⚡ 유도전동기는 왜 동기속도(Synchronous Speed) 보다 느릴까?👉 슬립(Slip)이 발생하는 이유와 동작 원리 완전 정리

 

⚡ 유도전동기는 왜 동기속도보다 느릴까?

👉 슬립(Slip)이 발생하는 이유와 동작 원리 완전 정리

유도전동기(Induction Motor)를 공부하다 보면 가장 먼저 부딪히는 질문이 있습니다.

“왜 유도전동기는 동기속도로 돌지 못하고 항상 조금 느릴까?”

“왜 꼭 슬립(Slip)이 필요할까?”

 

 

오늘은 이 질문에 대해 가장 쉽게, 실무적으로, 이해하기 좋은 방식으로 정리해봅니다! 🙂

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🔍 1. 동기속도란 무엇인가?

유도전동기의 속도를 이해하려면 먼저 동기속도(Synchronous Speed) 개념이 필요합니다.

 

 

• f : 전원 주파수 (Hz)
• P : 극수(poles)

예를 들어,

• 60Hz, 4극 → 1800rpm
• 60Hz, 6극 → 1200rpm

즉, 동기속도는 전원 주파수와 극수로 이미 고정된 속도입니다.

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🔍 2. 유도전동기는 왜 반드시 동기속도보다 느려야 하는가?

⭐ 핵심 결론

유도전동기는 회전자(Rotor)에 전압을 ‘유도시키기 위해’

회전자 속도가 동기속도보다 반드시 느려야 한다.

📌 이유 1) 상대속도(relative speed)가 있어야 전압이 유기된다

유도전동기의 회전자는 외부에서 전기를 공급받지 않습니다.

대신, **회전자 막대(도체)**에 **유기전압(induced voltage)**이 발생해야 전동기가 돌아가기 시작합니다.

 

🌀 회전자 막대(도체)에 유기전압이 생겨야 모터가 도는 이유  ✔ 핵심 한 문장 모터는 ‘막대(도체)’ 안에 전기가 스스로 생기면서, 그 전기가 힘(토크)을 만들어서 돌아가는 구조다. 조금 더 쉽고 재미있게 풀어보면 👇 🟦 1. 모터 안에는 두 개의 중요한 부분이 있어요 ① 고정자(밖에 있는 코일) → 여기에 교류전기를 넣어줌 → “도는 자기장”을 만들어냄 ② 회전자(안에서 도는 쇳덩이 + 막대들) → 막대들이 빙 둘러 있음 → 전기를 따로 넣지 않음 (유도됨) 🟩 2. 모터가 도는 원리는 사실 “발전기 거꾸로”예요 아이들이 운동장에서 원을 빠르게 돌면… 그 옆에 있는 풍선들이 흔들리듯이 고정자의 도는 자기장이 회전자 막대들을 스쳐 지나가면 “전기가 생겨요”. 이게 바로 유기전압(induced voltage). 즉, 👉 회전자 막대는 전기를 넣어주는 게 아니라, 스스로 전기가 생겨나는 구조야. 🟧 3. 왜 전기가 생기면 모터가 도나요? 막대에 전기가 생기면 → 전류도 흘러요 전류가 흐르면 → 자기장이 생겨요 그 자기장이 → 고정자의 도는 자기장과 “서로 끌어당기고 밀면서” 힘(토크)을 만듦 즉, 막대에 전기가 생기지 않으면 → 전류가 없음 → 자기장 없음 → 힘 없음 → 모터는 못 돌아요. 그래서 “유기전압이 반드시 필요하다”라고 말하는 것. 🟨 4. 쉬운 버전 비유 🎈 고정자의 자기장은 선풍기 바람 회전자의 막대는 바람개비 날개 바람(자기장)이 바람개비(막대)를 스치면 날개 안에서 “힘”이 생겨서 돌아가잖아? 그 힘이 바로 모터에서는 유기전압 → 전류 → 토크로 변환된 것. 바람이 없으면 바람개비는 절대 안 돈다 → 고정자의 자기장이 없으면 회전자는 절대 안 돈다! ⭐ 최종 요약 모터 속 막대(회전자 도체)에는 원래 전기가 없음 고정자에서 만든 도는 자기장이 회전자 막대를 스치며 유기전압(=스스로 생긴 전기)을 만들어냄 그 전기로 전류가 흐르고, 전류가 토크를 만들어 모터가 돌아감 그러니까 “유기전압이 생겨야 모터가 돕니다”라는 말은, 모터가 스스로 힘을 만들기 위한 첫 번째 필수 단계라는 뜻!

