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동기속도

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목차

1. 개요

동기 속도는 교류 전원의 주파수와 자극의 수에 의해 결정되는 회전 속도로, 동기기의 회전 속도를 나타낸다. 동기 속도와 실제 회전자의 회전 속도가 일치하는 상태를 동기라고 하며, 동기 속도와 실제 속도가 일치하는 회전기를 동기기, 그렇지 않은 것을 비동기기라고 한다. 동기 속도와 실제 속도가 일치하지 않는 탈조 현상이 발생할 수 있으며, 비동기기에서는 동기 속도와 실제 회전 속도의 차이를 상대 속도, 상대 속도와 동기 속도의 비를 슬립이라고 한다. 슬립의 크기에 따라 회전기의 종류를 판별할 수 있으며, 유도 전동기에서 회전자 권선에 흐르는 전류의 주파수를 슬립 주파수라고 한다.

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동기속도

2. 동기 속도

교류 전원의 주파수 ''f'' (Hz)와 자극의 수 ''p''에 의해 결정되는 특정 회전 속도를 '''동기 속도''' ''Ns'' (rpm)라고 한다.

동기 속도와 실제 회전자의 회전 속도가 같은 상태를 '''동기'''(同期)된 상태라고 부른다. 이렇게 동기 속도와 실제 회전 속도가 일치하여 운전되는 회전기를 '''동기기'''(同期機)라고 하며, 그렇지 않은 기기를 '''비동기기'''(非同期機)라고 구분한다.

동기기라 할지라도 부하가 지나치게 커지면 동기 속도를 유지하지 못하고 실제 회전 속도와 달라지는 경우가 발생하는데, 이러한 상태를 '''탈조'''(脫調)라고 한다. 탈조는 기기의 이상 상태를 의미하며, 일반적인 동기기는 탈조 상태에서 스스로 복귀하기 어렵다.

2. 1. 동기 속도의 식

동기 속도 ''Ns'' (rpm)는 교류 전원의 주파수 ''f'' (Hz)와 자극의 수 ''p''에 의해 결정된다.

:N_s = \frac{120 f}{p} (rpm)

한국의 표준 전력 주파수는 60Hz이므로, 대부분의 교류 기기는 이 주파수를 기준으로 동기 속도가 결정된다.

동기 속도와 실제 회전자의 회전 속도가 같은 상태를 "'''동기'''(同期)된 상태"라고 한다. 동기 속도와 실제 회전 속도가 일치하는 회전기를 '''동기기'''(同期機)라고 하며, 그렇지 않은 회전기를 '''비동기기'''(非同期機)라고 부른다.

동기기라도 부하가 지나치게 커지면 동기 속도를 유지하지 못하고 실제 회전 속도가 달라지는 경우가 발생한다. 이러한 상태를 '''탈조'''(脱調)라고 하며, 이는 기기의 이상 상태를 의미한다. 일반적인 동기기는 한번 탈조 상태가 되면 스스로 동기 상태로 복귀하기 어렵기 때문에, 즉시 운전을 멈추고 원인을 해결하는 것이 필요하다.

2. 2. 한국의 전력 주파수

한국에서의 전력 주파수는 60Hz이다. 따라서 한국에서 사용되는 교류 전력 기기들은 이 주파수에 맞춰 동작하며, 발전기 역시 이 주파수의 교류 기전력을 생산한다.

2. 3. 탈조

동기기는 동기 속도와 실제 회전자의 회전 속도가 일치하는 상태, 즉 '''동기'''된 상태로 운전되는 회전기이다.

하지만 동기기에 걸리는 부하가 지나치게 커지면, 동기 속도와 실제 회전 속도가 더 이상 일치하지 않게 되는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 상태는 '''탈조'''(脫調)라고 불리는 이상 상태이다. 일반적인 동기기는 일단 탈조 상태에 빠지면 스스로의 힘으로는 동기 상태로 복귀하기 매우 어렵기 때문에, 탈조가 발생하면 즉시 운전을 정지시키는 것이 바람직하다.

3. 자극의 수

자극의 수 ''p''는 교류 전원의 주파수 ''f'' (Hz)와 동기속도 ''Ns'' (rpm)에 의해 결정된다.

:p = \frac{120 f}{N_s}

4. 슬립

비동기 전동기에서 동기 속도 ''Ns''와 실제 회전 속도 ''N''의 차이인 상대 속도를 동기 속도로 나눈 비율을 '''슬립'''(slip)이라고 한다. 기호는 ''s''로 표시하며, 무차원수이다.

슬립은 다음 수식으로 계산할 수 있다.

:s = \frac{N_s - N}{N_s}

슬립의 값에 따라 회전기의 종류나 작동 상태를 구분할 수 있다. 예를 들어 슬립이 0이면 동기기이고, 0이 아니면 비동기기이다. 비동기기의 경우 슬립 값의 범위에 따라 전동기, 발전기, 제동기 등으로 상태를 판별하는 중요한 지표로 사용된다.

4. 1. 상대 속도

농형 3상 유도전동기


비동기 전동기에서 동기 속도( ''Ns'' )와 실제 회전 속도 ''N''(rpm)의 차이를 '''상대 속도'''라고 한다. 상대 속도는 회전자에서 본 회전 자계의 회전 속도이기도 하다.

상대 속도와 동기 속도의 비를 '''슬립'''이라고 하며, 기호는 '''s'''로 나타낸다.

: s = \frac{N_s - N}{N_s}

슬립의 크기에 따라 회전기의 종류 또는 상태를 판별할 수 있다.

  • 슬립이 0이면 동기기이다.
  • 슬립이 0이 아니면 비동기기이다.
  • * 슬립이 0보다 작으면 발전기이다.
  • * 슬립이 0보다 크고 1보다 작으면 전동기이다.
  • * 슬립이 1보다 크면 제동기이다.

4. 2. 슬립의 정의



비동기 전동기에서 동기 속도 ''Ns''와 실제 회전 속도 ''N''(rpm)의 차이를 '''상대 속도'''라고 한다. 상대 속도는 회전자에서 본 회전 자계의 회전 속도이기도 하다.

상대 속도와 동기 속도의 비를 '''슬립'''(slip)이라고 하며, 기호는 ''s''로 나타낸다.

:s = \frac{N_s - N}{N_s}

슬립의 크기에 따라 회전기의 종류 또는 상태를 다음과 같이 판별할 수 있다.

4. 3. 슬립과 회전기의 종류

비동기 전동기에서 동기 속도와 실제 회전 속도 ''N''(rpm)의 차이를 '''상대 속도'''라고 한다. 상대 속도는 회전자에서 본 회전 자계의 회전 속도이기도 하다.

상대 속도와 동기 속도의 비를 '''슬립'''이라고 하며, 기호는 '''s'''이다.

:s = \frac{N_s - N}{N_s}

슬립의 크기에 따라 회전기의 종류 또는 상태를 판별할 수 있다.

  • 슬립(''s'') = 0: 동기기
  • 슬립(''s'') ≠ 0: 비동기기
  • * 슬립(''s'') < 0: 발전기
  • * 0 < 슬립(''s'') < 1: 전동기
  • * 슬립(''s'') > 1: 제동기

4. 4. 슬립 주파수

유도 전동기에서 회전자 권선에 흐르는 전류의 주파수를 슬립 주파수라고 한다. 슬립 주파수는 교류 전원의 주파수와 슬립의 곱이다.[1]


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