유도전동기(Induction motor)의 유래
다상 유도전동기의 기본 원리는 아라고의 원판(Arago’s DISC)에서부터 시작하였다고 볼 수 있다. 따라서 연혁을 위주로 한 유도전동기의 발달사를 살펴보면 다음과 같다.
1892년 D.F Arago는 실험을 통해 동 혹은 알루미늄으로 만든 원판을 축으로 지지하고 원판의 주변을 자석이 움직이게 하면 원판은 자석보다 느린 속도로 같은 방향으로 움직인다는 것을 알게 된 것이 유도전동기의 기본원리가 된 시효였다.
1879년에는 Walter Baily가 4개의 고정전자석을 대각선상에 놓고, 한쪽에서부터 추차 여자를 함으로써 아라고의 원판과 같이 동판을 회전시키는 실험을 하였는데 이것이 회전자계를 필요로 한 최초의 실험이었다.
1884년부터 1888년에 걸쳐 Nicola Tesla 및 Galileo Ferraris는 각각 단독으로 2상 교류에 의한 회전자계를 발명하였고, 1889년에는 Ferraris가 CHICAGO 세계박람회에 전동기를 출품하였다. 미국의 WESTINGHOUSE사는 G.Ferraris 및 N.Tesla의 특허를 사들였으며, 1890년대 이후 WECO사는 B.G.Lamme를 중심으로 해서 초기의 돌극 구조를 폐지하고 원통형으로 개조하였고, 집중권선에서 분포권선으로의 개량, 권선의 단 부분을 한 개의 링에 납땜을 하여 단락 시켜서 농형 유도전동기를 제작하였다. 또한 유럽에서도 1891년 A.E.G회사의 M.D.Dobrowisky가 독립적으로 농형 유도전동기를 발명하였고 1894년 A.Hayland,가 원선도법을 발명하여 유도전동기의 특성산출에 큰 기여를 했다. 이와 같이 1900년대를 전후로 하여 유도전동기의 발전은 최고에 달했으며 이론적 해석, 설계법 모두 완성을 보았으며 우리가 현재 사용하고 있는 유도전동기의 모체가 되었다. 그 이후에는 절연재료의 진보, 냉각방법의 개량, 용접기술의 개선, 중량의 감소 등이 꾸준히 발전되어 왔다.
참고로 유도전동기의 출현 초기에는 권선형이었으나 슬립링, 브러쉬 등의 보수에 난점이 생기기 때문에 연구가 진행되어 농형 회전자가 출현하게 되었다. 현재는 권선형, 농형 모두 각각의 장점을 살려 양쪽 모두 사용되고 있다.
유도전동기의 원리
■ 다상 유도전동기의 원리
전동기란 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 기계이다. 1820년 D. F Arago의 원판 실험에 의하면 아래 그림과 같이 축으로 지지하고 있는 재질이 동 또는 알루미늄인 원판의 주변을 자석 M이 화살표 방향으로 급속히 움직이면 원판은 자속 보다 느린 속도로 같은 방향으로 움직인다.
자석의 위를 N극 아래를 S극이라 하고 “플레밍의 오른손 법칙”을 적용하면 원판 중에 생기는 전압, 전류의 방향은 아래 그림과 같다.
자석이 시계 방향으로 움직인다는 것은 상대적으로 자석이 정지하고 원판이 반 시계 방향으로 움직이는 것과 같으므로 전류의 방향은 자극간에서 원판 주변으로부터 중심 방향으로 된다. 이 과전류와 자석이 만드는 자력선 간에 발생하는 Torque의 방향은 “플레밍의 왼손 법칙”에 의하여 자석이 움직이는 방향과 같은 것을 알 수 있다. 즉, 원판은 자석이 움직이는 방향으로 따라 움직인다.
회전자를 원판으로 사용하는 대신 아래 그림과 같이 원통형 도체를 사용하여 그 주변에 자석M을 움직여도 앞에서 설명한 작용은 성립한다. 이때 원통 내에 생기는 와전류 중 축 방향의 분력만이 회전력을 발생하는데 효과가 있다. 원주에 따르는 방향의 분력은 이러한 역할을 하지 못한다. 회전자의 원주에 따라 영구 자석을 움직여 주는 대신 전류가 흐르는 권선에 의하여 회전하는 자계를 만들어 준 것이 바로 유도전동기의 기본원리라고 볼 수 있다.
전동기(Induction motor) 유지 보수 (Maintenance)
