3상 유도 전동기 힘과 속도에 미치는 요소
3상 유도전동기는 공장의 표준 장비입니다. 힘(토크·출력)과 속도에 어떤 요소가 작용하는지 알면, 불필요한 에너지 낭비·과열·비가동을 줄일 수 있습니다. 아래에서는 전압·부하·극수·슬립 등 핵심 개념을 간단한 식과 현장 사례로 풀어, 바로 적용 가능한 예방 전략까지 제시합니다.
힘(출력)에 영향을 미치는 요소 — 토크, 전압, 효율, 부하 특성
전압 품질: 전압 강하·불평형은 토크 파동과 발열을 키웁니다. 불평형 1%만 되어도 권선 온도 상승과 구리손이 증가합니다.
부하 종류/관성: 펌프·팬은 대체로 토크 ∝ 속도²~³, 크러셔·컨베이어는 정토크에 가까워 기동 토크 확보가 중요합니다.
회전자 설계: 농형(딥바·더블케이지)는 기동 토크 유리, 권선형은 외부 저항으로 기동 특성 조정 가능.
저항·리액턴스: 저항이 크면 전력이 열로 소모됩니다. 온도가 오르면 저항 상승 → 악순환.
효율/역률: IE3/IE4 모터는 같은 kVA에서 유효출력(kW)이 큽니다. 역률이 낮으면 배전 손실과 전기요금(피상전력 기반)이 증가합니다.
냉각/주위온도·해발고도: 흡기 막힘과 고온·고도는 냉각능을 떨어뜨려 정격을 깎습니다.
사례 1 – 포장라인 과열: 15 kW 모터가 전압 강하(400→380 V) 구간에서 포장기의 간헐 과열로 멈췄습니다. 전압 조정기 설치와 18.5 kW IE3로 용량 재선정 후 권선온도 18°C 하락, 3개월 무정지.
사례 2 – 원심펌프 과부하: 임펠러 과대 선정으로 BEP 우측에서 운전, 전류 120% FLA, 역률 0.72. 임펠러 트리밍과 VFD로 제어 후 전류 17% 감소, 역률 0.88, 캐비테이션 소멸.
사례 3 – 압축기 기동 실패: DOL 기동으로 전원 전압이 순간 12% 강하, 토크 부족. 소프트스타터 채택과 탭 업 전원으로 기동 성공률 100% 달성.
속도에 영향을 미치는 요소 — 주파수, 극수, 슬립, 제어
동기속도 공식: Ns = 120f/p (rpm). 주파수 f가 높거나 극수 p가 적으면 빨라집니다.
슬립(s): s = (Ns − N)/Ns. 부하가 커질수록 s가 증가하고 실제 속도 N이 소폭 낮아집니다.
V/f 제어 vs 벡터제어: 단순 V/f는 대부분 공정에 충분하지만, 벡터제어는 저속 토크와 속도 유지력이 월등합니다.
부하 변동/마찰: 베어링 불량·체인 장력 과다 등 기계적 저항은 슬립 증가 → 속도 저하.
전압 불평형·고조파: 회전자 자속에 맥동을 만들어 속도 파형을 흐트러뜨립니다.
사례 4 – 컨베이어 처리량 개선: 60 Hz, 4극 모터(동기 1800 rpm)가 실제 1735 rpm(슬립 3.6%). 베어링 교체와 VFD 벡터튜닝 후 속도 변동 ±0.5%, 라인 처리량 14% 증가.
사례 5 – HVAC 야간 절감: 고정 60 Hz 팬 2대에 VFD와 야간 48 Hz 세트포인트를 적용. 팬 법칙으로 소비전력 약 35% 절감, 소음 −6 dB, 권선온도 −12°C.
사례 6 – 권상장치 위치제어: 호이스트 덜컹거림으로 과전류 트립. 가속 램프 0.8→1.6 s, 브레이킹 저항, 엔코더 피드백으로 6개월 무트립, 위치 반복성 ±2 mm.
요소별 행동 지침(예방 전략) — 바로 적용 체크리스트
설계/선정
1) 부하 토크 곡선 확보(기동·가속·정상).
2) IE3/IE4 채택, 서비스 팩터·온도 등급 확인.
3) 직입/소프트스타터/VFD를 전원·기계 요구에 맞춤.
4) 팬·펌프는 VFD + 원점 복귀 로직으로 과유량 방지.
5) 케이블·차단기 정격을 기동전류·하모닉까지 고려 산정.
전원/전력품질
- 전압 불평형 < 1%, THD < 5% 유지.
- 전압강하 < 3%.
- 변압기 탭 조정으로 피크 전압 저하 대비.
운전/유지보수
- 분기별 절연저항/PI, 진동(ISO 10816) 점검.
- 흡배기 통로 청소, 팬 회전방향 확인.
- 슬립·전류·온도를 SCADA로 추세 관리.
- VFD 파라미터가 명판과 일치하는지 검증.
사례 7 – 혼합기 품질 편차: 저속 토크 부족 → 벡터제어와 토크 부스트로 불량률 7%→1.5%.
사례 8 – 농업용 양수장: 유량 PID + VFD 적용으로 연간 에너지비 27% 절감, 취수 안정성 확보.
3상 유도전동기의 힘은 전압 품질·부하 특성·효율이, 속도는 주파수·극수·슬립·제어 로직이 좌우합니다. 위의 체크리스트와 예방 전략을 적용하면 과열·트립·품질 편차를 줄이고 생산성을 끌어올릴 수 있습니다. 다음 점검 때 오늘 항목을 그대로 활용해 보세요.