동기전동기는 왜 스스로 기동하기 어려울까? 댐퍼권선과 인버터 기동 원리

동기전동기는 정상운전 상태에서 고정자의 회전자계와 회전자가 정확히 같은 속도로 회전한다.

정상운전 속도는

Ns = 120f / P

로 결정되고,

동기상태에서는

Nr = Ns

이므로 슬립은 0이다.

유도전동기처럼 슬립을 이용해 회전자 전류를 유도하지 않고, 회전자 자체에 만들어진 자계와 고정자의 회전자계가 자기적으로 맞물리면서 토크를 발생시킨다.

그런데 여기에서 한 가지 중요한 문제가 생긴다.

전동기를 처음 기동하는 순간 회전자는 정지해 있다.

반면 고정자에 3상 정격주파수 전원을 바로 공급하면 회전자계는 처음부터 동기속도로 회전한다.

예를 들어 60Hz, 4극 동기전동기의 회전자계는

Ns = 1800rpm

으로 회전한다.

정지해 있는 회전자가 갑자기 1800rpm으로 회전하는 자기장을 어떻게 따라갈 수 있을까?

전통적인 동기전동기는 바로 이 문제 때문에 일반적으로 스스로 기동하기 어렵다.

먼저 정상운전 상태부터 다시 생각해보자

동기전동기가 정상운전 중이라고 하자.

고정자의 회전자계는 동기속도로 회전한다.

회전자 자계도 같은 속도로 회전한다.

따라서 두 자계 사이의 상대적인 위치관계는 거의 일정하다.

부하를 구동하기 위해서는 두 자계축 사이에 일정한 토크각 δ가 형성된다.

단순화된 동기기에서는 전력과 토크를

P ∝ sinδ

T ∝ sinδ

와 같은 형태로 이해할 수 있다.

즉 두 자계가 일정한 각도차를 유지하면서 자기적으로 맞물려 있기 때문에 한 방향의 평균토크가 계속 발생한다.

기동 순간에는 상황이 완전히 다르다

전동기를 처음 기동하면 회전자는

Nr = 0

이다.

하지만 3상 고정자에 정격주파수 전원을 바로 공급하면 회전자계는

Ns = 120f/P

의 속도로 즉시 회전한다.

따라서 정지한 회전자 입장에서는 N극과 S극에 해당하는 고정자 자계가 매우 빠르게 지나간다.

회전자는 한 순간에는 한 방향으로 끌려가려 하고, 아주 짧은 시간이 지나면 반대방향으로 힘을 받게 된다.

회전자에 한 방향 토크만 생기지 않는다

단순하게 2극 동기전동기를 생각해보자.

회전자에는 고정된 N극과 S극이 있다.

어떤 순간에는 고정자 회전자계의 S극이 회전자 N극보다 앞쪽에 있다고 하자.

그러면 회전자 N극은 앞쪽으로 끌려가면서 한 방향의 토크를 받는다.

하지만 회전자는 관성 때문에 즉시 충분히 회전하지 못한다.

그 사이 고정자의 회전자계는 빠르게 지나간다.

조금 후에는 회전자 N극 앞쪽으로 고정자 N극이 나타날 수 있다.

그러면 이번에는 반대방향 토크가 발생한다.

즉

정방향 토크

→ 반대방향 토크

→ 정방향 토크

→ 반대방향 토크

가 매우 빠르게 반복된다.

평균 기동토크가 거의 0이 되는 이유

회전자는 질량과 관성을 가지고 있다.

고정자의 회전자계가 빠르게 지나가는 동안 회전자는 순간순간 바뀌는 토크에 충분히 반응하지 못한다.

한 방향으로 조금 움직이려다가 곧 반대방향 토크를 받고, 다시 원래 방향 토크를 받게 된다.

이상적으로 대칭적인 조건에서는 이러한 양·음 토크가 평균적으로 거의 상쇄될 수 있다.

