모터 속도에 영향을 주는 요소: 주파수, 슬립, 토크, 전압
모터 속도는 3상 유도전동기에서 고정된 값이 아니라, 전원 조건과 부하, 설계 파라미터에 따라 달라집니다.
이 관계를 이해하면 성능 최적화가 가능합니다.
1. 모터 속도 기본 관계
3상 유도전동기의 실제 속도(N)는 다음 공식으로 표현됩니다.
N=Ns(1−s)N = N_s (1 - s)
- NsN_s = 동기속도 = 120×fp\frac{120 \times f}{p}
- ss = 슬립 (Slip, 0~1 사이 값)
- ff = 전원 주파수(Hz)
- pp = 극수(Pole 수)
즉, **속도는 주파수(f)**와 극수(p), 그리고 **슬립(s)**에 의해 결정됩니다.
2. 주파수(f) → 동기속도(Nₛ) 변화
- 주파수가 높아지면 NsN_s가 증가 → 실제 속도도 함께 증가.
- 예: 4극 모터(극수 p=4)에서
- f = 50 Hz → NsN_s = 1500 rpm
- f = 60 Hz → NsN_s = 1800 rpm
3. 슬립(s) → 실제 속도 변화
- 슬립이 커질수록 실제 속도는 줄어듭니다.
- 슬립은 부하 토크가 커질수록 증가합니다.
- 가벼운 부하: 슬립 0.5~2%
- 정격 부하: 슬립 3~6%
- 기동 시: 슬립 ≈ 100%
4. 토크 ↔ 슬립 관계
- 유도전동기에서 토크(T)는 슬립(s)에 따라 변하는 토크-슬립 곡선을 가집니다.
- 저슬립 영역(정상 운전 구간)에서는 부하 토크가 커질수록 슬립이 비례해서 증가.
- 최대 토크(풀 로드 토크)는 임계 슬립에서 발생.
5. 토크 ↔ 전압 관계
- 전압과 토크 관계:
T∝V2T \propto V^2
- 전압이 10% 떨어지면 토크 약 19% 감소 → 부하를 유지하려면 슬립이 커짐.
- 즉, 전압 ↓ → 토크 ↓ → 슬립 ↑ → 속도 ↓ 순서로 연결됩니다.
6. 전체 관계 요약
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주파수 ↑ → 동기속도 ↑ → 실제 속도 ↑ 주파수 ↓ → 동기속도 ↓ → 실제 속도 ↓ 전압 ↓ → 토크 ↓ → 슬립 ↑ → 실제 속도 ↓ 부하 토크 ↑ → 슬립 ↑ → 실제 속도 ↓
💡 예시
- 펌프 부하에서 전압 5% 하락 → 토크 약 9.75% 감소 → 슬립이 3% → 5%로 증가 → 속도가 약 2% 더 느려짐.
- VFD로 주파수를 60 Hz → 48 Hz로 낮춤 → 동기속도 1800 rpm → 1440 rpm → 동일 부하에서 슬립 비율은 유지되지만 절대 속도 감소.
예방 및 행동 지침 (속도 최적화)
설계
- 필요한 기본 속도에 맞게 극수 선택.
- VFD로 주파수를 조절하여 공정 제어.
- 최대 부하 토크를 감당할 모터 용량 확보.
운전
- 전압을 정격의 ±5% 이내로 유지.
- 슬립을 키우는 장시간 과부하 피하기.
유지보수
- 타코미터·SCADA로 슬립 모니터링.
- 베어링, 벨트, 정렬 상태 점검.
- 전압 불평형 교정.