전기기사 전기기기 : 05-01 유도전동기의 원리와 구조

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전기기사 전기기기 : 05-01 유도 전동기의 원리와 구조

유도 전동기는 전자기 유도 원리를 이용해 회전력을 생성하며, 고정자와 회전자라는 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다. 본 포스팅에서는 유도 전동기의 기본 원리와 구조를 중점적으로 살펴보겠습니다.

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1. 유도 전동기의 원리

유도 전동기는 고정자와 회전자 간의 자속 변화로 인해 회전력이 발생하는 구조입니다. 교류 전압이 고정자에 인가되면, 고정자 내부에 회전 자기장이 형성되고, 이 자기장이 회전자에 유도 전류를 발생시켜 회전력을 생성합니다.

슬립(Slip)과 회전자 전류

유도 전동기의 회전자 속도는 고정자의 회전 자기장 속도보다 항상 낮습니다. 이 속도 차이를 슬립이라 하며, 슬립이 존재할 때에만 유도 전류가 생성됩니다.

• 슬립(S) 공식:
  $ S = \frac{N_s - N_r}{N_s} \times 100 $
  여기서 $N_s$는 동기 속도, $N_r$는 회전자 속도입니다.

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2. 유도 전동기의 구조

2.1 고정자 (Stator)

고정자는 유도 전동기의 고정된 부분으로, 고정자 권선에 교류 전압이 인가되어 회전 자기장을 생성합니다. 고정자는 보통 실리콘 강판으로 구성된 철심에 권선을 감은 형태입니다.

2.2 회전자 (Rotor)

회전자는 고정자의 자기장에 의해 회전하며, 유도 전류가 발생하는 부분입니다. 회전자에는 농형 회전자와 권선형 회전자 두 가지 종류가 있습니다.

• 농형 회전자: 주로 작은 크기의 유도 전동기에 사용되며, 동봉된 구조로 자기장을 효율적으로 이용할 수 있습니다.
• 권선형 회전자: 고출력 유도 전동기에 사용되며, 회전자에 권선이 감겨 있어 외부 저항 연결이 가능합니다.

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3. 유도 전동기의 효율

유도 전동기의 효율은 전력 손실을 고려하여 출력 전력과 입력 전력의 비율로 나타냅니다.

• 효율 공식:
  $ \text{효율} = \frac{\text{출력}}{\text{입력}} \times 100 $

효율은 전동기의 성능을 나타내는 지표로, 입력 전력 중에서 출력 전력으로 얼마나 전환되는지를 나타냅니다.

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4. 전압 변동률

전압 변동률은 부하에 따른 전압 변화율을 의미하며, 변동률이 낮을수록 전압이 안정적으로 유지됩니다.

• 전압 변동률 공식:
  $ % \Delta V = \frac{V_{nl} - V_{fl}}{V_{nl}} \times 100 $
  여기서 $V_{nl}$은 무부하 전압, $V_{fl}$은 부하 전압입니다.

전압 변동률을 통해 유도 전동기의 부하 특성을 파악할 수 있습니다.

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위 내용을 통해 유도 전동기의 기본 원리와 구조, 효율 및 전압 변동률 계산 방법을 이해할 수 있습니다. 전기기사 시험 대비 시 이론적인 부분과 함께 해당 공식을 숙지하여 계산 문제에 대비하시기 바랍니다.