직입기동, Y-Δ기동, 리액터기동 쉽게 정리
유도전동기는 산업 현장에서 가장 많이 사용하는 전동기 중 하나입니다.
구조가 간단하고 튼튼하며 유지보수가 쉬워 공장, 펌프, 송풍기, 압축기, 컨베이어 등 다양한 설비에 사용됩니다.
하지만 유도전동기는 정지 상태에서 처음 기동할 때 큰 기동전류가 흐른다는 특징이 있습니다.
특히 전동기를 전원에 바로 연결하면 정격전류보다 몇 배 큰 전류가 순간적으로 흐를 수 있습니다.
이 큰 전류는 전원계통에 부담을 주고, 전압강하나 기계적 충격을 일으킬 수 있습니다.
그래서 전동기 용량이 크거나 전원설비에 부담을 줄 수 있는 경우에는 기동전류를 줄이는 기동법을 사용합니다.
전기기사 시험에서 자주 나오는 대표적인 유도전동기 기동법은 다음과 같습니다.
- 직입기동
- Y-Δ기동
- 리액터기동
- 기동보상기법
- 2차 저항기동
이번 글에서는 특히 자주 비교되는 직입기동, Y-Δ기동, 리액터기동을 중심으로 정리하고, 시험에 필요한 핵심 포인트까지 함께 살펴보겠습니다.
핵심은 간단합니다.
직입기동은 전원을 바로 넣는 방식
Y-Δ기동은 스타로 낮게 시작해서 델타로 운전하는 방식
리액터기동은 리액터로 전압을 낮춰 기동하는 방식
1. 유도전동기에서 기동법이 필요한 이유
유도전동기는 정지 상태에서 처음 회전하기 시작할 때 큰 전류가 흐릅니다.
이때 흐르는 전류를 기동전류라고 합니다.
일반적으로 농형 유도전동기를 직입기동하면 정격전류보다 약 5~8배 정도 큰 전류가 흐를 수 있습니다.
기동전류가 크면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.
따라서 전동기 용량이 작을 때는 직입기동을 사용할 수 있지만, 용량이 커지면 기동전류를 줄이는 기동법이 필요합니다.
정리하면 다음과 같습니다.
유도전동기 기동법의 목적은 기동전류를 줄이고 전원계통과 전동기를 보호하는 것입니다.
2. 유도전동기 기동법의 큰 분류
유도전동기는 구조에 따라 크게 농형 유도전동기와 권선형 유도전동기로 나눌 수 있습니다.
기동법도 전동기 종류에 따라 달라집니다.
시험에서 자주 비교되는 직입기동, Y-Δ기동, 리액터기동은 주로 농형 유도전동기에서 사용하는 기동법입니다.
권선형 유도전동기는 회전자 회로에 외부저항을 연결할 수 있기 때문에 2차 저항기동을 사용할 수 있습니다.
3. 직입기동이란?
직입기동은 전동기에 전원을 직접 인가하여 기동하는 방법입니다.
영어로는 DOL 기동이라고 하며, DOL은 Direct On Line의 약자입니다.
말 그대로 전동기를 전원에 직접 연결해서 바로 출발시키는 방식입니다.
별도의 전압강하 장치가 없기 때문에 전동기에는 정격전압이 그대로 인가됩니다.
4. 직입기동의 특징
직입기동은 가장 단순한 기동법입니다.
회로가 간단하고 설치비가 저렴하며 유지보수가 쉽습니다.
또한 전동기에 정격전압을 그대로 걸기 때문에 기동토크가 큽니다.
하지만 단점도 분명합니다.
정격전압이 바로 인가되기 때문에 기동전류가 매우 큽니다.
정리하면 다음과 같습니다.
직입기동 = 간단하고 힘은 좋지만, 기동전류가 크다
5. 직입기동이 적합한 경우
직입기동은 모든 전동기에 무조건 사용할 수 있는 방식은 아닙니다.
기동전류가 크기 때문에 전원계통에 부담을 줄 수 있습니다.
따라서 보통 다음과 같은 경우에 적합합니다.
- 소용량 전동기
- 기동 빈도가 많지 않은 경우
- 전원계통 용량이 충분한 경우
- 큰 기동토크가 필요한 경우
- 기동전류로 인한 전압강하 문제가 크지 않은 경우
시험에서는 직입기동의 장점과 단점을 함께 기억해야 합니다.
