전동기의 역률이 부하가 증가할수록 높아지는 이유는 무엇인가요?

Question

유도전동기를 운전하면서 부하가 거의 없는 상태에서는 역률이 낮게 측정되다가 부하를 점점 증가시키면 역률이 높아지는 것을 볼 수 있습니다. 전동기에 연결된 부하가 증가하면 전류도 증가하는데, 역률까지 함께 좋아지는 이유가 궁금합니다. 무부하와 정격부하에서 전동기의 역률이 달라지는 원리를 어떻게 이해하면 되는지도 알고 싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

유도전동기는 부하가 없어도 자속을 만들기 위한 여자전류가 필요하기 때문에 무효전력을 계속 소비합니다. 무부하에서는 이 여자전류가 전체 전류에서 차지하는 비중이 커 역률이 낮게 나타납니다. 부하가 증가하면 실제 일을 하기 위한 유효전력 성분이 증가하면서 여자전류의 비중이 상대적으로 작아져 역률이 높아집니다. 다만 정격을 크게 초과하는 과부하 상태에서는 손실이 증가해 효율과 운전상태가 나빠질 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

네, 유도전동기의 역률이 부하가 증가할수록 높아지는 이유는 자속을 만들기 위한 자화전류는 부하가 적어도 계속 필요하지만, 실제 일을 하는 유효전류는 부하가 커질수록 증가하기 때문입니다.

무부하 상태에서는 모터가 실제 기계적인 일을 거의 하지 않지만 철심에 자속을 만들기 위한 자화전류는 계속 흐릅니다. 이 전류는 대부분 무효전류 성분이어서 전체 전류에서 차지하는 비중이 커지고, 결과적으로 역률이 낮게 측정됩니다.

부하가 증가하면 모터가 더 큰 토크를 내기 위해 유효전력이 필요해지고, 이에 따라 유효전류 성분이 증가합니다. 자화전류는 크게 변하지 않는 반면 유효전류가 커지므로 전체 전류 중 유효성분의 비율이 높아져 역률이 점점 좋아지는 것입니다.

그래서 일반적으로 유도전동기는 무부하나 경부하에서 역률이 낮고, 정격부하에 가까워질수록 명판에 표시된 정격 역률에 가까워집니다. 반대로 너무 큰 모터를 작은 부하에 계속 사용하는 경우에는 전류 자체는 낮아도 역률이 좋지 않을 수 있습니다.

즉, 무부하에서는 자화전류 비중이 커서 역률이 낮고, 부하가 증가하면 실제 일을 하는 유효전류가 증가해 역률이 높아진다고 이해하면 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 이대길 전기기능사입니다.

전동기를 켜둘 때 자기장을 만드는 전기(무효전류)는 짐의 무게와 상관없이 항상 일정한 양이 들어갑니다 이 상태에서 기계에 짐(부하)을 많이 실으면 실제로 일을 하는 전기의 양이 훨씬 늘어나 전체 전기 중 진짜 일하는 전기의 비율이 높고 효율적으로 바뀌게 됩니다

Answer 4

안녕하세요. 김경환 전기기사입니다.

유도전동기의 역률이 부하가 증가할 수록 높아지는 이유는 부하가 없어도 전동기가 지기장을 만들기 위한 전류를 계속 사용하기 때문 입니다. 이 전류는 주로 무효전류이기 때문에 무부하에서는 실제 일을 하는 유효전류에 비해 무효전류의 비중이 크게 나타납니다. 그래서 전압과 전류 사이의 위상차가 커지고 역률이 낮아집니다. 반대로 부하가 증가하면 전동기는 더 큰 회전력을 만들어야 하므로 유효전류가 증가하게 됩니다. 결과적으로보면 전압과 전류의 위상차가 줄어들면서 역률이 높아지는 것이라고 보시면 될 것 같습니다.