따라서 회전자를 한 방향으로 계속 가속시키는 평균 기동토크가 충분히 형성되지 않는다.

이것이 전통적인 동기전동기가 스스로 기동하기 어려운 근본적인 이유다.

유도전동기와 비교하면 차이가 명확하다

유도전동기의 회전자가 정지해 있으면

s = 1

이다.

고정자의 회전자계와 회전자 사이의 상대속도가 최대다.

이 상대운동 때문에 회전자에 큰 유도기전력이 발생하고 회전자 전류가 흐른다.

그 결과 렌츠의 법칙에 따라 회전자계를 따라가려는 한 방향의 평균토크가 발생한다.

따라서 유도전동기는 정지상태에서도 스스로 기동할 수 있다.

반면 순수한 동기전동기의 회전자 자계는 이미 N극과 S극으로 형성되어 있다.

고속으로 회전하는 고정자 자계가 이 회전자 자계를 번갈아 끌고 밀면서 평균적인 기동토크가 형성되지 않는 것이 핵심적인 차이다.

그렇다면 회전자를 미리 돌려놓으면 어떻게 될까?

흥미롭게도 회전자를 동기속도에 가까운 속도까지 미리 돌려놓으면 상황이 달라진다.

회전자가 고정자 회전자계와 거의 같은 속도로 회전하면 두 자계 사이의 상대속도가 매우 작아진다.

이때 적절한 순간에 회전자 계자를 형성하면 회전자 자계가 고정자의 회전자계와 자기적으로 맞물릴 수 있다.

한번 동기상태에 들어가면 회전자는 회전자계와 같은 속도를 유지하면서 계속 회전할 수 있다.

즉 동기전동기의 핵심적인 기동과제는

회전자를 어떻게 동기속도 근처까지 가져갈 것인가

라고 볼 수 있다.

동기투입이란 무엇일까?

회전자가 동기속도 근처에 도달한 뒤 회전자 자계를 고정자 회전자계와 적절하게 맞물리도록 하는 과정을 동기투입과 관련하여 설명할 수 있다.

두 자계의

속도,

위상관계,

극성

등이 적절해야 안정적으로 동기상태에 들어갈 수 있다.

조건이 맞지 않으면 큰 기계적 충격이나 전류가 발생할 수 있다.

따라서 대형 동기기에서는 기동과 동기투입 과정이 중요하다.

가장 대표적인 해결방법: 댐퍼권선

전통적인 동기전동기의 대표적인 기동방법 가운데 하나는 댐퍼권선(Damper Winding)을 이용하는 것이다.

댐퍼권선은 회전자 자극 표면 등에 설치되는 도체바 구조다.

도체바의 양쪽 끝을 연결하면 외형적으로 농형 유도전동기의 회전자와 비슷한 폐회로가 만들어진다.

그래서 동기전동기가 기동할 때 일시적으로 유도전동기처럼 작동할 수 있다.

댐퍼권선으로 어떻게 토크가 발생할까?

전동기를 정지상태에서 기동한다고 하자.

고정자 3상 권선에 전원을 공급하면 회전자계가 발생한다.

회전자는 아직 정지해 있으므로 회전자계와 댐퍼도체 사이에는 큰 상대속도가 존재한다.

따라서 댐퍼권선에 유도기전력이 발생한다.

폐회로이므로 유도전류가 흐른다.

이 전류와 고정자 회전자계가 상호작용하면서 유도전동기와 같은 원리의 기동토크가 발생한다.

즉

고정자 회전자계

→ 댐퍼권선에 유도기전력 발생

→ 댐퍼전류 발생

→ 유도토크 발생

→ 회전자 가속

이라는 과정이다.

기동 중에는 사실상 유도전동기처럼 움직인다

댐퍼권선을 이용하는 동기전동기는 기동 중에는 일종의 농형 유도전동기처럼 볼 수 있다.

회전자는 고정자의 회전자계를 따라가면서 점점 가속한다.

