동기전동기는 왜 역률 개선용으로도 사용되나요?

Question

• 전기기기를 공부하다 보면 동기전동기는 단순히 회전력을 만드는 용도뿐 아니라 역률 개선용으로도 사용할 수 있다고 배우는데, 전동기가 어떻게 역률까지 개선할 수 있는지 궁금합니다. 특히 여자전류를 조정하면 진상전류를 공급할 수 있다고 하는데 왜 그런 현상이 생기는지도 잘 이해되지 않습니다. 또한 동기조상기라는 장비도 있다고 들었는데 이것이 일반 동기전동기와 어떤 관계가 있는지도 궁금합니다. 실제 산업현장에서는 왜 이런 방식으로 역률 개선을 사용하는지도 자세히 설명 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

동기전동기는 여자전류를 높여거 과여자 상태로 만들면 콘덴서처럼 진상전류를 흘려보낼 수 있습니다. 그래서 역률 개선에 아주 효과적이죠. 무부하로 운전하며 오직 역률 조절만 전담하는 장비를 동기조상기라고 부르는데 전력 계통을 안정시키는 데 정말 중요합니다. 산업 현장에서는 부하 변동에 맞춰 역률을 유연하게 조정할 수 있다는 점 때문에 이 방식을 여전히 많이 사용하고 있어요.

Answer 2

안녕하세요. 최광민 전기기사입니다.

결론부터 말씀드리면 동기전동기는 계자 여자전류를 조정함으로써 진상 무효전력을 공급할 수 있기 때문에 역률 개선용으로 사용할 수 있습니다. 일반 유도전동기는 자기장을 만들기 위해 지상 무효전력을 소비합니다. 그래서 공장 전체 역률이 낮아지는 원인이 되기도 합니다.

반면 동기전동기는 회전자에 직류 여자전류를 공급합니다. 이 여자전류 크기를 조절하면 전동기의 무효전력 특성을 바꿀 수 있습니다. 여자전류가 부족하면 지상 특성을 보이고, 여자전류를 크게 하면 진상 특성을 가지게 됩니다.

즉 과여자 상태에서는 계통에 진상 무효전력을 공급할 수 있게 됩니다. 결과적으로 다른 유도성 부하가 소비하는 지상 무효전력을 일부 상쇄해 역률 개선 효과를 만들 수 있습니다.

동기조상기는 바로 이 원리를 역률 개선 목적으로만 사용하는 장비입니다. 회전 부하는 거의 없이 진상 무효전력 공급 역할만 수행합니다.

예전 대규모 공장과 변전소에서는 동기조상기를 많이 사용했지만, 최근에는 유지보수와 경제성 문제 때문에 전력용 콘덴서와 STATCOM 같은 반도체 장비 사용이 증가하는 추세입니다.

결국 동기전동기의 역률 개선 기능은 단순 회전기계가 아니라 무효전력 제어 장치 역할까지 가능하다는 점에서 매우 중요한 특징입니다.