5. 유도전동기에서 Slip(슬립)이 필요한 이유

5. 유도전동기에서 Slip(슬립)이 필요한 이유


유도전동기가 회전하기 위해서는 Slip(슬립)이 필요하다. Slip이 무엇인지, 왜 필요한지 알아보자.

---

1. Slip(슬립)이란?
2. 유도전동기에서 Slip(슬립)이 필요한 이유?
3. Slip(슬립) 공식

---

---

1. Slip(슬립)이란?

유도전동기의 회전을 생각해보면 고정자에 3상교류전류를 공급해서 회전자계가 생성되면 회전자인 코일이 그 회전자계를 따라가는 형태이다.

유도전동기 고정자 회전자계, 회전자 코일

유도전동기에서 회전자가 회전자계를 따라갈 때 회전자계와 똑같이 움직이지 못한다. 회전자계를 거의 따라가기도 하고 뒤쳐지기도 하면서 회전하게 된다. 그러므로 회전자계와 회전자 사이에는 차이가 생기는데, 여기에서의 차이를 Slip(슬립)이라고 생각하면 된다. 고정자 회전자계 회전속도와 회전자의 회전속도의 차이의 비율을 나타낸 것을 Slip(슬립)이라고 한다.

유도전동기 슬립(Slip)

---

2. 유도전동기에서 Slip(슬립)이 필요한 이유?

전동기는 직류전동기와 유도전동기로 나눌 수 있다. 직류전동기는 코일에 전류를 직접 공급해줘서 상관없지만 유도전동기에서는 코일에 유도전류를 공급해줘야한다. 유도전류를 공급하기 위해서는 1. 코일이 단락되어 있어야 한다. 2. 코일을 지나는 자기장의 크기가 시간에 따라 변해야 한다. 라는 조건이 필요하다.

그런데 유도전동기의 고정자 회전자계의 회전과 회전자코일의 회전이 완전 똑같다면?
코일을 지나는 자기장의 크기와 방향이 일정해진다. 자기장의 크기가 변하지 않기 때문에 유도전류가 생성되지 않아서 유도전동기가 회전할 수 없다. 그러므로 회전자계가 회전할 때 회전자와 어느정도 속도차이가 생겨야 유도전류가 생성되고 코일이 회전할 수 있다.

고정자 회전자계, 회전자 회전속도 동일한 경우

그래서 유도전동기에서 회전자계를 따라 회전자코일이 회전할 때 회전자코일이 회전자계 속도를 완전히 따라잡지 못하고 속도를 따라잡을때 쯤에 회전자코일의 속도가 느려지는 모습을 확인할 수 있다

---

3. Slip(슬립) 공식

(1) 슬립 s = (Ns - N) / Ns
( Ns = 고정자의 회전자계속도, N = 회전자의 회전속도, s = 0~1 )
- s = 고정자의 회전자계속도에 대한 회전자의 회전속도 비율이므로 s(슬립)가 '0'에 가까울수록 회전자계속도와 회전자속도가 비슷해지는 거고, s(슬립)가 '1'에 가까울수록 회전자계속도가 회전자속도보다 빨라진다.

ex)
기동시점
기동시점의 Ns는 교류전류에 의해 생성된 고정자 회전자계속도이므로 속도가 점점 빨라지는게 아니라 전원투입하자마자 동기속도 Ns로 회전한다. 그러므로 고정자의 회전자계속도 = 동기속도인 Ns 이다.
기동시점의 회전자 코일은 멈춰있다. 그러므로 회전자의 회전속도 N = 0 이다.
공식에 대입해보면 슬립 s = 1이다.

*동기속도 (synchronous speeds) : 동기속도는 단위가 RPM으로 교류를 전원으로 하는 모터에서 교류 전류를 걸어 주었을 때 자석이 회전하는 회전 속도이다. 전원에서 공급하는 교류전류이므로 전원에 이상만 없다면 일정한 속도이다.


회전자속도가 고정자의 회전자계속도를 따라 잡는 시점
회전자의 회전속도(N)가 동기속도 Ns와 같아지는 시점이므로 공식에 대입해보면 s = 0 이다.



(2) 상대속도 sNs = Ns - N
- 고정자의 회전자계속도에 s(슬립)을 곱해주면 고정자의 회전자계속도와 회전자속도의 차이다.


(3) 회전자의 회전속도 N = (1 - s)Ns
- 고정자의 회전자계속도에 (1 - s)를 곱해주면 회전자의 회전속도이다.


(4) 회전자의 회전자계 Nr = sNs + (1 - s)Ns = Ns
- 회전자의 회전자계는 두 값의 합으로 나타낼 수 있다. 회전자의 회전(N)과 회전자 전류에 의한 회전자계(sNs)의 합.
회전자의 회전속도는 코일의 회전 속도로 보면 된다. 위의 (3)번 항목처럼 N = (1 - s)Ns로 나타낼 수 있다.
회전자 전류에 의한 회전자계는 코일에 유도된 전류에 의한 자계의 회전속도이다. 이 속도는 고정자에서 발생한 회전자계와 코일의 회전속도에 의해 상대적으로 바뀌는 값이다. 그러므로(2)번 항목처럼 상대속도 sNs로 나타낼 수 있다.

실제 코일의 회전 속도가 느려지면 고정자의 회전자계와 코일의 회전속도의 차이가 커지므로 상대속도가 커진다.
실제 코일의 회전 속도가 빨라지면 고정자의 회전자계와 코일의 회전속도의 차이가 작아지므로 상대속도가 작아진다.

결국 실제코일의 회전속도 (1 -s)Ns 와 상대속도 sNs의 합은 동기속도 Ns 이다.