 

 

 

 

그런데 유기전압이라는 것은…

자기장이 움직이고 → 도체와 상대적인 속도 차가 있을 때 발생합니다.

즉,

• 회전자 속도 = 동기속도 → 상대속도 0
  → 유도전압 0
  → 회전자 전류 흐르지 않음
  → 토크 0 → 회전 불가

그래서 회전자는 반드시 동기속도보다 느려야

자기장과의 상대속도가 생기고,

전압이 발생하고,

전류가 흐르고,

토크가 만들어집니다.

 

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🔍 3. 슬립(Slip)이란?

슬립은 간단히 말해,

• Ns : 동기속도
• Nr : 실제 회전수

예시)
동기속도 1800rpm, 실제 속도 1720rpm

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🔍 4. 부하를 걸면 슬립이 커지는 이유

🏋️ 부하 증가 → 더 큰 토크 필요

전동기 축에 부하가 걸리면 더 큰 토크가 필요합니다.

 

큰 토크를 만들기 위해서는…

회전자 전류를 더 많이 유도해야 하고

이를 위해서는

더 큰 상대속도 = 더 큰 슬립이 필요합니다.

 

그래서 부하가 커지면

실제 회전수는 조금 더 떨어지고(slips ↑),

토크는 더 커집니다.

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🔍 5. 실무에서의 관찰 포인트

✔ 정상부하 슬립: 1% ~ 5%

 

✔ 부하증가 → 회전수 감소는 유도전동기의 정상 동작

 

✔ 슬립 과대 → 과부하, 과열, 효율저하의 신호

 

✔ VFD(인버터)를 쓰는 이유 중 하나는 슬립을 제어하기 위함

 

🌀 왜 슬립을 줄이려고 VFD를 쓸까?  모터는 시계처럼 돌아가는 기계라고 생각하면 돼. 그런데 이 모터는 “속도를 마음대로 바꾸기 어려운 시계” 같은 거야. 🟦 1. 모터는 원래 일정한 속도로 돌려고 해요 모터는 전기로 돌아가는데, 전기의 주파수(초당 떨림 횟수) 라는 것에 따라 원래 정해진 속도로 돌려고 해. 예를 들어 60Hz 전기를 쓰면 모터는 “나는 1800rpm 정도로 돌아야지!” 하고 정해져 있어. 이걸 동기속도라고 해. 🟩 2. 하지만 실제로는 조금 느리게 돌게 돼요 (슬립) 모터가 일을 하려면 힘이 필요해. 예를 들어: 선풍기 날개 돌리기 엘리베이터 끌어올리기 공장 기계 움직이기 이럴 때 모터는 조금 더 힘을 쓰기 위해 일부러 속도를 조금 늦춰요. 그럼 “더 힘을 내는 장치”가 작동해. 이렇게 조금 느려지는 것 → ‘슬립’ 이라고 불러. 🟧 3. 그런데 이 슬립이 너무 크면 문제가 생겨요 모터 힘이 약해져요 ❌ 기계 속도가 원하는 대로 안 나와요 ❌ 전기만 많이 먹어요 ❌ 그래서 슬립을 조절하는 게 중요해! 🟥 4. 여기서 등장하는 것이 바로 VFD! VFD는 “모터 속도 변속기” 라고 생각하면 돼 🚗⚙️ 자동차처럼 천천히 가고 싶을 때 → 속도 줄이기 빨리 가고 싶을 때 → 속도 올리기 이걸 해주는거야. VFD는 전기 주파수를 바꿔서 모터가 원하는 속도로 자연스럽게 돌도록 도와줘. 그래서 슬립도 자연스럽게 줄어들지! 👍 🟨 5. 진짜 쉬운 비유 🏃‍♂️ 모터 = 달리는 사람 🎧 VFD = “달리기 속도 조절 음악” 음악이 빠르면 빨리 뛰고 음악이 느리면 천천히 뛰는 것처럼 VFD가 전기의 리듬(주파수) 를 바꾸면 모터가 그 리듬에 맞춰 속도가 바뀌어. 그럼 모터가 힘이 부족해지지 않고 원하는 속도로 정확하게 돌고 쓸데없이 힘도 안 쓰는 거야! ⭐ 한 줄 요약 VFD는 모터에게 ‘적당한 속도로 달릴 수 있게 도와주는 음악 플레이어’라서, 모터가 너무 느려지는(슬립) 문제를 해결해준다!