하지만 유도전동기와 마찬가지로 유도토크만으로는 정확히 동기속도까지 도달할 수 없다.

왜냐하면 동기속도에 가까워질수록 회전자계와 댐퍼권선 사이의 상대속도가 감소하기 때문이다.

상대속도가 0이 되면 유도기전력과 유도전류도 사라진다.

따라서 유도작용으로 회전자를 동기속도 근처까지 가속시킨 뒤 최종적으로 동기상태에 끌어들여야 한다.

회전자 계자는 언제 투입할까?

전통적인 방식에서는 회전자가 동기속도에 충분히 가까워졌을 때 회전자 계자를 적절하게 적용하여 고정자 회전자계와 회전자 자계가 맞물리게 한다.

회전자 자계가 동기자계에 포착되면 회전자가 정확히 동기속도로 들어가게 된다.

이를 Pull-In 또는 동기인입과 관련하여 설명할 수 있다.

단, 실제 여자제어 방식과 투입순서는 기기의 구조와 여자장치에 따라 달라질 수 있다.

Pull-In Torque란 무엇일까?

동기속도 근처까지 가속된 전동기가 동기상태로 들어가기 위해서는 부하를 포함한 회전체를 동기속도로 끌어올릴 수 있어야 한다.

이때 관련되는 능력을 Pull-In Torque라고 부를 수 있다.

부하관성이 지나치게 크거나 부하토크가 너무 크면 회전자가 충분히 동기속도 근처에 있더라도 동기상태로 들어가지 못할 수 있다.

즉 단순히 속도만 가까워졌다고 반드시 동기인입이 성공하는 것은 아니다.

댐퍼권선은 기동에만 사용할까?

아니다.

댐퍼권선은 동기전동기의 정상운전 안정성에도 도움을 줄 수 있다.

정상상태에서는 회전자와 회전자계가 같은 속도로 회전하므로 댐퍼권선과 기본파 회전자계 사이의 상대속도가 거의 없다.

따라서 정상적인 기본파에 의한 유도전류는 거의 발생하지 않는다.

하지만 부하가 갑자기 변하면서 회전자가 회전자계에 대해 순간적으로 앞뒤로 흔들리면 상대운동이 발생한다.

그러면 댐퍼권선에 전류가 유도되고 이 진동을 줄이는 방향의 토크가 발생할 수 있다.

헌팅이란 무엇일까?

동기전동기의 부하가 갑자기 변하면 회전자 토크각도 새로운 평형점으로 이동해야 한다.

그런데 회전자에는 관성이 있기 때문에 새로운 위치에 바로 멈추지 않고 평형점 주변을 앞뒤로 진동할 수 있다.

이러한 현상을 헌팅(Hunting) 또는 동기기 진동이라고 한다.

예를 들어 부하가 갑자기 증가하면 회전자는 회전자계에 대해 더 뒤처지면서 토크각이 증가한다.

하지만 관성 때문에 필요한 토크각을 지나칠 수 있다.

그러면 다시 반대방향으로 되돌아오면서 진동이 발생한다.

댐퍼권선이 헌팅을 줄이는 원리

회전자가 동기자계에 대해 상대적으로 흔들리면 댐퍼권선과 회전자계 사이에도 상대운동이 생긴다.

그 결과 댐퍼권선에 전류가 유도된다.

렌츠의 법칙에 따라 이 전류는 상대운동을 줄이는 방향의 토크를 만든다.

즉 회전자의 진동에 제동을 걸어주는 것이다.

그래서 Damper라는 이름처럼 댐퍼권선은 진동을 감쇠시키는 역할도 한다.

보조전동기를 사용하는 방법

동기전동기를 기동하는 또 다른 방법은 외부의 보조전동기(Pony Motor)를 이용하는 것이다.

보조전동기로 동기전동기의 회전축을 먼저 회전시킨다.

회전속도를 동기속도 부근까지 올린다.

이후 동기전동기를 계통과 동기상태로 연결하고 회전자 계자를 형성한다.

