유도전동기에서 역률이 낮아지는 이유는 무엇인가요?

Question

공장에서 사용하는 유도전동기를 보면 역률이 낮다는 이야기를 자주 듣습니다. 전력요금에도 영향을 준다고 하는데 왜 유도전동기는 구조적으로 역률이 낮은지 궁금합니다. 특히 무부하 상태나 경부하 상태에서 더 나빠진다고 하는데 그 이유와 실제 설비 운전 시 어떤 문제가 발생하는지도 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 최광민 전기기사입니다.

결론부터 말씀드리면 유도전동기의 역률이 낮은 이유는 회전자계를 만들기 위해 무효전력이 항상 필요하기 때문입니다. 유도전동기는 고정자에 전류를 흘려 자계를 형성해야 회전이 이루어지는데, 이때 자계를 유지하기 위한 자화전류가 지속적으로 흐릅니다. 이 전류는 실제 일을 하지 않는 무효전력 성분이기 때문에 전체 전류 대비 유효전력 비율이 낮아져 역률이 떨어지게 됩니다.

특히 무부하나 경부하 상태에서는 기계적인 출력은 거의 없지만 자화전류는 크게 줄지 않기 때문에 상대적으로 무효전력 비중이 더 커져 역률이 더욱 나빠집니다. 이렇게 역률이 낮아지면 같은 전력을 전달하기 위해 더 큰 전류가 필요해져 전선 손실이 증가하고, 변압기나 배전 설비 용량이 낭비되며 전기요금에서도 불이익이 발생할 수 있습니다. 따라서 콘덴서 설치 등을 통해 무효전력을 보상하여 역률을 개선하는 것이 일반적으로 사용되는 방법입니다.

Answer 2

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

유도전동기는 구조상 회전력을 얻기 위해 자속을 만들어야 해서 필수적으로 대량의 무효전력(지상전류)을 소비합니다. 그렇기 때문에 본질적으로 역률이 낮을 수밖에 없어요. 특히 부하가 줄어도 자속을 만드는 데 드는 자화전류는 일정하게 유지되므로, 무부하나 경부하 상태가 되면 전체 전력 중 무효전력 비율이 급격히 커져 역률이 더 떨어지게 됩니다. 이렇게 역률이 낮아지면 한전에서 부과하는 전기요금에 페널티가 붙어 비용 부담이 커집니다. 그리고 선로 손실 증가와 전압 강하를 유발해 설비 효율이 떨어지는 문제가 발생합니다.