으로 바꾸는 방식입니다. Y에서는 권선에 걸리는 상전압이 전전압(△) 때의 1/√3로 낮아집니다.

   기동 토크는 전압의 2제곱에 비례(T ∝ V²)하므로 (1/√3)² = 1/3으로 줄어듭니다.

   기동 전류도 줄어듭니다. 전압이 1/√3이면 상전류도 1/√3로 줄고, Y에서는 선전류=상전류인데 △에서는 선전류=상전류×√3이므로 전원에서 뽑는 기동 선전류는 1/√3 × 1/√3 = 1/3입니다.

   ① 1/√3은 전압이 줄어드는 비율일 뿐 토크·전류의 값이 아닙니다.

   이런 문제가 나오면 → 'Y−△ 기동: 토크·전류 모두 1/3' 한 줄로 외우세요.

   한 걸음 더

   Y 결선 시 권선 전압 = 1/√3 → 토크 ∝ V² = 1/3, 선전류도 1/√3 × 1/√3 = 1/3이다.

   ①은 전압 감소비일 뿐이고 ③④는 오히려 증가하는 값이라 오답.

   이 유형은 '전압 1/√3 → 토크·전류 1/3'로 정리되는 단골 패턴이다.

   꿀팁: 전압이 1/k이면 토크·전류는 1/k² — '전압비의 제곱'만 기억하면 된다.

   • Y-Δ 기동법
3. 문항 3 전기기기 · 유도전동기

   일정한 주파수의 전원에서 운전하는 3상 유도전동기의 전원 전압이 80[%]가 되었다면 토크는 약 몇 [%]가 되는가?(단, 회전수는 변하지 않은 상태로 한다.)

   1. 55
   2. 64
   3. 76
   4. 82

   정답과 해설

   정답 2번

   유도전동기의 토크는 전압의 제곱에 비례하므로 전압이 80%가 되면 토크는 0.8×0.8=64%가 된다.

   풀이

   3상 유도전동기의 토크는 전원전압의 제곱에 비례한다($T \propto V^2$), 회전수(슬립)가 일정하다고 가정하면 전압이 80%로 낮아질 때 토크는 $0.8^2 = 0.64$, 즉 64%가 된다.

   핵심공식: $T \propto V^2$을 기억해두면 전압강하 시 기동토크·최대토크 저하 문제에 바로 적용할 수 있다.

   이 때문에 유도전동기는 전압강하에 매우 민감하며, 전압이 조금만 낮아져도 토크가 급격히 줄어드는 특성이 있다.

   정답은 64이다.

   처음이라면

   선풍기를 생각해봅시다. 전압(전기를 미는 힘)이 낮아지면 선풍기 힘이 훨씬 약해지는데, 이때 힘은 조금 약해지는 게 아니라 '제곱'으로 확 줄어듭니다.

   유도전동기의 토크(돌리는 힘)는 전압의 제곱에 비례합니다.

   전압이 80%가 되었으니:

   토크 = 0.8 × 0.8 = 0.64

   즉 64%가 됩니다.

   이런 문제가 나오면 → '유도전동기 + 전압 변화 = 전압의 제곱'을 떠올리세요!

   한 걸음 더

   핵심 공식: $T \propto V^2$ (슬립 일정 시)

   $0.8^2 = 0.64$ → 64%

   오답 분석: ①55, ③76, ④82는 세제곱이나 직선적 감소 등 근거 없는 값이다.

   이 유형 패턴: 유도전동기 전압 변화 문제는 무조건 전압의 제곱.

   꿀팁: 0.8²=0.64, 0.9²=0.81처럼 자주 나오는 값은 암기해두면 계산이 빨라진다.

4. 문항 4 전기기기 · 유도전동기

   전동기의 제동에서 전동기가 가지는 운동 에너지를 전기에너지로 변화시키고 이것을 전원에 환원시켜 전력을 회생시킴과 동시에 제동하는 방법은?

   1. 발전제동(Dynamic Braking)
   2. 역전제동(Plugging Braking)
   3. 맴돌이전류제동(Eddy Current Braking)
   4. 회생제동(Regenerative Braking)

   정답과 해설

   정답 4번

   운동에너지를 전기에너지로 바꿔서 전원에 '도로 돌려보내는' 제동이 바로 회생제동이다.

   풀이

   정답 근거: 회생제동(Regenerative Braking)은 전동기가 가진 운동에너지를 전동기를 발전기처럼 동작시켜 전기에너지로 변환하고, 이 전력을 다시 전원 계통으로 되돌려보내면서(회생) 동시에 제동력을 얻는 방식이다.

   오답 소거: 발전제동은 운동에너지를 저항에서 열로 소비(전원으로 되돌리지 않음), 역전제동(플러깅)은 역상 전원으로 역토크를 발생, 맴돌이전류제동은 와전류에 의한 제동력으로 각각 전원 환원 개념이 없다.

   핵심 개념: 회생제동=전원으로 전력 환원+제동, 발전제동=저항에서 열소비+제동.

   암기팁: '회생(생명을 되살림)=전기를 다시 살려서 전원으로'로 이름과 개념 연결.

   처음이라면

   자전거를 타고 내리막길을 달리다 브레이크를 잡으면 속도 에너지가 사라지죠? 전동기 제동도 마찬가지로 '달리던 에너지(운동에너지)'를 어떻게 처리하느냐가 핵심입니다.

   문제의 핵심 키워드는 '전원에 환원시켜 전력을 회생'입니다.

   발전제동(①): 에너지를 전기로 바꾸긴 하지만 저항에서 '열'로 태워버려요. 전원에 돌려주지 않습니다.

   역전제동(②): 회전 방향과 반대로 돌아가게 힘을 줘서 세우는 방법이에요.

   회생제동(④): 에너지를 전기로 바꿔서 '전원에 다시 돌려주는' 방법입니다. '회생 = 되살려서 돌려준다'로 기억하세요.

   이런 문제가 나오면 → '전원으로 되돌린다, 회생한다'라는 말이 보이면 무조건 회생제동!

   한 걸음 더

   제동 방식의 핵심은 운동에너지의 처리 방법이다.

   발전제동: 발전기로 동작 → 저항에서 열로 소비(전원 환원 X)

   회생제동: 발전기로 동작 → 전기에너지를 전원으로 환원(O)

   역전제동: 역상 접속으로 역토크 발생

   맴돌이전류제동: 와전류로 제동력 생성

   오답 이유: ①은 저항 열소비, ②③은 전원 환원 개념 자체가 없다.

   이 유형 패턴: '전원에 환원/회생' 키워드 = 회생제동, '저항에서 열' = 발전제동.

   꿀팁: 전철 내리막에서 전기 요금이 아까워지는(?) 제동이 회생제동이라고 연결하면 헷갈리지 않는다.

5. 문항 5 전기기기 · 유도전동기

   5.5[kW],200[V] 유도전동기의 전전압 기동 시의 기동전류가 $150[A]$이었다. 여기에 Y−Δ 기동 시 기동전류는 몇 $[A]$가 되는가?

   1. 50
   2. 270
   3. 387
   4. 495

   정답과 해설

   정답 1번

   Y−Δ 기동 시 기동전류(기동토크)는 전전압 기동 시의 1/3로 감소한다.

   풀이

   정답 근거: Y-Δ 기동 시 기동 전류는 전전압(델타) 기동 시 기동 전류의 $\frac{1}{3}$배로 감소합니다.