정상운전에 들어가면 보조전동기는 분리한다.

이 방식은 원리적으로 매우 명확하다.

보조전동기 방식의 단점

추가적인 전동기와 기계적 연결장치가 필요하다.

설비가 복잡해진다.

공간과 유지보수 대상이 증가한다.

기동절차도 복잡하다.

따라서 현대의 다양한 전력전자 기동방식에 비해 적용성이 떨어질 수 있지만 동기전동기의 기동원리를 이해하기에는 좋은 방식이다.

주파수를 낮춰서 시작하면 어떻게 될까?

동기속도는

Ns = 120f/P

이다.

정격주파수가 60Hz라면 4극 전동기의 회전자계는 1800rpm으로 회전한다.

하지만 처음부터 60Hz를 공급하지 않고 매우 낮은 주파수를 공급하면 어떨까?

예를 들어 1Hz라면

Ns = 120 × 1 / 4

= 30rpm

이다.

회전자계가 매우 천천히 회전하게 된다.

정지한 회전자도 이 정도의 느린 회전자계라면 따라가기가 훨씬 쉬워진다.

이 원리를 이용하는 것이 현대적인 가변주파수 기동이다.

인버터를 사용하면 기동문제가 크게 달라진다

인버터는 전동기에 공급하는 주파수와 전압을 제어할 수 있다.

기동할 때 주파수를 아주 낮게 설정한다.

→ 회전자계를 천천히 회전시킨다.

→ 회전자가 회전자계를 따라가도록 한다.

→ 주파수를 점차 증가시킨다.

→ 회전자계 속도도 증가한다.

→ 회전자가 계속 동기상태를 유지하면서 가속한다.

이렇게 하면 정지한 회전자를 갑자기 1800rpm의 회전자계에 던져 넣을 필요가 없다.

PMSM은 왜 자연스럽게 기동할 수 있을까?

영구자석 동기전동기(PMSM)는 회전자에 영구자석이 있어 처음부터 회전자 자계가 존재한다.

하지만 단순히 정격주파수 교류전원을 바로 연결하면 여전히 동기기 특유의 기동문제가 나타날 수 있다.

현대 PMSM은 일반적으로 인버터와 전자제어를 함께 사용한다.

제어기는 회전자 위치를 파악하고 그 위치에 맞는 고정자 전류를 공급한다.

따라서 정지상태에서도 원하는 방향의 토크를 만들 수 있고 회전자 위치에 맞춰 회전자계를 이동시키면서 가속할 수 있다.

회전자 위치는 어떻게 알까?

고성능 동기전동기 제어에서는 회전자 자석의 위치 또는 자속축 위치를 알아야 한다.

이를 위해

엔코더,

리졸버,

홀센서

등의 위치센서를 사용할 수 있다.

또는 전동기의 전압과 전류 등의 정보를 이용해 회전자 위치를 추정하는 센서리스 제어를 사용할 수도 있다.

정확한 회전자 위치를 알면 제어기는 원하는 토크를 만들 수 있는 방향으로 고정자 전류를 공급할 수 있다.

현대의 동기전동기는 ‘기동토크가 없다’고 말하면 틀릴 수 있다

전통적인 정현파 전원에 직접 연결하는 동기전동기의 기본이론에서는 평균 기동토크가 0에 가까워 스스로 기동하기 어렵다고 설명한다.

하지만 현대의 인버터 구동 PMSM이나 동기 릴럭턴스 모터 등은 전력전자 제어에 의해 정지상태에서도 충분한 토크를 만들 수 있다.

따라서

“동기전동기는 무조건 자기기동이 불가능하다”

라고 단정하는 것은 현대적인 구동시스템까지 포함하면 정확하지 않다.

보다 정확하게 말하면

전통적인 동기전동기를 고정주파수 전원에 직접 연결할 경우 자체적인 평균 기동토크를 얻기 어렵다

고 표현하는 것이 좋다.

