많은 분들이 전압이 높으면 모터 속도도 빨라질 거라고 생각합니다. 하지만 유도전동기에서는 전압이 속도를 직접 결정하지는 않습니다. 그 대신, 전압은 속도를 유지할 수 있는 힘, 즉 토크에 영향을 줍니다.
사례: 전압 강하로 느려진 HVAC 팬
시카고의 한 상업 건물에서 HVAC 팬의 풍량이 평소보다 줄어들었습니다. 원인을 조사해보니, 전압이 정격의 85% 수준까지 떨어진 상태였습니다. 주파수는 그대로 60Hz였지만, 팬은 부하를 이기지 못하고 속도가 떨어지고 있었던 것입니다.
유도전동기의 속도를 결정하는 요소는?
동기속도 Ns는 아래 공식으로 정해집니다:
Ns = (120 × f) / P
- f: 주파수 (Hz)
- P: 극 수
즉, 주파수가 속도를 결정합니다. 전압은 직접 관련이 없습니다.
전압이 영향을 주는 것은 ‘토크’
전압이 낮아지면 다음과 같은 일이 일어납니다:
- 자속 약화 → 토크 저하
- 토크 부족 → 부하를 감당 못함
- 슬립 증가 → 속도 하락
결국, 전압이 낮으면 모터는 속도를 유지할 힘이 부족해져서 부하에 밀리게 되는 겁니다.
사례: 펌프 유량 감소 문제
인도의 한 정수장에서는 유량이 점점 줄어들었고, 조사 결과 모터 전압이 15% 낮게 공급되고 있었습니다. 시스템 압력이 올라가자 모터가 부하를 견디지 못해 속도가 떨어졌고, 유량 저하로 이어졌습니다.
전압 문제로 속도가 떨어질 때 나타나는 증상
- 풍량/유량/회전수 감소
- 경부하에도 모터 과열
- 부하 걸릴 때 전류 과다 유입
- 기동 시 반응이 느림
- 진동 또는 기동음이 커짐
예방 전략: 실무에서의 관리 방법
- 전압 감시 시스템(PQ 모니터링) 설치
- 케이블, 단자, 변압기 점검 주기적 수행
- 설계 시 전압 여유분 확보(10% 이상)
- 인버터(VFD) 사용 시 전압/주파수 비례 제어
- 장거리 배선 시 전압 보상 장치 적용
- 3상 부하 밸런스 조정
보너스: 인버터(VFD) 사용 시 속도 제어는?
VFD는 전압과 주파수를 동시에 조절합니다. 이 경우 전압과 속도는 함께 변하므로 속도 제어가 가능합니다. 하지만 전압만 떨어지고 주파수는 일정하다면, 속도는 부하에 따라 떨어질 수 있습니다.
결론: 전압은 속도를 직접 바꾸진 않지만, 속도를 유지할 수 있는 힘(토크)을 만들기 때문에 간접적으로 영향을 미칩니다. 전압이 낮으면 속도는 유지되지 않습니다.