 

 

🌀 VFD가 슬립을 조정하는 진짜 원리   🎯 결론 먼저 VFD는 모터가 “원래 돌려고 하는 속도(동기속도)” 자체를 바꿔서 슬립을 거의 제로에 가깝게 만든다. 즉, 슬립을 직접 주무르는 것이 아니라 슬립이 생기지 않도록 동기속도를 원하는 대로 조절하는 장치야. 🟦 1. 기본 원리: 슬립이 왜 생기나? 모터는 전기의 주파수에 따라 “원래 목표 속도(=동기속도)”가 있어. 예) 60Hz → 동기속도 1800rpm 하지만 모터는 일을 하려면 살짝 느리게 돌면서 자기장 차이를 만들어야 힘(토크) 를 낼 수 있어. 이 느려짐이 바로 슬립. 🟩 2. 문제: 속도를 바꾸고 싶은데? 동기속도가 1800rpm으로 정해져 있으면… 1500rpm으로 돌리고 싶으면? → 슬립을 300rpm이나 만들어야 함! (너무 큼) 900rpm으로 돌리고 싶으면? → 슬립이 너무 심해서 모터가 힘을 못 냄 즉 주파수가 고정된 상태에서는 슬립으로는 속도를 마음대로 못 바꿈. 🟥 3. 해결: VFD는 “동기속도를 바꿔줘서 슬립을 줄인다” 슬립을 직접 만지는 게 아니라 동기속도를 원하는 속도와 비슷하게 조절해준다. 예를 들어… 모터를 900rpm으로 돌리고 싶다! 그럼 VFD가 전기 주파수를 60Hz → 30Hz 로 낮춰 버린다. 30Hz의 동기속도는 120f/P → 120×30/4 = 900rpm 여기서는 슬립이 거의 0이 된다. 슬립을 만들 필요가 없기 때문! 🟪 4. 좀 더 기술적으로 설명하면 VFD는 다음을 동시에 조절해: ✔ 1) 주파수 → 동기속도 설정 속도를 결정하는 가장 중요한 요소 주파수를 줄이면 동기속도가 줄어듦 슬립이 거의 없어짐 ✔ 2) 전압 → 자속(힘) 유지 주파수를 줄이면 전압도 같이 줄여줘야 모터가 과열되지 않고 안정적으로 토크를 낼 수 있음 이것을 V/f 제어라고 함 ✔ 3) 부하에 따라 속도 자동 보정 VFD는 실제 모터 속도를 계속 측정해서 속도가 떨어지면 주파수를 약간 올리고 전압을 올려서 원래 목표속도를 유지하도록 슬립을 최소화함. ⭐ 진짜 핵심 요약 2줄 1. 모터 속도는 주파수로 결정된다. 2. VFD는 주파수를 조절해서 동기속도 자체를 바꾸므로, 슬립을 거의 없애고 원하는 속도로 정확하게 돌릴 수 있게 한다.

 

 

따라서 전동기 속도 관찰은

 

부하 상태・고장 증상 판단에도 매우 유용합니다.

 

 

 

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🎯 마무리

유도전동기가 동기속도보다 느린 이유는 매우 단순합니다.

“유도전압이 생기고 토크가 만들어지려면
전기적으로 ‘속도 차이’가 필요하기 때문이다.”

 

이 기본 원리만 이해하면

 

전동기의 부하특성, 슬립 변화, 효율 분석, 고장진단까지

 

응용 개념이 모두 쉽게 이해될 거예요.