주파수만 낮추면 되는 것일까?

그렇지는 않다.

주파수를 낮출 때 전압을 그대로 유지하면 자속이 과도하게 커질 수 있다.

전동기의 자속은 기본적으로 V/f의 영향을 받는다.

따라서 낮은 주파수에서는 전압도 적절히 낮추어야 한다.

기본적인 인버터 제어에서는

V/f ≈ 일정

하게 유지하여 자속을 적절한 범위에 두려고 한다.

고성능 PMSM에서는 벡터제어 등을 이용해 자속과 토크를 보다 정밀하게 제어한다.

동기전동기가 동기에 들어가면 왜 계속 같은 속도를 유지할까?

동기상태가 형성되면 고정자 회전자계와 회전자 자계는 일정한 토크각을 유지하면서 함께 회전한다.

부하가 증가하면 회전자가 회전자계에 대해 약간 뒤처진다.

하지만 정상상태에서 속도가 계속 낮아지는 것이 아니라 토크각이 증가한다.

토크각 증가

→ 전자기토크 증가

→ 증가한 부하토크와 평형

이 형성된다.

따라서 전원주파수가 일정하면 회전속도는 다시 동기속도를 유지한다.

부하를 계속 증가시키면?

동기전동기도 무한한 부하를 견딜 수는 없다.

단순한 원통형 동기기 모델에서는

T ∝ sinδ

로 생각할 수 있다.

δ가 증가하면서 토크가 증가하지만 특정 영역에서 최대토크에 도달한다.

그 이상 부하가 증가하면 안정적인 동기상태를 유지할 수 없게 된다.

회전자는 회전자계와의 동기를 잃을 수 있다.

이를 탈조(Loss of Synchronism)라고 한다.

탈조와 기동실패는 같은 문제일까?

아니다.

기동실패는 정지상태에서 회전자를 동기운전 상태까지 올리지 못하는 문제다.

탈조는 이미 정상적으로 동기운전하던 전동기가

과도한 부하,

큰 계통변동,

여자문제,

과도현상

등으로 인해 동기를 잃는 현상이다.

즉 발생시점과 원인이 다르다.

탈조하면 어떤 일이 생길까?

동기가 깨지면 회전자와 고정자 회전자계 사이에 상대속도가 발생한다.

토크와 전류가 크게 변동할 수 있다.

기계적인 진동도 커질 수 있다.

정상적인 동기토크를 안정적으로 전달하지 못하게 된다.

따라서 대형 동기전동기에서는 탈조를 감지하고 보호하는 것이 중요하다.

부하관성이 기동에 미치는 영향

전동기의 가속은 기본적으로

J(dω/dt) = Te – TL

로 표현할 수 있다.

여기서

J는 회전체 전체의 관성모멘트,

Te는 전동기 토크,

TL은 부하토크다.

J가 크면 같은 가속토크로 속도를 올리는 데 더 많은 시간이 필요하다.

따라서 댐퍼권선을 이용해 기동하는 경우에도 큰 관성부하는 동기속도 근처까지 가속하는 데 시간이 오래 걸릴 수 있다.

기동 중 발생하는 열도 증가할 수 있다.

댐퍼권선에도 발열이 발생한다

댐퍼권선으로 기동할 때는 유도전류가 흐른다.

따라서

I²R

손실이 발생한다.

기동이 반복되거나 기동시간이 지나치게 길어지면 회전자 댐퍼권선의 온도도 크게 상승할 수 있다.

따라서 전동기가 한 번 기동할 수 있다고 해서 무제한으로 반복기동할 수 있는 것은 아니다.

전동기의 열적 설계와 허용기동횟수를 고려해야 한다.

기동부하가 너무 크면 문제가 된다

댐퍼권선에 의해 유도토크가 발생하더라도 부하가 요구하는 토크보다 충분히 커야 회전자가 가속할 수 있다.

Te > TL

이어야

dω/dt > 0

가 된다.

