개념 한 쪽
유도전동기는 구조적 유형과 전원 조건에 따라 적절한 기동법을 선택해야 한다는 점이 중요하다. 권선형과 농형의 차이점은 기동 방법을 결정하는 핵심 요소이며, 전압·주파수·부하에 따른 전류·토크·역률의 변화를 이해해야 기동과 제동, 속도제어에서 올바른 판단을 할 수 있다.
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출제기준 단원 「기동법과 속도제어 및 제동」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 역률 변화 원인 판단 | 1 | 주파수 변화가 전동기 역률에 미치는 인과관계 파악 |
| 효율·손실 계산 | 1 | 출력과 효율로부터 입력과 손실을 계산하는 방법 적용 |
| 권선형 기동법 선택 | 1 | 권선형 유도전동기에 적합한 기동법(2차 저항법) 선택 |
유도전동기는 농형과 권선형으로 구분되며, 권선형은 회전자 권선이 외부로 나오므로 2차 회로에 저항을 삽입하여 기동 성능을 조절할 수 있는 특징이 있다. 권선형에서는 2차 저항법이나 비례추이를 이용한 기동이 적합하다는 점을 기억한다.
전원 주파수와 전압은 전동기의 리액턴스와 임피던스에 직접 영향을 준다. 리액턴스 X는 2πfL에 비례하므로 주파수가 낮아지면 리액턴스가 감소하고 전체 임피던스가 줄어든다. 이로 인해 여자전류가 증가하고, 코어의 자속 밀도가 커져 포화가 일어날 수 있으며 전류와 전압 사이의 위상차가 커져 역률이 저하되는 경향을 보인다.
전동기의 효율과 손실 관계는 입력전력과 출력전력의 비로 표현되며, 손실은 입력에서 출력을 뺀 값으로 계산한다. 효율 η가 주어지면 입력전력은 출력/η가 되고, 손실은 출력×(1/η - 1)로 표현할 수 있다. 이 관계를 통해 기동 시와 운전 시의 전력 흐름을 파악한다.
토크 계산은 출력과 각속도의 관계로 정리한다. 토크 T는 동력 P를 각속도 ω로 나눈 값이며, 단위 변환을 올바르게 수행해야 원하는 단위(예: kg·m)를 얻을 수 있다. rpm이나 rps를 각속도(rad/s)로 바꾸고, 필요 시 N·m을 kg·m로 환산할 때 중력가속도로 나눈다는 점을 확인한다.
기동법 선택과 성능 판단 문제는 위의 기본 인과관계들을 연결하여 접근한다. '주파수↓ → 리액턴스↓ → 임피던스↓ → 여자전류↑ → 역률↓'와 같은 인과고리를 숙지하고, 권선형은 2차 저항 삽입으로 기동토크를 개선한다는 점을 핵심으로 삼는다.
대표 계산 1 — 손실 계산 예시 출력 1kW에 효율이 80%인 전동기의 손실을 구한다. 입력전력은 출력÷효율 = 1000W ÷ 0.8 = 1250W가 된다. 손실은 입력전력 - 출력 = 1250W - 1000W = 250W가 된다.
대표 계산 2 — 토크 계산 예시 출력 8200W, 회전수 855rpm일 때 토크를 구한다. 출력(kg·m/s)로 환산하면 8200W ÷ 9.8 ≈ 836.7 kg·m/s가 된다. 각속도 ω = 2π × (855/60) ≈ 89.5 rad/s이므로 토크 T = 836.7 ÷ 89.5 ≈ 9.35 kg·m가 된다.
응용 해설 주파수가 정격보다 낮을 때는 리액턴스 감소로 여자전류가 증가하고 역률이 저하된다는 인과관계를 연결하여 선지를 평가한다. 권선형 전동기 기동 문제는 '회전자 측 저항 삽입' 여부로 접근하여 2차 저항법을 선택하는지 확인한다.
전동기의 역률에 대한 설명 중 옳은 것은?
정답 ① · 유도전동기의 역률은 무부하 전류의 크기와 부하 전류의 크기 비에 의해 크게 영향을 받습니다. 극수가 같은 경우, 출력이 클수록 정격 부하 전류가 증가하지만 무부하 전류(주로 자화 전류)의 비율은 상대적으로 감소하게 됩니다.
유도전동기 역률은 무부하 자화전류 대 부하전류 비율로 결정되며, 동일 극수에서 출력 증가는 부하전류 증가를 유발해 역률을 개선한다.
출력 1kw, 효율 80%인 유도 전동기의 손실은 몇 W인가?
정답 ④ · 전동기의 효율(η)은 출력(Pout)과 입력(Pin)의 비율로 나타냅니다. 출력이 1kW(1000W)이고 효율이 80%이므로, 입력은 1000 / 0.8 = 1250W가 됩니다.
손실은 입력에서 출력을 뺀 값이므로, 입력=출력/효율로 계산한 후 출력을 차감합니다.
권선형 유도전동기의 기동방법으로 가장 적당한 것은?
정답 ④ · 문항은 권선형 유도전동기의 적절한 기동방법을 묻고 있으며, 권선형은 회전자 권선을 외부 회로와 연결할 수 있으므로 2차 회로에 저항을 삽입하는 2차 저항법을 사용해 기동 토크를 높이고 기동전류를 억제하는 방법이 적합하다. 전전압 기동이나 리액터 기동 등은 주로 다른 전동기 형식에 적용되는 방법이다.
권선형 유도전동기는 2차 회로에 저항을 삽입하여 기동 토크를 높이는 2차 저항법을 사용한다.
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