7. 유도전동기에서의 손실과 출력 효율

7. 유도전동기에서의 손실과 출력 효율


유도전동기가 부하 측에 회전력을 전달하기까지 유도전동기의 1,2차 측을 거치면서 손실이 발생하게 된다. 유도전동기에서 어떤 종류의 손실이 발생하며 그에 따른 효율은 어떻게 계산되는지 확인해보자.

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1. 유도전동기에서의 손실
2. 유도전동기의 효율

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1. 유도전동기에서의 손실

유도전동기 등가회로

유도전동기는 오른쪽과 같은 등가회로로 표현할 수 있다.
1차 측 고정자에 공급된 교류전류(V1)는 회전자계를 형성하게 된다. 회전자계에 의해 만들어진 자기장에 의해 2차 측 회전자코일에 유기기전력이 형성, 유기기전력에 의해 유도전류(I2)가 생성된다. 공급되는 교류전류 변화에 따라 회전자계가 변화하고 힘을 받은 2차측 회전자코일은 회전하게 된다.


등가회로를 통해 어떤 손실이 발생하고 있는지 확인해보자.


1차 측은 고정자로 교류전류가 입력되는 부분이다.

유도전동기 1차 측 손실

1차 측에서 발생하는 손실은 (R1, Ri)이다.

(R1) = 1차 측의 고정자에 교류전류(V1)가 입력되면 권선 저항에 의해 발생하는 손실이다. 즉 '동손'이다.

(Ri) = '철손'으로 히스테리시스 손실과 와류손실이다.

*동손 : 전기 기기에 생기는 손실 중 권선 저항에 의해서 생기는 줄 손(joule loss).
*철손 : 철심이 들어 있는 교류 기기에 대한 전력 손실 중 철심의 자기 히스테리시스 또는 맴돌이 전류 등의 이유로 철심 안에 열 발생을 일으키는 부분을 말한다.




2차측은 회전자로 1차측에 입력된 전력이 손실을 거치고 난 공극전력이 공급된다.

유도전동기 1차 측 손실

2차 측에서 발생하는 손실은 (R2) + (표류부하손) + (풍손, 마찰손)이다.

(R2) = 2차 측의 회전자의 권선 저항에 의해 발생하는 손실이다. 즉 '동손'이다.

(표류부하손) = 부하전류 I2가 흐를 때 누설자속에 의해 주변 금속체에 와전류를 발생시킨다. 이 손실을 표류부하손이라고 부른다.

(풍손) = 회전자 코일이 회전할 때 공기의 저항을 받아 생기는 손실이다.

(마찰손) = 회전체에 베어링이 있지만 회전할 때 베어링에서 역시 마찰이 발생할 수밖에 없다. 이때 생기는 마찰 손실이다.


손실의 크기를 비교해보면
1,2차 동손, 철손 > 표류부하손, 풍손, 마찰손

1,2차 동손, 철손의 크기가 아주 크고 표류부하손, 풍손, 마찰손은 그에 비해 거의 무시할 수 있을 만큼 작다.

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2. 유도전동기의 효율

입력된 전력이 위의 손실을 거치게 되면 부하측에 전달되는 회전력은 줄어들게 된다.
입력된 전력과 축출력을 비교하면 유도전동기의 효율을 알 수 있다.

유도전동기 출력, 효율

입력된 전력의 유효분(Pin)을 표현하면 √3 VI cosθ 이다. (3상교류전력의 유효분)

(Pin)이 1차측 고정자에서 (R1 동손)과 (Ri 철손)에서 손실을 입고 공극을 거쳐 2차측의 회전자에 전달되는 전력(Pag)는 '공극전력'이라고 부른다.

(Pag)가 2차측의 (R2 동손)과 (I2에 의한 표류부하손)에서 손실을 입은 출력(Pm)을 '기계적 출력' 이라고 한다.

마지막으로 (Pm)이 회전을 하면서 생긴 (풍손, 마찰손)에서 손실을 입으면 '축출력'인 (Pshaft = Pout) 이 남게 된다.


그러므로 유도전동기의 효율은 축출력(Pshaft) / 입력 전력(Pin) 으로 표현할 수 있다.