전동기의 명판에 표시된 효율이 부하율에 따라 달라지는 이유는 무엇인가요?

Question

같은 전동기를 운전하더라도 항상 명판에 표시된 효율로 운전되는 것은 아니라는 것을 알게 되었습니다. 특히 전동기를 정격출력보다 훨씬 작은 부하로 운전하면 효율이 떨어질 수 있다고 하는데, 전동기의 손실은 계속 발생하기 때문이라고 들었습니다. 전동기의 부하율과 효율 사이에는 어떤 관계가 있는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

네 전동기의 명판에 표시된 효율은 보통 정격부하 부근의 특정조건에서 측정한 값이라서, 실제 효율은 부하율에 따라 달라질 수 있습니다.

전동기에는 부하와 거의 관계없이 계속 발생하는 손실이 있습니다. 대표적으로 철손, 기계손, 냉각팬 손실 같은 것들입니다. 부하가 아주 작을 때는 출력은 적은데 이런 손실은 계속 발생하므로, 입력전력 대비 유효하게 쓰이는 출력의 비율이 낮아져 효율이 떨어집니다.

부하가 증가하면 출력이 커지는 반면 고정손실의 비중은 상대적으로 작아져 효율이 좋아집니다. 보통은 정격부하의 어느 정도 이상에서 효율이 높게 유지되고, 정격부하 부근에서 좋은 효율을 보이는 경우가 많습니다.

하지만 정격을 넘는 과부하 상태에서는 동손(I²R 손실)이 급격히 증가하고 권선 온도도 올라가기 때문에 효율이 다시 나빠질 수 있습니다. 그래서 너무 작은 부하로 장시간 운전하는 것도 좋지 않고, 과부하 운전도 좋지 않습니다.

즉, 전동기 효율은 고정된 값이 아니라 부하에 따라 달라지며, 경부하에서는 고정손실 비중 때문에 효율이 낮고 적정 부하 영역에서 가장 효율적으로 운전되는 경향이 있다고 이해하면 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

모터의 손실 중에서 일부는 부하랑 상관없이 그대로 발생하기 때문이죠. 전기가 들어오면은 철심에서 생기는 손실은 가볍게 돌든 무겁게 돌든 일정합니다. 거기다가 부하가 너무 작으면 전체 출력 대비해서 이 고정된 손실 비율이 커져서 효율이 뚝 떨어지게되죠.

그리고 반대로 부하가 너무 커져도 열 손실이 폭발해서 효율이 깎입니다. 왜냐하면은 전류가 늘수록 전선에서 버려지는 열 손실이 급격히 지속되기 때문이죠. 그렇기 때문에 두 손실이 균형을 이루는 75%에서 80% 부하 구간에서 효율이 가장 높게 나옵니다.

Answer 3

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

전동기의 손실에는 부하와 관계없이 발생하는 철손이나 기계손과 부하전류에 따라 증가하는 동손 등이 있습니다. 따라서 정격부하에서는 출력에 비해 손실의 비율이 상대적으로 작아 효율이 높게 나타날 수 있지만, 부하가 지나치게 낮아지면 일정하게 발생하는 손실의 비중이 커져 효율이 떨어질 수 있습니다. 반대로 과부하 상태에서도 동손이 크게 증가해 효율이 나빠질 수 있습니다. 실제 운전에서는 전동기를 적정 부하 범위에서 사용하는 것이 중요합니다.