   대입하면 $I_Y=\frac{1}{3}\times150=50[\text{A}]$가 된다.

   오답 소거: 270A, 387A, 495A는 오히려 전전압 기동전류보다 커진 값으로, 기동전류를 줄이는 Y-Δ 기동의 목적과 반대되는 값입니다(계산 과정에서 곱셈·나눗셈을 반대로 적용한 오류).

   핵심 공식: Y-Δ 기동 시 기동전류(및 기동토크) = 전전압 기동전류 × $\frac{1}{3}$. 암기팁: Y-Δ 기동은 전류를 줄이려는 목적이니 답이 원래 값(150A)보다 항상 작아야 한다는 것을 확인하며 계산하세요.

   처음이라면

   Y−Δ 기동은 전동기에 가해지는 전압을 낮춰 기동전류를 줄이는 방법입니다. Y결선으로 기동하면 코일에 걸리는 전압이 1/√3이 되고 전류도 1/√3 줄어, 합쳐서 전전압(Δ결선) 기동 대비 기동전류가 1/3이 됩니다.

   공식: Y−Δ 기동전류 = 전전압 기동전류 × 1/3

   대입: 150 × 1/3 = 50[A] → 정답은 50A입니다.

   270, 387, 495A는 원래 기동전류 150A보다 오히려 커지는 값이라, 전류를 '줄이려는' Y−Δ 기동의 목적과 정반대입니다. 곱셈·나눗셈을 반대로 적용한 오답입니다.

   이런 문제가 나오면 → Y−Δ 기동은 전류를 줄이는 장치이므로 답이 반드시 원래 값보다 작아야 함을 먼저 확인하세요.

   한 걸음 더

   Y−Δ 기동은 상전압 1/√3 × 전류 1/√3로 기동전류·기동토크가 전전압 대비 1/3이 된다. 150×1/3=50[A]

   270·387·495A는 원래값보다 커서 감소 목적과 반대되는 오답으로 소거.

   1/3 배율 계산 또는 기동토크와 함께 묻는 고정 패턴이다.

   꿀팁: 'Y−Δ는 1/3, 전류·토크 함께 감소'로 묶어 외운다.

   • Y-Δ 기동법
6. 문항 6 전기기기 · 유도전동기

   220V/60Hz, 4극 3상 유도전동기가 있다. 슬립 5%로 회전할 때 출력 17kW를 낸다면, 이 때의 토크는 약 [Nㆍm]인가?

   1. 56.2[Nㆍm]
   2. 95.5[Nㆍm]
   3. 191[Nㆍm]
   4. 935.8[Nㆍm]

   정답과 해설

   정답 2번

   동기속도에서 슬립만큼 뺀 실제 회전속도로 각속도를 구해, 출력을 각속도로 나누면 토크가 된다.

   풀이

   정답은 ②번입니다.

   동기속도 $N_s = \frac{120f}{p} = \frac{120 \times 60}{4} = 1800\text{rpm}$이고, 슬립 5%이므로 회전속도 $N = 1800 \times (1-0.05) = 1710\text{rpm}$입니다.

   각속도 $\omega = \frac{2\pi N}{60} = 179.07\text{rad/s}$이며, 토크 $T = \frac{P}{\omega} = \frac{17000}{179.07} \approx 95.5\text{N·m}$입니다.

   주의: 토크 계산 시 출력에 대응하는 실제 회전속도(동기속도 아님)를 사용해야 합니다.

   처음이라면

   자전거를 생각해봐요. 같은 힘으로 페달을 돌려도 빨리 돌면 더 많은 일을 하게 되죠. 모터도 마찬가지로 '출력 = 힘(토크) × 회전 속도' 관계가 성립해요.

   1단계: 동기속도(전원이 만드는 자기장의 회전 속도)를 구해요.

   Ns = 120 × 60 ÷ 4 = 1800 rpm

   2단계: 슬립(미끄러짐, 5%)만큼 실제 속도는 느려요.

   N = 1800 × (1 − 0.05) = 1710 rpm

   3단계: rpm을 각속도(초당 회전 각도)로 바꿔요.

   ω = 2 × 3.14 × 1710 ÷ 60 ≈ 179 rad/s

   4단계: 토크(회전시키는 힘) = 출력 ÷ 각속도

   T = 17000 ÷ 179 ≈ 95.5 N·m

   이런 문제가 나오면 → 동기속도가 아니라 슬립 반영한 실제 속도로 계산하는지 확인!

   한 걸음 더

   동기속도 $N_s = \frac{120f}{p} = \frac{120 \times 60}{4} = 1800$ rpm, 슬립 5% → $N = 1800(1-0.05) = 1710$ rpm.

   각속도 $\omega = \frac{2\pi N}{60} \approx 179.07$ rad/s

   토크 $T = \frac{P}{\omega} = \frac{17000}{179.07} \approx 95.5$ N·m

   오답 포인트: ①은 동기속도 대신 2880rpm 등을 쓰거나, ③④는 60을 안 나누거나 실제속도 대신 동기속도를 잘못 쓴 경우. 특히 동기속도 1800rpm을 그대로 쓰면 90.2N·m가 나와 근사치 함정에 빠질 수 있음.

   이 유형 패턴: '동기속도 → 슬립 반영 실제속도 → 각속도 → T=P/ω' 4단계 고정.

   꿀팁: $\frac{60}{2\pi} \approx 9.55$를 기억하면 $T = 9.55 \times \frac{P[kW]}{N[rpm]}$ = 9.55 × 17000/1710 ≈ 95.5로 바로 계산 가능.

7. 문항 7 전기기기 · 유도전동기

   38 5.5[kW], 200[V] 유도전동기의 전전압 기동시의 기동전류가 $150[A]$이었다. 여기에 Y−Δ 기동시 기동전류는 몇 $[A]$가 되는가?

   1. 50[A]
   2. 70[A]
   3. 87[A]
   4. 95[A]

   정답과 해설

   정답 1번

   Y−Δ 기동은 전전압 기동 전류의 1/3이므로 150 × 1/3 = 50[A]이다.

   풀이

   정답 근거: Y-Δ 기동 시 기동 전류는 전전압(델타) 기동 시 기동 전류의 $\frac{1}{3}$배로 감소합니다.

   대입하면 $I_{Y\Delta}=150\times\frac{1}{3}=50[\text{A}]$가 됩니다.

   오답 소거: 70A, 87A, 95A는 $\frac{1}{3}$이 아닌 다른 비율(예: $\frac{1}{\sqrt3}$)을 잘못 적용했거나 계산 실수로 나온 값입니다.

   핵심 공식: Y-Δ 기동 시 기동전류(및 기동토크) = 전전압 기동전류 × $\frac{1}{3}$. 암기팁: Y기동은 무조건 전전압의 $\frac{1}{3}$(전류·토크 모두)이라고 기억하세요.

   처음이라면

   놀이터 시소를 여럿이 나눠 타면 한 사람 부담이 줄어들듯이, Y−Δ 기동(스타-델타 기동, 모터를 천천히 돌리기 시작하는 방법)은 전기 부담을 나눠서 줄이는 방법이에요.

   모터를 처음 켤 때는 큰 전류(기동전류)가 흐르는데, 전전압 기동(전체 전압을 그대로 걸어주는 방식)에서는 150[A]가 흘렀대요.

