전기기기에서 동기전동기는 왜 속도가 일정하게 유지되나요?

Question

유도전동기는 부하가 걸리면 약간 속도가 떨어지는 슬립이 있다고 배우는데, 동기전동기는 이름 그대로 항상 일정한 속도로 회전한다고 해서 궁금합니다. 부하가 증가해도 왜 속도가 거의 변하지 않는지 잘 이해가 안 됩니다. 또한 동기전동기는 기동이 어렵다고 하는데 이유가 무엇인지, 실제 산업현장에서는 어떤 곳에 사용하는지도 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

동기전동기는 회전 자기장과 회전자의 자석이 서로 자석처럼 맞물려 돕니다. 그래서 부하가 늘어도 자성체 간의 결합이 끊어지지 않는 한 일정하게 동기 속도를 유지하죠. 하지만 정지 상태에서는 회전자기장이 너무 빠릅니다. 그래서 회전자가 이를 따라 잡지 못해 스스로 움직이지 못하는 어려움이 있습니다. 실제로 현장에서는 속도 유지가 필수적인 분쇄기나 컴프레셔에 주로 이용되고 있죠.

Answer 2

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

동기전동기의 가장 큰 특징은 회전자 속도가 회전자계 속도와 완전히 같다는 점입니다. 유도전동기는 슬립이 있어야 회전자 전류가 유도되지만, 동기전동기는 회전자 자체에 직류 여자자속이 형성됩니다.

즉 회전자가 고정자의 회전자계와 서로 자석처럼 맞물려 끌려가는 구조입니다. 그래서 일단 동기 상태에 들어가면 회전자계 속도와 동일한 속도로 회전하게 됩니다.

부하가 증가하면 내부적으로 회전자 자속 각도가 변하면서 더 큰 토크를 만들어내지만 속도 자체는 거의 유지됩니다. 이것이 동기전동기가 일정 속도를 유지하는 이유입니다.

다만 처음 기동할 때는 회전자계 속도와 회전자 속도가 맞지 않아 바로 동기 상태로 들어가기 어렵습니다. 그래서 별도의 기동장치나 보조권선을 사용하는 경우가 많습니다.

현장에서는 일정 속도가 중요한 압축기나 대형 송풍기 등에 사용되며, 진상 무효전력을 공급해 역률 개선용으로 활용되기도 합니다.