전기설비에서 전동기의 회전자와 고정자 사이의 공극이 너무 커지면 어떤 문제가 발생하나요?

Question

유도전동기는 고정자와 회전자 사이에 일정한 공극이 있는 구조로 되어 있는데, 정비 상태나 베어링 이상으로 공극이 한쪽으로 치우치거나 필요 이상으로 커지는 경우가 있다고 합니다. 공극은 단순히 회전자가 고정자에 닿지 않도록 확보하는 공간이라고 생각하기 쉬운데, 공극의 크기가 전동기 성능에도 영향을 주는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

공극이 커지게 되면은 자기장을 만들어 내는 자화전류가 급격하게 늘어나게 됩니다. 왜냐하면은 공기막은 철심보다 자기장을 전달하기가 훨씬 힘든 장애물이기 때문이죠. 거기다가 똑같은 크기의 자기장을 끌어 올리기 위해서는 전력을 더 많이 낭비하면서 모터의 역률이랑 효율이 뚝 떨어지게 되는 겁니다.

거기다가 공극이 치우치면은 진동이랑 소음이 엄청 심해집니다. 왜냐하면 공극이 좁아진 쪽으로 전자기적 끌어당기는 힘이 쏠리기 때문이죠. 그리고 이 상태를 방치하면 회전자가 고정자 내벽을 긁으면서 코일이 완전히 파손되는 대형사고로 이어질 수도 있구요.

Answer 2

안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

네, 고정자와 회전자 사이의 공극은 단순히 서로 닿지 않게하는 공간이 아니라, 전동기의 자속과 토크 형성에 직접 영향을 주는 중요한 요소입니다.

공극이 필요 이상으로 커지면 같은 자속을 만들기 위해 더 많은 자화전류가 필요합니다. 그 결과 무부하전류가 증가하고 역률이 나빠지며, 효율과 토크 특성도 불리해질 수 있습니다. 특히 기동토크가 떨어지거나 같은 부하를 운전하기 위해 전류가 더 많이 필요한 상태가 될 수 있습니다.

또 공극이 전체적으로 커지는 것보다 더 문제가 되는 것이 한쪽으로 치우치는 편심입니다. 베어링 마모나 축 휨, 조립 불량으로 회전자가 한쪽에 가까워지면 자속이 불균형해지고, 이로 인해 진동과 소음이 증가할 수 있습니다. 심하면 회전자와 고정자가 접촉하는 러빙 현상까지 발생할 수 있습니다.

현장에서는 베어링 마모 상태, 축 런아웃, 회전자 편심, 고정자와 회전자 사이 공극의 위치별 편차, 진동 주파수와 소음 변화를 함께 확인하는 것이 좋습니다. 정비 후라면 베어링 조립상태와 엔드브래킷 위치도 점검해야 합니다.

즉, 공극이 너무 크면 자화전류가 증가하고 토크·역률·효율이 나빠질 수 있으며, 공극이 한쪽으로 치우치면 진동·소음과 기계적 손상 위험까지 커질 수 있다고 이해하면 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

전동기의 공극은 가능한 한 작게 유지하면서도 회전자와 고정자가 접촉하지 않도록 설계됩니다. 공극이 지나치게 커지면 자기저항이 증가해 같은 자속을 만들기 위해 더 많은 여자전류가 필요할 수 있고 역률과 효율에도 불리하게 작용할 수 있습니다. 공극이 한쪽으로 치우치면 회전자와 고정자 사이의 자기력이 불균형해져 진동이나 소음이 발생할 수도 있습니다. 따라서 베어링 상태와 축 정렬 등을 함께 확인하는 것이 중요합니다.