장점: 회로 간단, 값쌈, 기동토크 큼
단점: 기동전류 큼
6. Y-Δ기동이란?
Y-Δ기동은 기동할 때는 Y결선으로 시작하고, 속도가 어느 정도 올라가면 Δ결선으로 전환하는 기동법입니다.
Y결선은 스타 결선, Δ결선은 델타 결선이라고 부릅니다.
즉, 처음에는 스타 결선으로 기동하고, 정상 운전 시에는 델타 결선으로 운전하는 방식입니다.
처음부터 델타 결선으로 전동기를 기동하면 기동전류가 커집니다.
그래서 기동 시에는 스타 결선으로 상전압을 낮추어 기동전류를 줄입니다.
속도가 어느 정도 올라가면 델타 결선으로 전환하여 정상 운전을 합니다.
7. Y-Δ기동의 원리
8. Y-Δ기동의 특징
Y-Δ기동은 직입기동보다 기동전류를 줄일 수 있는 장점이 있습니다.
하지만 기동토크도 같이 줄어들기 때문에 큰 부하를 처음부터 강하게 끌고 가야 하는 경우에는 적합하지 않을 수 있습니다.
Y-Δ기동은 다음과 같은 부하에 적합합니다.
- 송풍기
- 펌프
- 무부하 기동 부하
- 경부하 기동 부하
정리하면 다음과 같습니다.
Y-Δ기동 = 전류는 줄이지만 토크도 줄어드는 방식
9. 리액터기동이란?
리액터기동은 전동기와 전원 사이에 리액터를 직렬로 넣어 기동하는 방법입니다.
리액터가 전압강하를 만들어 전동기에 걸리는 전압을 낮춥니다.
전동기에 인가되는 전압이 낮아지면 기동전류도 감소합니다.
속도가 어느 정도 올라가면 리액터를 제거하고 전동기를 전원에 직접 연결하여 정상 운전합니다.
즉, 리액터기동은 다음 순서로 진행됩니다.
기동 시: 전원 → 리액터 → 전동기
운전 시: 전원 → 전동기
10. 리액터기동의 원리
리액터기동의 핵심은 전압을 낮춰서 기동전류를 줄이는 것입니다.
전동기에 걸리는 전압을 aVaV라고 하면, 기동전류는 전압에 거의 비례하여 감소합니다.
즉, 기동토크는 약 36% 수준까지 감소합니다.
시험에서 중요한 포인트는 이것입니다.
전압을 낮추면 전류는 감소하지만, 토크는 전압의 제곱에 비례해 더 크게 감소한다.
11. 리액터기동의 특징
리액터기동은 기동전류를 줄일 수 있고, 리액터 탭 조정으로 기동전압을 어느 정도 조절할 수 있습니다.
하지만 리액터 자체가 필요하므로 설비비가 증가하고, 리액터 손실도 발생할 수 있습니다.
정리하면 다음과 같습니다.
리액터기동 = 리액터로 전압을 깎아 전류를 줄이는 방식
12. 각 기동법의 핵심 비교
유도전동기 기동법은 시험에서 표로 비교하면 가장 이해하기 쉽습니다.
시험에서는 이 표에서 특히 다음 세 가지를 기억하면 됩니다.
직입기동: 전류 큼, 토크 큼
Y-Δ기동: 전류 1/3, 토크 1/3
리액터기동: 전압 낮춤, 토크는 전압 제곱비로 감소
13. Y-Δ기동과 리액터기동의 차이
Y-Δ기동과 리액터기동은 모두 기동전류를 줄이기 위한 방식입니다.
하지만 전압을 낮추는 방법이 다릅니다.
쉽게 말하면 다음과 같습니다.
Y-Δ기동은 결선을 바꿔 전압을 낮추는 방식
리액터기동은 리액터를 넣어 전압을 낮추는 방식
14. 기동보상기법이란?
기동보상기법은 기동보상기, 즉 단권변압기를 사용하여 전동기에 낮은 전압을 인가한 후 속도가 올라가면 정격전압으로 전환하는 기동법입니다.
기동보상기법은 자기보상기법이라고도 부릅니다.
리액터기동처럼 전압을 낮춰 기동전류를 줄이는 방식이지만, 리액터 대신 단권변압기를 사용하는 점이 다릅니다.
시험에서는 기동보상기법을 다음처럼 기억하면 됩니다.