   Y−Δ 기동을 하면 전압이 1/√3으로 줄고, 전류도 같이 줄어서 결국 전체적으로 정확히 3분의 1이 된답니다.

   말로 풀면: 150을 3으로 나누면 됩니다.

   $150 \times \frac{1}{3} = 50[A]$

   이런 문제가 나오면 → 'Y−Δ 기동 = 전전압 기동값 × 1/3'을 그대로 곱하면 끝!

   한 걸음 더

   Y−Δ 기동 시 기동전류(및 기동토크)는 전전압 기동 시의 $\frac{1}{3}$이다.

   $I_{Y\Delta} = 150 \times \frac{1}{3} = 50[A]$

   오답: 87[A]는 $\frac{1}{\sqrt{3}}$만 적용한 실수, 70·95[A]는 계산 오류.

   이 유형 패턴: '전전압 기동값이 주어지고 Y−Δ 기동값을 묻는다' → 무조건 1/3 곱하기.

   꿀팁: 전압·전류·토크 모두 1/3이라 통째로 암기하면 풀이 5초 컷.

   • Y-Δ 기동법
8. 문항 8 전기기기 · 유도전동기

   출력 12[kW], 회전수 1140[rpm]인 유도전동기의 동기 와트는 약 몇 [kW]인가?(단, 동기속도 Ns는 1200[rpm]이다.)

   1. 10.4
   2. 11.5
   3. 12.6
   4. 13.2

   정답과 해설

   정답 3번

   동기와트(2차 입력)는 슬립만큼 손실을 보태야 하므로 출력보다 커지는데, 슬립 0.05이면 12÷0.95≈12.6kW다.

   풀이

   정답: ③ 약 12.6 kW

   슬립 $s = \frac{N_s - N}{N_s} = \frac{1200-1140}{1200} = 0.05$

   동기와트(2차 입력) $P_2 = \frac{P_{out}}{1-s} = \frac{12}{1-0.05} = \frac{12}{0.95} \approx 12.63\,\text{kW}$

   오답 소거: 출력 12kW를 그대로 답으로 고르면(비교값 근처인 ②,④) 슬립에 의한 2차 동손을 무시한 것이므로 틀린다.

   핵심 공식: $P_2 : P_{2c} : P_o = 1 : s : (1-s)$ → $P_2 = \frac{P_o}{1-s}$

   암기팁: "동기와트=2차입력, 슬립이 클수록 출력 대비 입력(동기와트)이 커진다."

   처음이라면

   유도전동기는 전기에너지를 받아서(2차 입력) 일부는 열로 손실되고(2차 동손), 나머지가 축 출력으로 나가요. 마치 월급(입력)을 받아 세금(손실)을 내고 손에 남는 돈(출력)을 생각하면 됩니다.

   먼저 슬립(동기속도와 실제 회전수의 차이 비율)을 구해요.

   슬립 s = (1200 - 1140) / 1200 = 0.05

   동기와트는 2차 입력을 뜻하므로, 출력을 (1 - s)로 나눠줍니다.

   P2 = 12 / (1 - 0.05) = 12 / 0.95

   = 약 12.6 [kW]

   정답은 ③번!

   이런 문제가 나오면 → '동기와트'라는 말이 보이면 2차 입력 = 출력 ÷ (1 - s)를 떠올리자!

   한 걸음 더

   슬립 $s = \frac{N_s - N}{N_s} = \frac{1200-1140}{1200} = 0.05$

   동기와트(2차 입력) $P_2 = \frac{P_o}{1-s} = \frac{12}{0.95} \approx 12.6$ [kW] → ③

   오답: ②는 슬립을 0.05가 아닌 값으로 계산했거나 잘못 나눈 경우, ④는 $12 \times (1+s)$로 근사한 오류다.

   이 유형 패턴: '동기와트' = 2차 입력이며, 비율 관계 $P_2 : P_{2c} : P_o = 1 : s : (1-s)$에서 항상 출력보다 크다.

   꿀팁: 답이 출력(12kW)보다 반드시 크다는 점만 알아도 ①,②는 바로 소거된다.

9. 문항 9 전기기기 · 동기기

   교류 동기 서보 모터에 비하여 효율이 훨씬 좋고 큰 토크를 발생하여 입력되는 각 전기 신호에 따라 규정된 각도만큼씩 회전하며 회전자는 축 방향으로 자화된 영구 자석으로서 보통 50개 정도의 톱니로 만들어져 있는 것은?

   1. 전기 동력계
   2. 유도 전동기
   3. 직류스테핑모터
   4. 동기전동기

   정답과 해설

   정답 3번

   전기 신호(펄스) 1개마다 정해진 각도씩 딱딱 끊어져 회전하는 것은 스테핑모터(스테퍼 모터)이다.

   풀이

   교류 서보모터 대비 직류 스테핑모터(스테퍼 모터)는 입력되는 펄스(전기 신호) 1개당 정해진 각도(스텝각)만큼 정확히 회전하는 개루프 위치제어용 전동기이다.

   회전자는 축 방향으로 자화된 영구자석형이며, 보통 톱니(치) 형태의 자극을 다수(약 50개 내외) 배치하여 미세한 스텝각을 구현한다.

   효율이 높고 큰 토크를 내면서 디지털 신호로 정밀 위치제어가 가능해 프린터, 로봇 등에 많이 쓰인다.

   처음이라면

   시계 초침이 1초에 딱 한 칸씩만 움직이듯이, 전기 신호(펄스라는 디지털 신호)가 들어올 때마다 정해진 각도만큼 딱딱 끊어져서 회전하는 모터가 있어요. 그게 바로 직류스테핑모터입니다.

   문제에서 힌트를 찾아볼게요.

   • '각 전기 신호에 따라 규정된 각도만큼씩 회전' → 펄스 하나에 한 걸음(step)씩 움직이는 스테핑모터 특징!
   • '회전자가 영구자석 + 50개 정도의 톱니' → 스테핑모터 회전자 구조예요.

   프린터나 로봇 팔처럼 정확한 위치로 움직여야 할 때 많이 쓰입니다.

   이런 문제가 나오면 → '전기 신호(펄스)마다 정해진 각도로 회전'이라는 문구가 보이면 무조건 스테핑모터!

   한 걸음 더

   스테핑모터(스테퍼 모터)는 펄스 1개당 스텝각만큼 회전하는 개루프 위치제어 전동기다. 회전자는 축 방향 자화 영구자석이며 약 50개의 톱니를 가져 미세 스텝각을 구현하고, 동기 서보 대비 효율·토크가 우수하다.

   오답: ② 유도전동기, ④ 동기전동기는 펄스 단위 각도 제어와 무관하며, ① 전기동력계는 전력 측정 장치다.

   이 유형 패턴: '신호마다 규정 각도 회전 + 영구자석 회전자 + 톱니' → 스테핑모터.

   꿀팁: 3D 프린터, 프린터 헤드 제어 예시가 나오면 스테핑모터다.

10. 문항 10 전기기기 · 유도전동기

    선풍기, 드릴, 믹서, 재봉틀 등에 주로 사용되는 전동기는?

    1. 단상 유도 전동기
    2. 권선형 유도 전동기
    3. 동기 전동기
    4. 직류 직권 전동기

    정답과 해설

    정답 1번

    선풍기·드릴·믹서·재봉틀 등 가정용 소형 기기의 전동기는 단상 유도 전동기이다.

