단상 유도전동기란?

오늘은 단상 유도 전동기에 대해서 알아보겠습니다.

단상 유도 전동기 기동원리

단상 유도전동기는 1[HP]이하의 소형전동기로서 3상 유도전동기에 비하여 특성이 떨어지지만, 상용전원을 사용할 수 있다는 큰 장점이 있어 3상 유도전동기가 주로 산업용으로 사용되는데 반하여 단상 유도전동기는 가전기기들과 같은 일상제품에서 많이 사용됩니다.

 

한편, 3상 유도전동기에는 3상의 교류를 사용하므로 각각의 상에 공급된 전류는 서로의 위상차를 갖고 자계를 발생합니다. 즉 각각의 상에서 발생하는 자속을 공간상에서 합성한 자속의 파형은 동기 속도로 회전하는 회전자계를 발생시켜 전동기를 회전시킵니다.

그렇다면 단상 전동기는 하나의 상만을 가지고도 회전자계를 얻는 것은 어떤 방법인지 알아보도록 하겠습니다.

그림 1. 전자력 평형상태

그림 1과 같이 단상 권선에 교류전원이 공급되면 교류전류가 권선에 흐르므로 자속도 전류에 따라 맥동(교번)하여 좌우의 방향으로 방향과 크기가 바뀌게 됩니다. 이와같은 맥동 자계에 의하여 회전자 도체에 유도전류가 흐르게 되면 회전자의 위 부분에 있는 도체에서 발생된 전자력과 회전자의 아래 부분 도체에서 발생된 전자력은 서로 크기가 같고 방향이 반대가 되어 전자력이 상쇄되므로 회전력이 발생하지 않아 기동을 할 수가 없습니다.

 

단상 유도전동기는 일단 기동만 시켜주면 맥동자계에 따라 회전자가 동기속도로 회전하므로 처음에 회전시켜주는 방법이 매우 중요합니다.

즉, 단상 유도전동기를 기동시키기 위해서는 자계의 평형상태를 불균형상태로 만들어 주어 기동 토크를 얻는 것이 필요합니다.

이와 같이 단상유도전동기에서 기동 토크를 얻기 위해서는 여러 가지 방법이 사용되고 있는데, 기동방법에 따라 단상 유도전동기를 크게 분상(split-phase)전동기, 콘덴서(커패시터)전동기, 세이딩-폴(Shading-Pole)전동기로 구분합니다.

 

콘덴서를 이용한 기동 방법

그림 2. 콘덴서 전동기 개념도

그 중에서 콘덴서 전동기는 그림 2와 같이 보조권선에 콘덴서를 직류로 삽입하여 기동토크를 얻는 전동기입니다. 즉 그림 1과 같이 콘덴서가 없는 상태에서 자계의 평형상태를 이루고 있던 공급전류(Is=Im)는 그림 3과 같이 보조권선에 삽입된 콘덴서에 의해 위상이 변화된 공급전류(Is)가 되어 권선에 흐르게 됨으로서 그림 2와 같이 전자력의 평형상태가 깨져 기동 토크를 얻게 됩니다.

 

즉, 기동시에 전자력(자계)의 평형상태를 깨뜨려서 기동 토크를 얻기 위해 콘덴서가 필요합니다. 그 다음에 회전자가 움직이기 시작하여 일정 회전수까지 속도가 상승되면 원심력 스위치에 의해 콘덴서를 분리하여 운전하는 방법이 콘덴서를 이용한 단상유도전동기의 콘덴서 기동 방법입니다.