17편 – 삼상 유도전동기의 기동 방식과 각 방식의 특성

삼상 유도전동기는 구조가 견고하고 유지보수가 거의 필요 없다는 강력한 장점을 가지고 있지만, 그럼에도 기동 시에는 비교적 큰 전류가 흐른다는 특성이 있다. 유도전동기의 회전자는 정지해 있을 때 슬립이 1이 되므로 최대 자속 변화가 발생하고, 그 결과 유도기전력도 커지며 정격전류의 수배에 달하는 기동전류가 흘러 전원이 순간적으로 부담을 느끼게 된다. 이 때문에 산업 현장에서는 전동기의 크기와 설비 여건에 맞추어 다양한 기동 방식을 적용하며, 이를 이해하는 일은 전기기사 시험뿐 아니라 실제 전기 설비 운용에서도 필수적인 기본 지식이다.

 

 

기본적으로 기동 방식은 크게 직입 기동, Y-Δ 기동, 리액터 기동, 부하분리 기동, 그리고 권선형 전동기의 경우 슬립 링 저항 기동으로 나눌 수 있으며, 각 방식은 기동전류 감소 효과, 기동토크 변화, 설비 비용 등 여러 요소를 고려하여 선택된다.

 

가장 단순한 기동 방식은 **직입 기동(Direct On-Line, DOL)**이다. 말 그대로 전동기를 전원에 직접 연결하여 기동시키는 방식으로, 구조가 단순하고 전동기의 본래 성능을 그대로 낼 수 있다는 장점이 있다. 하지만 기동전류가 정격전류의 6배 이상 흐를 수 있기 때문에, 전원 설비가 충분히 여유가 있거나 전동기 용량이 비교적 작을 때만 사용된다. 산업 현장에서는 보통 수 kW 이하의 소형 전동기에 적용되며, 큰 설비에서는 순간 전압강하로 다른 전기설비에 영향을 줄 수 있어 잘 사용하지 않는다. 그다음 많이 사용되는 방식은 **Y-Δ 기동(Y-Delta Starting)**이다. 전동기를 Y결선으로 기동하여 상전압을 낮추고 기동전류를 줄인 후, 회전수가 어느 정도 올라가면 Δ결선으로 전환하는 방식이다. 상전압이 1/√3로 줄어드는 만큼 전류도 감소하며 설비 부담을 크게 줄여주는 효과가 있다. 하지만 전압 감소는 동시에 토크 감소도 가져오므로, 부하가 가볍게 걸리는 상황에서 사용하는 것이 바람직하다.

 

이와 비슷한 목적으로 사용하는 방식이 **리액터 기동(Reactance Starting)**이다. 전원과 전동기 사이에 리액터(인덕터)를 연결하여 전압을 낮추는 방식으로, 구조는 단순하지만 리액터 설치가 필요하다는 점과 기동 후에는 반드시 제거해야 한다는 번거로움이 있다. 그럼에도 특유의 전압 강하 제어 능력 때문에 큰 용량의 설비에서 일정한 기동전류 제한이 필요할 때 선택되기도 한다. 또한 고압 전동기에서는 부하의 특성과 전원 설비 상황에 맞추어 **부하분리 기동(Auto-Transformer Starting)**을 자주 적용한다. 이것은 기동 시에는 변압기를 통해 낮은 전압을 공급하여 전류를 줄이고, 회전속도가 올라간 후에 직입으로 전환하는 방식이다. 변압기의 탭을 조절하여 기동전류와 기동토크를 세밀하게 제어할 수 있다는 점이 강점이지만, 반대로 설비 비용이 크고 공간도 필요하다는 한계가 있다.

 

한편, 권선형 유도전동기의 경우 회전자 측에 외부 저항을 삽입하여 기동 특성을 크게 개선할 수 있는 **슬립 링 저항 기동(Slip Ring Resistance Starting)**이 존재한다. 회전자 회로에 저항을 연결하면 전동기는 큰 기동토크를 얻을 수 있으며, 기동전류도 효과적으로 제어할 수 있다. 이것은 특히 큰 부하가 걸린 상태에서 시작해야 하는 크레인, 운반 설비, 승강 설비 등에서 매우 유용하다. 기동 후에는 슬립 링 저항을 점차 줄여 전동기가 정상 상태에 적응하도록 만드는 방식이며, 기동 토크와 전류를 개별적으로 조절할 수 있다는 점에서 다른 방식들이 가지지 못한 장점을 가진다.

 

이처럼 삼상 유도전동기의 기동 방식은 단순히 전동기를 돌리는 문제가 아니라 전원 설비의 안정성, 부하의 성격, 설비 비용, 시동 환경 등을 종합적으로 고려해야 하는 종합공학이다. 전동기의 구조와 회전자계 원리를 이해했더라도, 실제로 어떤 방식이 어떤 설비에 적합한지 판단하려면 기동 방식의 세부 특성과 장단점을 정확하게 기억해야 한다. 전기기사 시험에서도 각 방식의 전류 감소 비율, 토크 변화, 회로 구성의 차이 등을 묻는 문제가 자주 등장하므로 기동 방식을 제대로 정리해 두는 것은 반드시 필요한 과정이다. 또한 현장에서는 부하의 돌입 특성이나 전원 용량이 충분한지에 따라 기동 방식을 다르게 선택해야 하므로, 이 이론은 단순 시험 대비를 넘어서 실제 엔지니어링 판단 능력과도 연결된다는 점에서 매우 중요한 영역이다.