    풀이

    선풍기, 드릴, 믹서, 재봉틀 등 가정용 소형 전동기는 대부분 단상 전원을 사용하는 단상 유도 전동기(콘덴서 기동형, 분상 기동형 등)를 사용한다.

    권선형 유도전동기는 산업용 대용량 기기에, 동기전동기는 정속도가 필요한 대용량 부하에, 직류 직권전동기는 큰 기동토크가 필요한 전동차 등에 주로 사용되어 가정용 소형기기와는 거리가 있다.

    처음이라면

    선풍기, 드릴, 믹서, 재봉틀처럼 가정에서 쓰는 소형 전동기는 대부분 가정용 콘센트, 즉 단상 교류 전원으로 돌아갑니다. 단상 전원에서도 회전자계를 만들어 돌게 한 것이 단상 유도 전동기입니다.

    선풍기는 콘덴서(커패시터)로 위상차를 만드는 콘덴서 전동기가 대표적이고, 믹서·드릴도 같은 계열의 단상 유도 전동기 변형입니다. '가정용 소형 = 단상 유도 전동기'로 묶어 외우면 됩니다.

    나머지가 아닌 이유를 알아두면 확실해집니다. 권선형 유도 전동기는 3상 산업용 대용량(기동 전류 제어용), 동기 전동기는 정밀한 정속이 필요한 대용량 설비, 직류 직권 전동기는 기동 토크가 커서 전동차·크레인용입니다. 모두 가정용 소형기기와는 거리가 멉니다.

    이런 문제가 나오면 → '선풍기·믹서 등 가정용' 키워드가 보이면 곧바로 단상 유도 전동기를 고르세요.

    한 걸음 더

    가정용 단상 전원으로 구동되는 소형 전동기 = 단상 유도 전동기(콘덴서·분상 기동형).

    오답 소거: 권선형·동기 전동기는 3상 산업용 대용량, 직류 직권은 전동차 등 대기동토크용으로 모두 가정용과 무관하다.

    패턴: 전동기 용도 문제는 '가정용 소형=단상 유도, 전동차=직류 직권, 정속 대용량=동기' 배정표로 출제된다.

    꿀팁: '선풍기·드릴·믹서·재봉틀' 4종 세트가 나오면 무조건 단상 유도 전동기다.

11. 문항 11 전기기기 · 직류기

    권상기, 기중기 등으로 물건을 내릴 때와 같이 전동기가 가지는 운동에너지를 발전기로 동작시켜 발생한 전력을 변환시켜서 제동하는 방식은?

    1. 역전제동
    2. 발전제동
    3. 회생제동
    4. 와류제동

    정답과 해설

    정답 3번

    짐 하강 시 전동기가 발전기로 동작해 만든 전력을 전원에 되돌리는 제동은 회생제동이다.

    풀이

    정답 근거: 회생제동은 전동기 속도가 동기속도(또는 무부하속도)를 초과하여 발전기로 동작하며, 이때 발생하는 전력을 전원 측으로 되돌려 보내는 제동 방식으로, 권상기·기중기에서 짐을 내릴 때 위치에너지를 전기에너지로 회수합니다.

    오답 소거: 역전제동은 전원 결선을 반대로 하는 급정지 방식, 발전제동은 저항에서 열로 소비, 와류제동은 별도의 원리입니다.

    핵심 공식: 없음(제동방식 분류).

    암기팁: '짐 내릴 때 에너지 회수=회생제동'.

    처음이라면

    권상기나 기중기(크레인)로 짐을 내릴 때는 전동기가 전기로 끌려 도는 것이 아니라 짐의 무게에 끌려 돌아갑니다.

    이때 전동기 속도가 무부하속도를 넘어서면 발전기처럼 동작해 전기를 만들어냅니다. 이 전기를 전원 쪽으로 되돌려 보내(회생시켜) 제동을 거는 방식이 회생제동입니다.

    ② 발전제동과 헷갈리기 쉬운데, 발전제동은 만들어진 전기를 저항에서 열로 소비해 버리고, 회생제동은 전원으로 회수한다는 점이 다릅니다. ① 역전제동은 결선을 반대로 해 급히 세우는 방식입니다.

    이런 문제가 나오면 → '전원으로 되돌린다, 에너지를 회수한다'라는 문구가 보이면 회생제동입니다.

    한 걸음 더

    전동기가 무부하속도를 초과해 발전기로 동작하고, 그때의 전력을 전원 측으로 되돌려 보내 제동하는 방식이 회생제동이다.

    ② 발전제동은 전력을 저항에서 열로 소비, ① 역전제동은 역결선에 의한 급제동, ④ 와류제동은 별도 원리로 소거된다.

    제동방식 문제는 '발생 전력의 행선지'(전원 회수 vs 저항 소비)로 구분한다.

    꿀팁: '회생=되돌려 받는다', 권상기·기중기 짐 하강 = 회생제동으로 묶어 암기.

12. 문항 12 전기기기 · 유도전동기

    유도전동기가 $4[\%]$의 슬립으로 $10[\text{kW}]$의 기계적 출력을 내고 있을 때, 2차 동손 $[\text{W}]$은?

    1. 417[W]
    2. 434[W]
    3. 450[W]
    4. 470[W]

    정답과 해설

    정답 1번

    2차 동손은 P₂c=s/(1-s)×P₀이고, 2차 입력:동손:출력 = 1:s:(1-s) 비율이다.

    풀이

    정답 근거: 2차 동손과 기계적 출력의 비는 $P_{2c}:P_o=S:(1-S)$이므로 $P_{2c}=\frac{S}{1-S}P_o$이다.

    주어진 값 $S=0.04, P_o=10kW=10000W$를 대입하면 $P_{2c}=\frac{0.04}{0.96}\times10000\approx417W$가 되어 1번이 정답이다.

    오답 소거: 434W·450W·470W는 슬립 비율 계산 시 반올림 오차를 크게 두거나 공식을 잘못 적용한 근사값이다.

    핵심 공식: $P_2:P_{2c}:P_o=1:S:(1-S)$, 따라서 $P_{2c}=\frac{S}{1-S}P_o$ 또는 $P_{2c}=\frac{S}{1-S}\times P_o$로 직접 계산 가능하다.

    암기팁: '2차 입력 100%면 동손이 S%, 출력이 (1-S)%'라는 비율표를 기억한다.

    처음이라면

    유도전동기에서 2차로 전달되는 입력은 2차 동손(2차 권선의 열손실)과 기계적 출력으로 나뉘는데, 이 비율이 정해져 있습니다. 2차 입력 : 동손 : 출력 = 1 : s : (1-s)입니다.

    슬립 s=0.04이므로 동손과 출력의 비는 0.04 : 0.96입니다. 출력 P₀=10kW=10000W이므로 동손 P₂c = (s/(1-s))×P₀ = (0.04/0.96)×10000 ≈ 417W입니다.

    450W, 470W 같은 값은 s를 어림잡아 곱하거나 비율을 잘못 세운 근사 오류입니다.

    이런 문제가 나오면 → '2차 입력 100% 중 동손이 s%, 출력이 (1-s)%' 비율표부터 세웁니다.

