유도전동기에서 슬립은 왜 반드시 필요한가요?

Question

전기기기를 공부하다 보면 유도전동기는 반드시 슬립이 존재해야 토크가 발생한다고 배우는데, 처음에는 왜 회전자 속도가 회전자계 속도와 완전히 같으면 안 되는지 이해가 잘 안 됐습니다. 보통은 같은 속도로 정확히 맞춰 돌아가는 것이 더 효율적일 것 같은데, 왜 유도전동기는 일부러 속도 차이가 있어야 하는지도 궁금합니다.

특히 슬립이 없으면 회전자에 유도전압이 발생하지 않는다고 배우는데, 왜 상대속도가 중요한지도 알고 싶습니다. 패러데이 전자유도 법칙과 관련 있다고는 하지만 실제 회전자 입장에서 어떤 현상이 일어나는지도 이해하고 싶습니다.

또 부하가 증가하면 슬립도 증가한다고 하는데 왜 전동기에 힘든 부하가 걸릴수록 속도가 더 떨어지는지도 궁금합니다. 그리고 슬립이 너무 커지면 어떤 문제가 생기는지도 알고 싶습니다.

실제 현장에서는 전동기 정격속도가 동기속도보다 항상 약간 낮게 표시되어 있는데, 이것도 슬립 때문인지 궁금합니다. 또 슬립이 작을수록 효율이 좋은 것인지, 아니면 너무 작으면 오히려 문제가 되는지도 알고 싶습니다.

결국 유도전동기에서 왜 슬립이 반드시 필요한지, 그리고 회전자 내부에서는 어떤 유도현상이 발생하면서 토크가 만들어지는지 자세히 설명 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

• 결론부터 말씀드리면 유도전동기에서 슬립은 회전자에 유도전류를 발생시키기 위해 반드시 필요한 속도 차이입니다. 유도전동기의 토크는 전자유도 원리로 만들어집니다.

고정자에 교류전원을 공급하면 회전자계가 생성됩니다. 이 회전자계는 동기속도로 회전합니다. 회전자 입장에서는 이 회전자계와 상대속도가 있어야 자속 변화가 발생하고 유도전압이 만들어질 수 있습니다.

만약 회전자 속도가 회전자계 속도와 완전히 같아지면 상대운동이 사라집니다. 그러면 회전자 입장에서 자속 변화가 없어지고 유도전압도 발생하지 않게 됩니다.

유도전압이 없으면 회전자 전류도 흐르지 못하고 결국 토크도 사라집니다. 그래서 유도전동기는 반드시 약간 느린 속도로 회전해야 합니다. 이 속도 차이를 슬립이라고 합니다.

부하가 증가하면 더 큰 토크가 필요해집니다. 이를 위해 회전자에는 더 큰 유도전류가 필요하고, 그러려면 상대속도가 더 커져야 합니다. 그래서 속도가 조금 더 떨어지고 슬립이 증가하게 됩니다.

하지만 슬립이 지나치게 커지면 손실과 발열이 증가하고 효율이 떨어질 수 있습니다. 정상 운전에서는 보통 몇 퍼센트 정도 작은 슬립 상태로 운전됩니다.

결국 슬립은 단순 속도 오차가 아니라 유도전동기 토크 발생 자체를 가능하게 만드는 핵심 조건입니다.

Answer 2

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

회전자 속도가 동기속도와 똑같으면 자속을 끊지 못해서 유도 기전력이 안 생기기 때문에 토크를 만들려면 약간의 속도 차이인 슬립이 무조건 있어야 해요. 부하가 커지면 더 큰 힘이 필요해서 회전자가 뒤처지며 슬립이 늘어나는 건데 슬립이 너무 크면 열이 마니 나고 효율이 떨어지니 주의해야 합니다. 정격속도가 동기속도보다 낮은 건 슬립 때문이며 적당한 슬립은 전동기가 돌아가게 하는 필수 조건이라 볼 수 있습니다.