기동보상기법 = 단권변압기로 전압을 낮춰 기동하는 방법
15. 2차 저항기동이란?
2차 저항기동은 권선형 유도전동기에서 사용하는 기동법입니다.
권선형 유도전동기는 회전자 회로에 외부저항을 연결할 수 있습니다.
기동할 때 2차 회로에 저항을 넣으면 기동전류를 줄이고 기동토크를 크게 할 수 있습니다.
농형 유도전동기에서는 회전자 회로에 외부저항을 연결할 수 없으므로 2차 저항기동을 사용할 수 없습니다.
시험에서는 이렇게 정리하면 좋습니다.
2차 저항기동 = 권선형 유도전동기 전용 기동법
16. 유도전동기 기동법 전체 비교
시험 대비용으로 전체 기동법을 한 번에 정리하면 다음과 같습니다.
이 표에서 가장 중요한 것은 농형과 권선형의 구분입니다.
직입기동, Y-Δ기동, 리액터기동, 기동보상기법은 주로 농형 유도전동기에 사용됩니다.
2차 저항기동은 권선형 유도전동기에서 사용됩니다.
17. 시험에서 자주 나오는 포인트
1) 직입기동의 장단점
직입기동은 회로가 간단하고 값이 저렴합니다.
또한 정격전압이 바로 인가되므로 기동토크가 큽니다.
하지만 기동전류가 크다는 단점이 있습니다.
직입기동: 회로 간단, 값쌈, 기동토크 큼, 기동전류 큼
2) Y-Δ기동의 특징
Y-Δ기동은 기동 시 Y결선으로 전압을 낮춥니다.
따라서 기동전류가 감소하지만 기동토크도 감소합니다.
경부하 기동에 적합하고, Δ 운전이 가능한 전동기에서 사용해야 합니다.
Y-Δ기동: 기동전류 감소, 기동토크 감소, 경부하 기동
3) 리액터기동의 특징
리액터기동은 전동기와 직렬로 리액터를 넣어 전압을 낮춥니다.
전압이 낮아지면 기동전류가 줄어들지만, 기동토크도 함께 줄어듭니다.
특히 토크는 전압의 제곱에 비례한다는 점이 중요합니다.
리액터기동: 전압 감소 → 전류 감소, 토크는 전압 제곱비로 감소
4) 기동토크는 전압의 제곱에 비례한다
유도전동기의 기동토크는 대체로 전압의 제곱에 비례합니다.
T∝V2T \propto V^2따라서 전압을 낮추는 기동법에서는 기동전류뿐 아니라 기동토크 감소도 반드시 함께 고려해야 합니다.
시험에서는 다음처럼 출제될 수 있습니다.
0.82=0.640.8^2 = 0.64전압을 80%로 낮추면 토크는 몇 %가 되는가?
따라서 토크는 약 64%가 됩니다.
18. 쉽게 외우는 암기 포인트
유도전동기 기동법은 이름과 원리를 연결해서 외우면 쉽습니다.
| 직입기동 | 바로 넣는다 → 전류 큼, 토크 큼 |
| Y-Δ기동 | 별로 시작해서 삼각으로 간다 |
| 리액터기동 | 중간에 리액터를 둔다 |
| 기동보상기법 | 단권변압기로 전압을 보상한다 |
| 2차 저항기동 | 권선형 회전자에 저항을 넣는다 |
가장 중요한 한 줄 암기는 다음입니다.
전압을 낮추면 기동전류는 줄지만, 기동토크도 줄어든다.
그리고 토크는 전압보다 더 민감하게 감소합니다.
기동토크는 전압의 제곱에 비례한다.
19. 기출형 문제
문제 1
유도전동기의 직입기동에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 기동전류가 작다
② 회로가 복잡하다
③ 전동기에 정격전압을 직접 인가한다
④ 기동토크가 매우 작다
정답: ③ 전동기에 정격전압을 직접 인가한다
해설:
직입기동은 전동기에 전원을 직접 인가하는 방식입니다. 회로가 간단하고 기동토크가 크지만 기동전류도 큽니다.
문제 2
Y-Δ기동에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 기동 시 Δ결선, 운전 시 Y결선을 사용한다
② 기동 시 Y결선, 운전 시 Δ결선을 사용한다
③ 기동전류는 증가하고 기동토크는 감소한다
④ 직입기동보다 기동전류가 크다
정답: ② 기동 시 Y결선, 운전 시 Δ결선을 사용한다
해설:
Y-Δ기동은 기동할 때 Y결선으로 전압을 낮추고, 정상 운전 시 Δ결선으로 전환하는 방식입니다.