    한 걸음 더

    P₂c:P₀ = s:(1-s)이므로 P₂c = 0.04/0.96 × 10000 ≈ 417W → ①

    오답들은 비율을 잘못 잡거나 근사를 크게 한 값으로 한 번에 소거됩니다.

    이 유형은 P₂:P₂c:P₀ = 1:s:(1-s) 비율표 하나로 전부 해결됩니다.

    꿀팁: '동손은 슬립 몫, 출력은 (1-슬립) 몫'으로 외우면 비례식으로 즉석 계산됩니다.

13. 문항 13 전기기기 · 유도전동기

    3[kW], 1500[rpm] 유도 전동기의 토크[N˙m]는 약 얼마인가?

    1. 1.91[Nㆍm]
    2. 19.1[Nㆍm]
    3. 29.1[Nㆍm]
    4. 114.6[Nㆍm]

    정답과 해설

    정답 2번

    토크는 T=9.55×P/N로 구한다. P는 W, N은 rpm 단위이며 9.55=60/2π≈9.55의 환산 계수다.

    풀이

    전동기의 토크는 $T = 9.55 \times \frac{P}{N}\ [\text{N·m}]$ (여기서 $P$는 출력[W], $N$은 회전수[rpm]) 공식으로 구합니다.

    $P=3000\text{W}$, $N=1500\text{rpm}$을 대입하면 $T = 9.55 \times \frac{3000}{1500} = 9.55 \times 2 = 19.1\ \text{N·m}$이 됩니다.

    이 공식은 $T=\frac{P}{\omega}=\frac{P}{2\pi N/60}$에서 유도되며, 전기기기 토크 계산의 기본 공식이므로 반드시 암기해야 합니다.

    처음이라면

    토크(비틀림 힘)는 출력을 회전 속도로 나눈 값입니다. 같은 출력이라도 빨리 도는 전동기일수록 토크는 작아집니다.

    공식은 T = 9.55 × P/N [N·m]입니다. P는 출력[W], N은 회전수[rpm]이고, 9.55는 초당 회전 각속도로 환산하는 계수(60÷2π≈9.55)입니다.

    대입해 보면 P=3kW=3000W이므로 T = 9.55 × 3000/1500 = 9.55 × 2 = 19.1 N·m입니다. kW를 W로 바꾸지 않으면 0.0191처럼 엉뚱한 값이 나와 함정 보기에 걸립니다.

    이런 문제가 나오면 → kW는 반드시 ×1000해서 W로 바꾸고 T=9.55P/N에 그대로 대입하세요.

    한 걸음 더

    토크 공식 T=9.55P/N(P[W], N[rpm])에 P=3000W, N=1500rpm 대입 → T=9.55×2=19.1N·m

    kW 환산을 빠뜨리거나 9.55를 누락하면 다른 보기들로 오답이 유도된다.

    전동기의 출력·토크·회전수 세 가지 값 중 두 가지를 주고 나머지 하나를 묻는 기본 계산형이다.

    꿀팁: '구구단 9.55' — T=9.55P/N을 P=TN/9.55까지 양방향으로 외우면 역산 문제도 해결된다.

    • 전동기 출력
14. 문항 14 전기기기 · 유도전동기

    교류전동기의 기동방식 중에서 권선형 전동기에만 적용되는 것은?

    1. 기동 보상기
    2. 기동 저항기
    3. 직입 기동 방식
    4. Y-△ 기동기

    정답과 해설

    정답 2번

    권선형 전동기만 회전자(2차)에 외부 저항을 넣을 수 있어 '기동 저항기' 기동이 가능하다.

    풀이

    권선형 유도전동기는 회전자 권선에 슬립링을 통해 외부 저항(기동저항기)을 접속할 수 있어, 기동 시 2차 저항을 크게 하여 기동전류를 억제하면서 큰 기동토크를 얻는 2차 저항 기동법(기동저항기법)을 사용한다.

    이는 비례추이 원리를 이용한 것으로 권선형 전동기의 고유한 기동방식이다.

    기동보상기법, Y-△ 기동법, 직입(전전압) 기동법은 모두 농형(鼠籠形) 유도전동기에 적용되는 기동방식으로, 회전자에 외부 저항을 연결할 수 없는 농형 구조의 특성상 고정자(1차) 쪽에서 인가전압을 조절하는 방식이다.

    암기팁: "권선형 → 2차(회전자)에 저항 연결 가능 → 기동저항기", "농형 → 1차 쪽 전압 제어 → 기동보상기/Y-△/직입"으로 구분하면 쉽다.

    처음이라면

    유도전동기는 농형(회전자가 쥐쥐집 모양)과 권선형(회전자에 코일 권선)으로 나뉩니다. 권선형은 회전자 권선 끝을 슬립링(링 모양 접촉부)을 통해 밖으로 끌어낼 수 있어, 외부에 저항(기동 저항기)을 연결할 수 있습니다.

    기동할 때 이 2차 저항을 크게 하면 기동전류가 줄고, 비례추이 원리에 따라 기동토크는 오히려 커집니다. 회전이 빨라지면 저항을 순차적으로 줄여 나가는데, 이 방법은 회전자를 밖으로 꺼낼 수 있는 권선형만 가능합니다.

    나머지 보기의 직입 기동, Y-△ 기동, 기동 보상기는 모두 회전자를 만질 수 없는 농형 전동기가 고정자(전원 쪽) 인가전압을 낮춰 기동하는 방식입니다.

    이런 문제가 나오면 → '권선형=2차 저항(기동 저항기), 농형=전압 조절'로 구분하세요.

    한 걸음 더

    권선형 전동기는 슬립링을 통해 회전자(2차)에 외부 저항을 접속할 수 있고, 기동 시 저항을 크게 하면 기동전류 억제와 기동토크 증대(비례추이)가 동시에 가능하다 → ②

    기동 보상기·Y-△·직입 기동은 회전자를 외부에서 다룰 수 없는 농형 전동기가 1차(고정자) 전압을 낮추는 방식이라 소거된다.

    이 유형은 '1차 제어(농형)인가 2차 제어(권선형)인가'로 판별한다.

    꿀팁: '권선형=2차 저항, 농형=전압 내리기'로 통째로 암기.

15. 문항 15 전기기기 · 유도전동기

    60[Hz]로 설계된 3상 유도전동기를 50Hz에 사용하는 경우 나타나는 특성에 대하여 올바르게 설명하지 않은 것은?

    1. 속도가 감소한다.
    2. 자속이 증가한다.
    3. 온도가 내려간다.
    4. 기동전류가 약간 증가한다.

    정답과 해설

    정답 3번

    전압이 같은 채 주파수만 낮아지면 자속이 커져 온도는 오르는 쪽이므로, 내려간다는 설명이 틀리다.

    풀이

    전압이 같은 채 주파수만 낮아지면 자속이 커져 온도는 오르는 쪽이므로, 내려간다는 설명이 틀리다.

    풀이

    유도전동기의 자속은 공급전압에 비례하고 주파수에 반비례하며, 동기속도는 주파수에 비례한다. 식으로는 $\Phi \propto \dfrac{V}{f}$, $N_s=\dfrac{120f}{P}$이다.

    공급전압이 그대로인 채 60Hz용 전동기를 50Hz에 쓰면 자속은 커진다.

