동기속도란?
동기속도는 유도전동기, 동기전동기, 교류발전기 같은 교류(AC) 기기에서 고정자 권선이 만들어 내는 회전자기장의 회전 속도를 말합니다. 자기장이 회전하는 이론적인 속도이며, 실제 회전자 속도를 판단하는 기준이 됩니다. 유도전동기의 경우 회전자는 항상 동기속도보다 약간 느리게 돌아가는데, 이 속도 차이를 '슬립(slip)'이라고 합니다.
계산기 사용 방법
전원 주파수를 헤르츠(Hz) 단위로 입력하세요. 한국은 60 Hz를 사용하며, 유럽·아시아·아프리카 대부분 지역은 50 Hz를 사용합니다. 그다음 기기의 자극(磁極) 수를 입력합니다. 극수는 항상 짝수입니다(2, 4, 6, 8 …). 계산기는 동기속도를 분당 회전수(RPM)와 초당 회전수(rev/s)로 함께 보여 줍니다.
공식 풀이
기본 공식은 $$N_s = \frac{120 \times \text{Frequency (Hz)}}{\text{Poles}}$$ 입니다. 여기서 \(N_s\)는 RPM 단위의 동기속도, \(f\)는 Hz 단위의 전원 주파수, \(P\)는 전체 극수를 뜻합니다. 상수 120은 초당 전기적 주파수를 분당 기계적 회전수로 환산하면서 극쌍(極雙)을 함께 반영합니다(120 = 60초/분 \(\times\) 2극/극쌍).
계산 예시
60 Hz 전원에 연결된 4극 유도전동기를 예로 들어 보겠습니다. $$N_s = \frac{120 \times 60}{4} = \frac{7200}{4} = 1800 \text{ RPM}$$ 입니다. 이를 rev/s로 환산하면 \(1800 / 60 = 30\) rev/s가 됩니다. 부하가 걸린 실제 회전자는 약 1750 RPM으로 돌아가며, 이때 슬립은 약 2.8% 정도입니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
왜 극수는 반드시 짝수여야 하나요? 자극은 항상 N극과 S극이 짝을 이루기 때문에 전체 극수는 언제나 짝수가 됩니다.
회전자가 동기속도로 돌아가나요? 동기전동기는 설계상 동기속도로 회전합니다. 반면 유도전동기는 자기장과 회전자 사이에 상대운동(슬립)이 있어야 토크가 발생하므로 동기속도보다 약간 낮게 돌아갑니다.
50 Hz 전원에서는 무엇이 달라지나요? 같은 4극 전동기를 50 Hz에서 돌리면 \(N_s = \frac{120 \times 50}{4} = 1500\) RPM이 됩니다. 그래서 극수가 같더라도 50 Hz 기기가 60 Hz 기기보다 느리게 회전합니다.