문제 3
Y-Δ기동에서 직입기동과 비교했을 때 기동전류와 기동토크는 대략 어떻게 되는가?
① 전류 1/3, 토크 1/3
② 전류 1/2, 토크 1/2
③ 전류 3배, 토크 3배
④ 전류 동일, 토크 동일
정답: ① 전류 1/3, 토크 1/3
해설:
Y-Δ기동에서는 기동 시 권선에 걸리는 전압이 낮아지므로 기동전류와 기동토크가 모두 직입기동보다 감소합니다. 시험에서는 대략 1/3로 정리합니다.
문제 4
리액터기동에서 전동기에 인가되는 전압을 80%로 낮추면 기동토크는 대략 몇 %가 되는가?
① 80%
② 64%
③ 40%
④ 20%
정답: ② 64%
해설:
유도전동기의 토크는 전압의 제곱에 비례합니다.
따라서 기동토크는 약 64%가 됩니다.
문제 5
권선형 유도전동기에서 주로 사용하는 기동법은?
① 직입기동
② Y-Δ기동
③ 리액터기동
④ 2차 저항기동
정답: ④ 2차 저항기동
해설:
2차 저항기동은 회전자 2차 회로에 외부저항을 삽입하는 방식으로, 권선형 유도전동기에서 사용합니다.
20. 자주 묻는 질문
Q1. 왜 유도전동기는 기동전류가 큰가요?
유도전동기는 정지 상태에서 슬립이 1에 가까워집니다.
이때 회전자에 큰 전류가 유도되고, 전원 측에서도 큰 전류가 흐르게 됩니다.
그래서 기동 순간에는 정격전류보다 훨씬 큰 전류가 흐를 수 있습니다.
Q2. Y-Δ기동은 모든 유도전동기에 사용할 수 있나요?
아닙니다.
Y-Δ기동은 정상 운전 시 Δ결선으로 운전할 수 있는 전동기에 사용합니다.
또한 기동토크가 작아지므로 큰 부하를 처음부터 기동해야 하는 경우에는 적합하지 않을 수 있습니다.
Q3. 리액터기동은 왜 토크가 많이 줄어드나요?
리액터기동은 전동기에 걸리는 전압을 낮춰 기동전류를 줄입니다.
그런데 유도전동기의 토크는 전압의 제곱에 비례합니다.
따라서 전압이 조금만 낮아져도 토크는 더 크게 감소합니다.
Q4. 직입기동이 가장 나쁜 방식인가요?
그렇지는 않습니다.
직입기동은 회로가 간단하고 비용이 저렴하며 기동토크가 크다는 장점이 있습니다.
소용량 전동기나 전원용량이 충분한 경우에는 매우 실용적인 방식입니다.
다만 대용량 전동기에서는 기동전류가 너무 커질 수 있으므로 다른 기동법을 사용합니다.
21. 마무리 정리
유도전동기 기동법은 기동전류를 줄이고 전원계통과 전동기를 보호하기 위해 사용됩니다.
대표적인 기동법을 정리하면 다음과 같습니다.
| 직입기동 | 가장 단순하지만 기동전류가 큼 |
| Y-Δ기동 | Y로 기동하고 Δ로 운전, 전류와 토크 감소 |
| 리액터기동 | 리액터로 전압을 낮춰 기동, 전류와 토크 감소 |
| 기동보상기법 | 단권변압기로 전압을 낮춰 기동 |
| 2차 저항기동 | 권선형 유도전동기에서 사용 |
실무와 시험 모두에서 중요한 것은 각 방법의 원리, 장단점, 기동전류와 기동토크의 변화를 구분하는 것입니다.
특히 시험에서는 다음 한 줄을 반드시 기억해야 합니다.
전압을 낮추면 기동전류는 감소하고, 기동토크도 감소한다.
그리고 더 중요한 공식은 이것입니다.
T∝V2T \propto V^2즉, 기동전압을 낮추는 방식에서는 토크 저하가 반드시 함께 발생합니다.
마지막으로 한 줄로 정리하면 다음과 같습니다.
직입은 바로 넣기, Y-Δ는 별에서 삼각, 리액터는 전압 깎기
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