승강기기사,산업기사 - 유도전동기의 회전수, 슬립 계산

 

 

승강기에서 주로 사용하는 3상 유도 전동기(Induction Motor, IM)는 회전자에 유도체의 코어를 넣어 전기자의 코일에서 유도되는 자기장에 의하여 여자되어 회전함으로 전기자(고정자, Stator)와 회전자(Rotor)는 비동기 회전을 한다. 이를 슬립(%, 슬립율)이라고 한다. 시험에서는 슬립율을 고려한 유도전동기의 회전수를 구하는 계산 문제등이 자주 출제된다.

 

(유도 전동기의 예)

 

유도 전동기의 회전수(N, 전부하 회전수(주1))를 구하는 공식은 다음과 같다. 동기전동기(주2 참조)의 경우 슬립이 없기 때문에 S=0으로 계산하면 된다.

여기서,

N : 유도전동기의 회전수 (전부하 회전수 또는 전부하 회전속도라고도 한다)

P : 전동기 극수

f : 입력전원 주파수

S : 전동기의 회전 슬립 = ((Ns-N)/Ns x 100, Ns=동기회전수)

※ 식에서 보는바와 같이 전동기의 회전수는 슬립이 없을 때의 회전수(동기회전수, 120f/P)에서 슬립율에 의해 발생하는 회전수를 뺀 값이다. 슬립율은 %로 제시되는 경우 소숫점으로 환산하여 계산하여야 한다.

※ 회전수를 속도라고 표현하기도 한다. 엄밀히 표현하면 회전수가 맞다.

 

※ 기출문제

 

(필기) 

문) 기어감속비 49:2, 도르래 지름 540mm, 전동기입력 주파수 60Hz, 극수 4, 전동기의 회전수 슬립이 4%일 때 엘리베이터의 정격속도는 약 몇 m/min인가?

㉮ 90

㉯ 105

㉰ 120

㉱ 150

 

(실기) 

문)  동기 속도가 1500 rpm, 전부하 회전수가 1410 rpm인 전동기의 슬립(%) 은?

답) 6%

 

문)  유도 전동기의 극수 4극, 주파수 60Hz, 슬립 4%일때 전동기의 속도는 몇 rpm인가?

답) 1728 rpm

 

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참고자료) 엘리베이터 베이직 테크놀로지 (황수철, 성안당, 2022) - 2026년4월24일 故황수철교수님의 명복을  빌며 ...

 

주1) 전부하 회전수

전동기가 실제로 운전되는 경우 그 회전속도는 동기속도 보다 약간 작아진다. 예를들면 4극의 전동기를 50Hz의 전원에 접속했을 경우 그 동기속도는 1500rpm이나 명판에 기재되고 있는 전부하 회전수는 1410~1430rpm정도가 되고 있다. 이 회전수의 차를 슬립(slip)이라고 말한다. 일반적으로 전동기는 부하가 증가함에 따라 그 회전속도가 저하하나 그때의 속도를 구할때는 전부하회전수 N 대신으로 넣어 계산하면 된다.

 

주2) 동기 전동기 (영구자석 동기 전동기, Permanent Magnet Synchronous motor, PMSM)

회전자에 영구자석을 붙이거나 삽입하여 자체에서 자기장을 가지고 있어 전기자의 자기장과 더불어 회전력을 갖게 됨으로 여자가 필요 없다. 그러므로 회전수는 전기자의 자기장 회전수와 동일하다 (슬립율=0%). 저속에서도 정토크를 발생할 수 있어서 감속기 없이 엘리베이터의 적절한 속도로 회전한다. PMSM은 기어가 필요 없으므로 얇은 박형이나 시가형태의 지름이 작고 긴 형태를 만들어 공간의 제약이 있는 기계실없는 엘리베이터 등에 적용하기 유리하다. 다극의 전기자를 사용흐므로 회전속도를 제어하기 쉽다. 소비전력이 적고, 다극화 구현으로 소형, 경량화되어 맥동이 작으며 슬롯 주파수가 없어 저진동, 저소음으로 운전이 가능하고 여자전류가 없어 부하와 관계없이 고효율로 운전이 가능하다. 감속기가 없음으로 기계적 손실이 최소화 되고 전력회생 효율이 높은 장점이 있다. 과거에는 제작비용이 비싸 널리 사용되지 않았지만 대량생산으로 최근에는 감속기를 포함한 유도전동기의 비용과 같거나 낮아 빠르게 유도전동기를 대체하여 지금은 동기 전동기가 일반화되었다.

(동기 전동기의 예)

 

2026.5.5.

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