    $\dfrac{60}{50}=1.2$

    회전자계의 속도는 주파수에 비례하므로 50/60로 줄어든다. 자속이 커지면 철심이 포화 쪽으로 가서 여자전류가 커지고 철손도 대체로 증가한다. 그래서 온도는 내려가지 않고 오르는 쪽으로 간다. 다만 실제 온도는 부하와 설계 여유에 따라 달라진다.

    권선의 리액턴스는 주파수에 비례하므로 $X=2\pi fL$이 작아진다. 임피던스가 줄어 같은 전압에서 기동전류는 약간 커진다.

    나머지 보기

    · 「속도가 감소한다」 — 동기속도가 주파수에 비례해 줄어든다.

    · 「자속이 증가한다」 — 전압이 같으면 자속이 주파수에 반비례해 커진다.

    · 「기동전류가 약간 증가한다」 — 리액턴스가 줄어 임피던스가 작아진다.

    헷갈리는 점

    속도가 줄면 발열도 줄 것 같지만, 같은 전압에서는 자속 증가에 따른 여자전류와 철손 증가가 발열 쪽으로 작용한다.

    한 걸음 더

    전압이 같은 채 주파수만 낮아지면 자속이 커져 온도는 오르는 쪽이므로, 내려간다는 설명이 틀리다.

    $\Phi\propto V/f$, $N_s=\dfrac{120f}{P}$ — 60Hz용을 50Hz에 쓰면 자속 1.2배, 속도 감소

    속도가 줄면 발열도 줄 것 같지만, 같은 전압에서는 자속 증가에 따른 여자전류와 철손 증가가 발열 쪽으로 작용한다.

16. 문항 16 전기기기 · 유도전동기

    3상 유도 전동기의 기동법 중 전전압 기동에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

    1. 소용량 농형 전동기의 기동법이다.
    2. 소용량의 농형 전동기에서는 일반적으로 기동 시간이 길다.
    3. 기동시에는 역률이 좋지 않다.
    4. 전동기 단자에 직접 정격 전압을 가한다.

    정답과 해설

    정답 2번

    「기동 시간이 길다」가 옳지 않다. 전전압 기동은 기동 토크가 커 같은 부하에서 기동 시간이 짧은 것이 일반적이다.

    풀이

    「기동 시간이 길다」가 옳지 않다. 전전압 기동은 기동 토크가 커 같은 부하에서 기동 시간이 짧은 것이 일반적이다.

    풀이

    전전압 기동은 전동기 단자에 정격 전압을 그대로 인가하는 직입 기동이다.

    기동 전류는 정격 전류의 5~8배, 기동 토크는 정격 토크의 1~2배로 크다.

    소용량 농형 전동기는 기동 전류가 전원에 주는 영향이 작아 이 기동법을 쓴다.

    기동 때는 전류의 위상이 전압보다 크게 뒤져 역률이 낮다.

    기동 시간은 부하의 관성 모멘트와 평균 가속 토크에 따라 정해진다.

    전전압 기동은 기동 토크가 커 가속이 빠르다.

    그래서 같은 부하에서 감전압 기동보다 기동 시간이 짧은 것이 일반적이다.

    그러므로 「기동 시간이 길다」는 설명이 옳지 않다.

    나머지 보기

    · 「소용량 농형 전동기의 기동법이다」 — 옳다. 소용량은 기동 전류가 전원에 주는 영향이 작다.

    · 「기동시에는 역률이 좋지 않다」 — 옳다. 기동 때 전류의 위상이 전압보다 크게 뒤진다.

    · 「전동기 단자에 직접 정격 전압을 가한다」 — 옳다. 직입 기동은 정격 전압을 그대로 인가한다.

    헷갈리는 점

    전전압 기동이라도 부하 관성이 크면 기동 시간이 길어질 수 있다. 감전압 기동은 기동 토크가 줄어 같은 조건에서 기동 시간이 더 길어지는 쪽이다.

    한 걸음 더

    「기동 시간이 길다」가 옳지 않다. 전전압 기동은 기동 토크가 커 같은 부하에서 기동 시간이 짧은 것이 일반적이다.

    전전압(직입) 기동 = 정격 전압을 단자에 직접 인가, 소용량 농형용, 기동 전류 정격의 5~8배, 같은 부하에서 감전압 기동보다 기동 시간이 짧다

    전전압 기동이라도 부하 관성이 크면 기동 시간이 길어질 수 있다.

17. 문항 17 전기기기 · 유도전동기

    3상 유도전동기의 특성에서 비례추이하지 않는 것은?

    1. 출력
    2. 1차 전류
    3. 역률
    4. 2차 전류

    정답과 해설

    정답 1번

    출력은 $r_2/s$ 외에 $(1-s)$가 곱해지므로 2차 저항을 바꿔도 비례추이하지 않는다.

    풀이

    출력은 $r_2/s$ 외에 $(1-s)$가 곱해지므로 2차 저항을 바꿔도 비례추이하지 않는다.

    풀이

    비례추이는 2차 저항을 $m$배 하면 같은 값이 나오는 슬립도 $m$배로 옮겨 가는 성질이다. 권선형 유도전동기에서 어떤 특성 값이 $r_2/s$만으로 정해지면 이 성질이 성립한다.

    2차 전류는 $I_2 = \dfrac{E_2}{\sqrt{(r_2/s)^2 + x_2^2}}$ 꼴이어서 $r_2/s$가 같으면 값도 같다. 1차 전류와 역률도 같은 등가 임피던스로 정해지므로 함께 비례추이한다.

    출력은 $P_0 = I_2^2\, r_2 \dfrac{1-s}{s}$ 로 $(1-s)$가 따로 곱해진다. $r_2/s$가 같아도 슬립이 다르면 출력 값이 달라지므로 비례추이하지 않는다.

    나머지 보기

    · 1차 전류 — 2차 전류와 여자 전류의 합이라 $r_2/s$로 정해진다.

    · 역률 — 등가 임피던스의 저항분과 리액턴스분의 비로 정해진다.

    · 2차 전류 — 크기가 $r_2/s$와 $x_2$만으로 정해져 비례추이한다.

    헷갈리는 점

    토크와 1차 입력은 비례추이하지만 출력, 효율, 2차 동손은 비례추이하지 않는다. 토크는 되고 출력은 안 된다는 점이 자주 엇갈린다.

    한 걸음 더

    출력은 $r_2/s$ 외에 $(1-s)$가 곱해지므로 2차 저항을 바꿔도 비례추이하지 않는다.

    비례추이 하는 것: 토크·1차 전류·2차 전류·역률·1차 입력 / 하지 않는 것: 출력·효율·2차 동손

    토크와 1차 입력은 비례추이하지만 출력, 효율, 2차 동손은 비례추이하지 않는다.

18. 문항 18 전기기기 · 유도전동기

    3상 유도전동기의 Y-△ 기동 시 기동전류와 기동토크는 전전압 기동시의 몇 배인가?

    1. $\sqrt3$배
    2. 3배
    3. $\frac{1}{\sqrt3}$배
    4. $\frac{1}{3}$배

    정답과 해설

    정답 4번

    Y 기동은 권선 전압이 전전압 △ 기동의 $\frac{1}{\sqrt3}$배라 기동전류와 기동토크가 모두 $\frac{1}{3}$배가 된다.

    풀이

    Y 기동은 권선 전압이 전전압 △ 기동의 $\frac{1}{\sqrt3}$배라 기동전류와 기동토크가 모두 $\frac{1}{3}$배가 된다.

