전기공사기사 유도전동기 회전 원리 — 회전자계와 슬립, 농형과 권선형

유도전동기는 고정자의 회전자계가 회전자 도체를 지나면서 전자기 유도로 전류를 만들고, 그 전류가 자계로부터 힘을 받아 회전한다. 회전자계와 회전자 사이에 속도 차이, 곧 슬립이 있어야 유도 기전력이 생기므로 동기속도에서는 토크가 0이 된다.

3상 대칭 교류가 만드는 합성 회전자기장은 크기가 일정하다. 회전 속도는 동기속도 Ns=120f/P로 정해져 전원 주파수에 비례하고 전압 크기와는 무관하다. 임의의 두 상을 바꾸면 상순이 뒤바뀌어 회전 방향만 반대가 되고 크기는 그대로다. 3상 평형 전류의 합성 자계 크기는 각 상 최댓값의 3/2배다.

아라고의 원판 실험에서 움직이는 자석은 고정자의 회전자계에, 도체 원판은 회전자 도체에 해당한다. 원판에 유도된 전류와 자석의 상호 작용으로 원판이 도는 것과 같은 원리다. 회전자 전류가 만드는 자계도 고정자 회전자계와 같은 속도로 돈다.

동기속도는 슬립이 변해도 바뀌지 않는다. 6극 60Hz이면 Ns=120×60/6인 1200rpm이고, 슬립이 2%에서 5%로 변해도 이 값은 그대로다. 슬립 주파수는 f₂=s×f이므로 5%일 때 0.05×60인 3Hz다. 1200rpm에서 극수를 역산하면 1200=120×60/P이므로 P는 6이고, 1200rpm은 초당 20회전이므로 0.2초에 4회전하여 기계각은 4×360인 1440도다. 12극 60Hz이면 Ns=120×60/12인 600rpm이고, 기계적 각속도는 2π×600/60인 약 62.8rad/s다.

회전자는 구조에 따라 농형과 권선형으로 나뉜다. 농형은 도체 막대를 양단 단락링으로 묶은 폐회로라 견고하고 제작이 쉽지만, 회전자 회로를 외부로 끌어낼 수 없어 기동용 외부 저항을 연결할 수 없다. 권선형은 슬립링과 브러시로 외부 저항을 연결해 기동 전류를 억제할 수 있다. 농형이 권선형보다 대형 전동기에 널리 쓰인다는 설명은 사실과 맞지 않는다.