유도전동기 원리
유도 전동기의 회전원리는 회전 자기장에 의해 회전자 코일에 유도된 전류와 회전 자기장과의 상호 작용에 의하여 전자력이 발생되어 회전자를 회전시키며, 이와 같은 동작원리는 직류 전동기의 회전원리와 똑같다. 그러나 직류 전동기와 다른 점은 회전자에 전류를 공급하는 방법이 다르다. 직류 전동기는 브러시를 통해서 회전자 코일에 직접 전류를 공급해 주지만, 유도 전동기는 먼저 고정자 권선에 전원을 인가하여 회전 자기장을 만들고 이 회전자기장이 회전자 도체에 유도전압을 유기시켜 유도 전류를 간접적으롤 공급한다.
유도전동기의 회전원리는 일단 회전자 도체 주변에 영구자석을 회전시켜야 자속의 이동방향으로 회전자가 회전한다. 아라고의 원판을 돌릴때처럼 실제로 영구자석을 외부에서 회전시킨다는 것은 매우 어려우므로 기계적으로 자석을 회전시키는 대신ㄴ에 전지적으로 회전 자기장이 자동적으로 회전하게 만들어 주어야 한다. 회전 자기장의 발생 유도 전동기의 고정자 철심에 감겨 있는 권선에 3상 교류 전원을 가해 줌으로써 쉽게 발생시킬 수 있다.
3상 유도전동기의 이론
회전수와 슬립
2극 3상 유도전동기의 고정자 권선 단자 A,B,C에 3상 교류전압을 인가하면 고정자 내부에 회전 자기장이 생긴다. 이 회전 자기장이 회전자의 도체를 통과함으로써 회전자 도체에는 유도전류가 흐르게 되고 회전자에는 이 유도전류와 회전자속의 곱에 비례하는 토크가 발생하여 회전자는 회전 자기장과 같은 방향으로 회전하기 시작한다.
무부하에서 회전자의 속도 N이 점차 증가하여 회전자기장의 동기속도Ns에 가까워지면 회전자기장과 회전자 속도와의 차는 감소하고 도체를 관통하는 자속의 수도 줄어든다. 그 결과로 회전자 도체에 흐르는 전류도 감소하여 회전자의 발생토크는 출발할 때에 발생된 토크보다 적어진다. 한편 속도는 전동기 자체의 베어링에 대한 마찰로 인한 아주 적은 토크만 발생하면 되므로 전동기의 속도는 거의 떨어지지 않는다.
부하가 증가하여 부하토크가 증가하면 회전자 속도가 낮아져 동기속도와의 차가 커지고 도체를 관통하는 자속의 수도 많아져 회전자의 유도 기전력은 커지고 전동기의 발생토크도 증가하여 속도를 다시 증가시킨다. 따라서 전동기가 토크를 크게 발생하여 부하를 돌려주기 위해서는 회전자의 속도는 반드시 동기속도 이하로 운전되어야 한다.
3상 유도전동기는 항상 회전 자기장의 동기속도와 회전자의 속도사이에 차이가 생기게 되며 이 차이의 값으로 전동기의 속도를 나타낸다.
슬립은 3상 유도전동기의 회전속도를 나타내는 값으로 회전자의 속도가 감소하면 s값이 커지고 회전자의 속도가 증가하면 s값이 작아진다. 슬립은 회전자가 동기속도로 회전할 때 0이고 정지할 때는 1이다.
3상 유도전동기의 특성
속도-토크 특성
3상 유도전동기에서 전원전압을 일정히하고 슬립을 변화시킬 대 속도에 대한 1차전류, 출력 및 토크의 관계를 유도 전동기의 속도 특성곡선이라고 한다. 이 중에서도 속도에 대한 토크의 관계는 매우 중요하게 쓰인다. 유도전동기의 속도-토크 곡선과 부하곡선에서 전동기의 토크와 부하토크의 두 곡선이 만난 교점에서 전동기의 속도는 일정해지나 무부하 속도보다 조금 떨어진다. 그러나 운전 중에 부하토크를 정격토크의 2.5배 이상으로 높여주면 전동기는 급격히 정지하게 된다. 일반적으로 10kw이하의 소용량의 전동기는 동기속도의 80%에서 최대토크를 발생기키고 1,000kw 이상의 대용량 전동기는 동기속도의 98%에서 최대토크를 발생시킨다.
단상 유도전동기
단상유도전동기는 3상 유도전동기에 비하여 특성이 떨어지므로 1마력 이하의 전동기로 제한되며, 사용 단상전원에 접속하여 사용하고 있다. 그러나 단산 유도 전동기는 자기기동을 하지 못하므로, 보조적인 기동방법을 이용하여야 기동할 수 있다.
회전원리
단상 유도전동기의 회전자 구조는 3상 유도전동기의 회전자와 같이 농형이고 고정자 권선은 단상권선으로 되어있다. 단상 유도전동기의 고정자 권선에 단상교류를 공급하면 권선의 축방향으로 자속의 크기와 N,S극성만이 바꿔지는 교번자기장이 발생한다. 이와 같은 교번 자기장에 의하여 회전자 도체에 유도전류가 흐르게 되면 회전자의 윗부분 도체에 발생된 전자력과 회전자의 아랫부분 도체에 발생된 전자력은 서로 크기가 같고 방향이 반대가 되어 전자력이 상쇄되므로 회전력이 발생하지 않아 기동할 수없다.