    풀이

    Y-△ 기동은 Y 결선으로 기동하고, 가속한 뒤 △ 결선으로 바꿔 운전한다. 비교 기준은 같은 전동기를 △ 결선 그대로 전전압 기동할 때다.

    Y 결선에서는 권선 하나에 선간전압의 $\frac{1}{\sqrt3}$배가 걸린다. 권선 임피던스는 같으므로 권선 전류도 $\frac{1}{\sqrt3}$배가 된다.

    △ 결선은 선전류가 권선 전류의 $\sqrt3$배이고, Y 결선은 선전류와 권선 전류가 같다. 전원에서 흐르는 기동전류의 비는 다음과 같다.

    $\frac{I_Y}{I_\triangle}=\frac{1/\sqrt3}{\sqrt3}=\frac{1}{3}$

    기동토크는 권선에 걸리는 전압의 제곱에 비례한다.

    $\frac{T_Y}{T_\triangle}=\left(\frac{1}{\sqrt3}\right)^2=\frac{1}{3}$

    선전류로 본 기동전류와 기동토크가 전전압 △ 기동의 $\frac{1}{3}$배로 같다.

    나머지 보기

    · $\sqrt3$배 — △ 결선에서 선전류가 권선 전류보다 큰 비율이다.

    · 3배 — 비교 방향을 뒤집어 △ 기동을 Y 기동에 견준 값이다.

    · $\frac{1}{\sqrt3}$배 — 권선 전압과 권선 전류가 줄어드는 비율이다.

    헷갈리는 점

    권선 전류만 보면 $\frac{1}{\sqrt3}$배에서 멈추기 쉽다. 기동전류는 전원 쪽 선전류로 따지므로 △ 결선의 $\sqrt3$배 관계까지 넣어야 $\frac{1}{3}$배가 나온다.

    한 걸음 더

    Y 기동은 권선 전압이 전전압 △ 기동의 $\frac{1}{\sqrt3}$배라 기동전류와 기동토크가 모두 $\frac{1}{3}$배가 된다.

    권선 전류만 보면 $\frac{1}{\sqrt3}$배에서 멈추기 쉽다.

19. 문항 19 전기기기 · 유도전동기

    전동기의 제동에서 역기전력이 높아서 전원 쪽으로 전기를 되돌려 주면서 제동하는 방법은?

    1. 발전제동
    2. 역전제동
    3. 마찰제동
    4. 회생제동

    정답과 해설

    정답 4번

    회생제동은 역기전력이 전원전압보다 높아져 전력을 전원으로 되돌려 주는 제동 방식이다.

    풀이

    정답 근거: 회생제동은 전동기의 회전속도가 동기속도(또는 정격속도)를 넘어서면서 발생한 역기전력이 전원전압보다 높아져 전력을 전원 쪽으로 되돌리며 제동하는 방법이다.

    오답 소거: 발전제동은 저항에서 열로 소비(전원 반환 없음), 역전제동은 결선을 반대로 하는 방법, 마찰제동은 기계적 마찰을 이용하는 방법으로 역기전력을 전원으로 되돌리는 원리와는 다르다.

    핵심 개념: 회생제동=역기전력>전원전압일 때 전력을 전원으로 반환.

    암기팁: '회생=전기를 되살려(전원으로) 보낸다'로 암기한다.

    처음이라면

    전동기를 제동(멈추게)하는 방법은 여러 가지예요. 그중 회생제동은 '회생'이라는 말처럼 전기를 되살려 전원으로 돌려보내는 방식입니다.

    전동기가 내리막을 달리거나 과속 상태가 되어 정격속도(동기속도)보다 빨라지면 역기전력이 전원전압보다 커집니다. 그러면 전동기가 발전기처럼 동작하면서 전력을 전원 쪽으로 되돌려 주고, 그 반작용으로 제동이 걸립니다. 전철이 내리막에서 전기를 회수하는 것이 대표적인 예입니다.

    발전제동은 역기전력을 저항에서 열로 소모해 버려 전원으로 되돌리지 않고, 역전제동은 결선을 반대로 해 회전 방향과 반대 토크를 거는 방식이며, 마찰제동은 기계적 마찰을 이용합니다.

    이런 문제가 나오면 → '전원으로 되돌려 준다'는 문구가 보이면 회생제동으로 답하세요.

    한 걸음 더

    회생제동은 회전속도가 동기속도를 넘어 역기전력 > 전원전압이 되면 전동기가 발전기로 동작해 전력을 전원에 반환하며 제동(④).

    발전제동(저항에서 열로 소비), 역전제동(결선 반전), 마찰제동(기계적)은 전원 반환과 무관해 소거된다.

    '전원으로 되돌린다'는 표현이 나오면 무조건 회생제동을 묻는 패턴이다.

    꿀팁: '회생=되살려(전원으로) 보낸다'로 기억한다.

20. 문항 20 전기기기 · 정류기 및 제어기기

    위치결정 기구에 사용되는 전동기는?

    1. 스테핑 모터
    2. 셰이딩 모터
    3. 전기 동력계
    4. 반동 전동기

    정답과 해설

    정답 1번

    스테핑 모터는 펄스 1개당 정해진 각도로 회전하므로 위치결정 기구용 전동기다.

    풀이

    스테핑 모터(Stepper Motor)는 입력 펄스 신호 1개당 정해진 각도(스텝각)만큼 정밀하게 회전하는 전동기로, 피드백 없이도 위치와 속도를 정확하게 제어할 수 있어 프린터, 공작기계, 로봇 등 위치 결정 기구에 널리 사용된다.

    셰이딩 모터, 전기 동력계, 반동 전동기는 각각 다른 용도의 기기이다.

    핵심 공식: 스테핑모터 - 펄스 1개 = 회전각 1스텝(개루프 위치제어)

    암기팁: '펄스 세면 위치를 안다'는 것이 스테핑 모터의 핵심.

    [참고] 전기기능사 시험에서는 이러한 정의와 수치를 정확히 구분하여 묻는 문제가 자주 출제되므로, 관련 용어와 규정값을 서로 짝지어 반복 학습해 두는 것이 실전에서 큰 도움이 된다.

    처음이라면

    위치결정 기구란 프린터 헤드, 공작기계, 로봇 팔처럼 물체를 정확한 위치에 옮겨 놓아야 하는 장치를 말합니다.

    스테핑 모터(스테퍼 모터)는 입력 펄스 신호 1개가 들어올 때마다 정해진 각도(스텝각)만큼 딱딱 맞춰 회전합니다. 몇 개의 펄스를 주었는지만 세면 모터가 어디까지 회전했는지 정확히 알 수 있어, 별도의 센서(피드백) 없이도 개루프로 정밀한 위치·속도 제어가 가능합니다. 그래서 위치결정 기구에 가장 널리 쓰입니다.

    셰이딩 모터는 단상 전동기의 기동용 코일이고, 전기 동력계는 회전기 시험용, 반동 전동기는 계기용 등으로 용도가 전혀 다릅니다.

    이런 문제가 나오면 → '펄스 개수 = 회전 위치'가 성립하는 전동기를 찾으면 스테핑 모터입니다.

    한 걸음 더

    스테핑 모터는 펄스 1개당 스텝각씩 회전하는 개루프 위치제어 전동기로, 위치결정 기구에 사용된다

    셰이딩 코일은 단상기동용, 동력계는 측정용 등으로 키워드와 맞지 않는다.

