3상 유도전동기 속도 제어법

 

3상 유도전동기는 산업 현장에서 가장 널리 사용되는 전동기로, 부하 조건에 따라 속도 조절이 필요할 수 있습니다.

 

그러나 농형 유도전동기와 권선형 유도전동기의 속도 제어 방식은 다릅니다.

 

이번 글에서는 농형 유도전동기와 권선형 유도전동기의 속도 제어 방법과 특징을 자세히 설명합니다.

 

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1. 농형 유도전동기 속도 제어법

 

① 농형 유도전동기란?

 

✅ 회전자(로터)가 폐쇄된 도체 바(bar) 구조로 되어 있으며, 외부 저항을 연결할 수 없음
✅ 구조가 단순하여 내구성이 강하고 유지보수가 적음
✅ 속도 제어가 어려워 주로 주파수 변환 방식(인버터)를 사용

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농형 유도전동기의 속도 제어 방법

 

제어방식	개요	특징
극수 변경법	정격 주파수에서 고정된 극수 변경	- 다극 모터에서만 가능 - 극수 변경에 따른 속도 단계적 변화
주파수 제어법	인버터로 전원 주파수를 조절하여 속도 제어	- 가장 많이 사용됨 - 속도 조절 범위가 넓음
전압 제어법	전압을 낮추어 속도 감소	- 부하가 가벼운 경우 사용 가능 - 효율 저하 문제
슬립 제어법	전압과 주파수를 조합하여 슬립을 조정	- 부하 토크 변화에 따라 속도 조절 가능

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1-1. 극수 변경법

✅ 모터의 극수(Pole)를 변경하여 속도를 조절하는 방법
✅ 다극형 유도전동기에서만 사용 가능

 

 

 

 

 

 

 

 

 

✅ 장점: 간단한 방식, 내구성 강함
❌ 단점: 속도를 연속적으로 조절할 수 없음 (2단 또는 4단 변속)

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1-2. 주파수 제어법 (Variable Frequency Drive, VFD) | 인버터 제어

 

✅ 전원 주파수(f)를 조절하여 속도를 조절하는 방법
✅ 주파수 변화에 따라 전압도 함께 조정(V/f 제어)

 

✅ 장점: 속도 조절 범위가 넓고 정밀한 제어 가능
❌ 단점: 인버터 추가 비용 발생

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1-3. 전압 제어법 (Voltage Control Method)

 

✅ 전동기에 공급하는 전압을 줄이면 회전자 속도가 감소
✅ 그러나 전압을 낮추면 효율이 저하되고 토크가 감소

 

✅ 장점: 소형 부하에서 간단하게 적용 가능
❌ 단점: 부하가 클 경우 토크 부족 문제 발생

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1-4. 슬립 제어법 

✅ 전압과 주파수를 조합하여 슬립을 변화시켜 속도를 조정
✅ 주로 인버터와 함께 사용하여 토크 조절

 

✅ 장점: 부드러운 속도 조절 가능
❌ 단점: 별도의 제어 장치 필요

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2. 권선형 유도전동기 속도 제어법

 

② 권선형 유도전동기란?

 

✅ 회전자(로터)가 3상 권선으로 구성되어 있으며, 슬립링(Slip Ring)을 통해 외부 저항을 연결 가능
✅ 속도 제어가 가능하여 대형 부하 기동 및 속도 조절이 필요한 시스템에 적합
✅ 하지만 구조가 복잡하여 유지보수가 필요함

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권선형 유도전동기의 속도 제어 방법

 

제어방식	개요	특징
2차 저항 제어법	회전자(2차 권선)에 저항을 삽입하여 속도 조절	- 속도 조절이 가능하지만 손실이 큼
2차 전압 제어법	회전자 전압을 제어하여 속도를 조절	- 전압 조절로 효율적 속도 변화 가능
슬립 회수 제어법	슬립 전력을 회수하여 속도 조절	- 전력 손실을 줄이고 에너지 절약 가능

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2-1. 2차 저항 제어법 

 

✅ 회전자 회로에 외부 저항을 추가하여 속도를 조절
✅ 저항을 크게 하면 속도가 낮아짐

 

✅ 장점: 속도 조절이 간단하고 적용이 쉬움
❌ 단점: 저항에서 전력 손실이 발생, 효율이 낮아짐

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2-2. 2차 전압 제어법 

 

✅ 슬립링을 통해 회전자 전압을 조정하여 속도 조절
✅ 전압을 낮추면 속도가 감소함

 

✅ 장점: 전력 손실이 적고 부드러운 속도 조절 가능
❌ 단점: 별도의 전압 조정 장치 필요

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2-3. 슬립 회수 제어법 

 

✅ 회전자에서 발생하는 슬립 전력을 회수하여 재사용
✅ 에너지를 회수하여 손실을 줄일 수 있음

 

✅ 장점: 에너지 절약 효과가 크며, 대형 산업용 모터에 적합
❌ 단점: 초기 설치 비용이 높음

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3. 농형 vs 권선형 유도전동기 속도 제어법 비교

 

구분	농형 유도전동기	권선형 유도전동기
회전자 구조	폐쇄된 도체 바	3상 권선 + 슬립링
속도 조절 가능 여부	제한적 (주로 인버터 사용)	외부 저항 추가로 속도 조절 가능
주요 제어법	극수 변경, 주파수 제어(VFD), 전압 제어, 슬립 제어	2차 저항 제어, 2차 전압 제어, 슬립 회수 제어
효율성	인버터 사용 시 높은 효율	2차 저항 사용 시 전력 손실 큼
사용 용도	일반 산업용 모터, 팬, 펌프	크레인, 엘리베이터, 대형 부하

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4. 결론

 

✅ 농형 유도전동기는 극수 변경법 또는 주파수 제어(VFD)가 가장 효과적이며,
✅ 권선형 유도전동기는 2차 저항 제어법 또는 슬립 회수 제어법을 통해 속도를 조절합니다.

 

📌 적절한 속도 제어법을 선택하여 전력 손실을 줄이고 효율적인 운전을 유지하는 것이 중요합니다.