    이 유형은 '전동기 이름 ↔ 용도' 짝짓기 패턴이다.

    꿀팁: '위치결정·펄스 = 스테핑'으로 연상하고, 프린터·로봇 사례로 기억을 고정한다.

21. 문항 21 전기기기 · 유도전동기

    위치 제어에 사용하는 전동기는?

    1. 스탠딩 모터
    2. 서보 모터
    3. 스테핑 모터
    4. 전기동력계

    정답과 해설

    정답 2번

    서보 모터는 피드백 폐루프 제어로 위치를 정밀하게 제어하는 위치제어용 전동기다.

    풀이

    정답 근거: 서보모터는 피드백제어를 통해 위치, 속도, 자세를 정밀하게 제어할 수 있어 전기설비 계통의 위치선정 등에 사용된다.

    오답 소거: 스탠딩모터, 스테핑모터(펄스제어), 전기동력계(부하시험용)는 위치선정을 위한 정밀 피드백제어 목적과는 다르다.

    핵심 공식: 서보모터=피드백 폐루프 제어(정밀 위치제어).

    암기팁: '서보(servo)=시중드는 모터, 정밀하게 위치를 맞춘다'.

    처음이라면

    '서보(servo)'는 '시중들다, 종처럼 따르다'라는 뜻입니다. 서보 모터는 목표 위치를 정하면 센서로 현재 위치를 계속 확인(피드백)하며 그 목표에 정확히 도달하도록 스스로 수정하는 전동기입니다. 그래서 위치 제어의 대표적인 모터입니다.

    핵심 오답은 스테핑 모터입니다. 펄스 신호 하나에 일정 각도씩 도는 개루프 방식이라 위치를 '여는' 데는 쓰이지만, 피드백으로 오차를 정밀하게 보정하지는 못합니다.

    전기동력계는 모터의 출력·특성을 측정하는 부하 시험 장비이고, 스탠딩 모터도 정밀 위치 제어용 기종이 아닙니다.

    이런 문제가 나오면 → '정밀 위치제어 = 서보(피드백 폐루프), 펄스 각도 제어 = 스테핑(개루프)'로 구분하세요.

    한 걸음 더

    서보 모터는 위치 센서의 피드백(폐루프) 제어로 위치·속도를 정밀하게 제어하는 위치제어용 전동기입니다(②).

    스테핑은 개루프 펄스 제어, 전기동력계는 부하시험 장비 등 나머지는 목적이 다릅니다.

    전동기 문제는 '용도 짝짓기'가 기본 패턴입니다.

    꿀팁: '서보 = 시중들듯 명령에 충실 → 정밀 위치제어'로 연상.

22. 문항 22 전기기기 · 유도전동기

    [변형] 7.5[kW],200[V] 유도전동기의 전전압 기동 시의 기동전류가 $180[A]$이었다. 여기에 Y−Δ 기동 시 기동전류는 몇 $[A]$가 되는가?

    1. 60
    2. 90
    3. 104
    4. 540

    정답과 해설

    정답 1번

    Y−Δ 기동 시 기동전류는 전전압 기동의 1/3배이고, 기동토크도 1/3로 감소한다.

    풀이

    정답 근거: Y-Δ 기동 시 기동 전류는 전전압(델타) 기동 시 기동 전류의 $\frac{1}{3}$배로 감소합니다.

    $I_Y=\frac{1}{3}\times180=60[A]$가 되어 정답은 1번입니다.

    오답 소거: 90A는 $\frac{1}{2}$로 잘못 나눈 값, 104A는 $\frac{1}{\sqrt3}$을 곱한 착각(상전류-선전류 혼동), 540A는 오히려 3배로 곱해 기동전류를 줄이는 목적과 반대로 계산한 값입니다.

    핵심 공식: Y-Δ 기동 시 기동전류 = 전전압 기동전류 × $\frac13$. 원 기출의 수치 변형 문제입니다.

    처음이라면

    Y−Δ 기동은 기동 순간에만 결선을 Y(스타)로 바꿔 1상에 걸리는 전압을 1/√3로 낮추는 방법입니다. 전압이 줄어 상전류도 1/√3, 선전류 관계까지 합쳐 결국 전전압(Δ) 기동의 1/3이 됩니다.

    공식: I_Y = (1/3) × I_Δ

    대입: I_Y = (1/3) × 180 = 60[A] → ①

    오답 중 90[A]는 1/2로 나눈 실수, 104[A]는 1/√3만 적용한 상전류·선전류 혼동이고, 540[A]는 3배로 곱해 감소 목적과 반대인 값입니다.

    이런 문제가 나오면 → Y−Δ는 전류·토크 모두 1/3 감소, 무조건 "1/3"로 외우세요.

    한 걸음 더

    Y−Δ 기동전류 = 전전압 기동전류 × 1/3 = 180/3 = 60A → ①

    오답 소거: 90은 1/2, 104는 1/√3만 적용, 540은 3배 곱 오류.

    결선 변경에 따른 기동전류·기동토크 비율을 묻는 패턴.

    꿀팁: "Y−Δ 들어가면 전류도 토크도 1/3" 한 줄 암기.

23. 문항 23 전기기기 · 유도전동기

    전동기의 회전 방향을 바꾸는 역회전의 원리를 이용한 제동 방법은?

    1. 역상제동
    2. 유도제동
    3. 발전제동
    4. 회생제동

    정답과 해설

    정답 1번

    회전 중 전원 두 선을 바꿔 반대 방향 토크를 내 급정지시키는 방식이 역상제동이다.

    풀이

    회전 중 전원 두 선을 바꿔 반대 방향 토크를 내 급정지시키는 방식이 역상제동이다.

    풀이

    회전자계의 방향이 바뀌면 회전자는 반대 방향 토크를 받는다.

    3상 유도 전동기의 회전자는 고정자가 만드는 회전자계를 따라 돈다. 회전 중에 전원 세 선 가운데 두 선을 바꿔 접속하면 회전자계가 반대로 돈다. 회전자는 원래 방향으로 돌고 있으므로 이를 거스르는 토크를 받아 빠르게 감속한다. 역회전 원리를 제동에 쓴 이 방법을 역상제동(플러깅)이라 한다.

    나머지 보기

    · 발전제동 — 전원을 끊고 발전기로 돌려 생긴 전력을 저항에서 열로 소비한다.

    · 회생제동 — 발전기로 동작시켜 생긴 전력을 전원 쪽으로 되돌려 보낸다.

    · 유도제동 — 전원 두 선을 바꿔 역방향 토크를 내는 방식의 이름이 아니다.

    헷갈리는 점

    속도가 0이 된 뒤에도 바꾼 접속을 그대로 두면 전동기는 반대 방향으로 돌기 시작한다. 그래서 역상제동에서는 정지 직전에 전원을 끊는 장치를 함께 쓴다.

    한 걸음 더

    회전 중 전원 두 선을 바꿔 반대 방향 토크를 내 급정지시키는 방식이 역상제동이다.

    역상제동은 회전 중 3상 중 두 상을 바꿔 역토크로 급정지하고, 발전제동은 저항에서 열로 소비하며, 회생제동은 전원으로 되돌린다.

    속도가 0이 된 뒤에도 바꾼 접속을 그대로 두면 전동기는 반대 방향으로 돌기 시작한다.