부하토크가 지나치게 크면 동기속도 근처까지 가속하지 못하고 기동이 실패할 수 있다.

따라서 대형 동기전동기의 기동설계에서는 단순히 전동기 정격출력만 보는 것이 아니라

기동토크,

부하토크,

관성,

가속시간,

전원계통 영향

등을 함께 검토해야 한다.

전원계통도 기동방식에 영향을 준다

큰 전동기를 기동하면 상당한 전류가 흐를 수 있다.

전원계통이 약하면 기동 중 전압강하가 발생한다.

전압이 떨어지면 전동기 기동토크도 감소할 수 있다.

그러면 가속시간이 길어지고 다시 발열이 증가하는 악순환이 생길 수 있다.

따라서 대용량 전동기에서는 전동기 자체뿐 아니라 변압기와 배전계통의 용량도 중요하다.

댐퍼권선과 농형 회전자는 같은 것일까?

외형적으로 비슷한 도체바 구조를 가질 수 있지만 목적은 다르다.

농형 유도전동기에서는 회전자 도체바의 유도전류가 정상운전 중에도 토크를 만드는 핵심이다.

반면 동기전동기의 댐퍼권선은 주로

기동,

과도진동 감쇠,

안정성 향상

등을 위해 사용된다.

정상 동기운전에서는 기본파 회전자계와의 상대속도가 없기 때문에 정상적인 기본파 유도전류는 거의 발생하지 않는다.

동기전동기의 기동방식을 비교하면

댐퍼권선 기동

기동 중 유도전동기처럼 동작

구조적으로 자체 기동 가능성을 높임

동기속도 부근에서 동기인입 필요

기동 중 댐퍼 발열 고려 필요

보조전동기 기동

외부 전동기로 동기속도 부근까지 가속

원리가 단순하고 확실함

추가설비가 필요함

가변주파수 기동

낮은 주파수부터 시작해 회전자계 속도를 서서히 증가

부드러운 기동 가능

속도·토크 제어에도 유리

인버터와 제어장치 필요

현대의 가변속 동기전동기에서 매우 중요한 방법

유도전동기와 기동특성을 다시 비교하면

유도전동기:

정지 시 s=1

→ 회전자 유도전류 발생

→ 한 방향 유도토크 발생

→ 자체 기동 가능

동기전동기:

정지한 회전자 자계에 빠른 회전자계가 지나감

→ 토크방향이 빠르게 교번

→ 평균 기동토크가 충분하지 않음

→ 별도의 기동방법 필요

라는 차이를 가진다.

자주 혼동하는 부분

첫째, 동기전동기가 정상운전에서 토크를 만들지 못하는 것이 아니다.

정상 동기상태에서는 회전자 자계와 고정자 회전자계 사이의 토크각으로 충분한 토크를 만든다.

둘째, 문제는 정지상태에서 정상 동기상태로 들어가는 과정이다.

셋째, 전통적인 동기전동기는 정격주파수 전원에 바로 연결했을 때 평균적인 기동토크를 얻기 어렵다.

넷째, 댐퍼권선을 설치하면 기동 중 유도전동기와 비슷한 원리로 토크를 만들 수 있다.

다섯째, 댐퍼권선만으로 동기속도에서 계속 유도토크를 만드는 것은 아니다.

여섯째, 회전자가 동기속도 근처까지 도달한 뒤 동기상태로 들어가는 과정이 필요하다.

일곱째, 현대 PMSM은 인버터 제어를 이용하므로 정지상태에서도 충분한 기동토크를 만들 수 있다.

여덟째, 부하가 증가하면 동기전동기의 정상속도가 계속 떨어지는 것이 아니라 토크각이 증가한다.

아홉째, 허용범위를 넘는 부하가 걸리면 탈조할 수 있다.

열째, 댐퍼권선은 기동뿐 아니라 헌팅을 감소시키는 데도 도움이 된다.

마무리

동기전동기가 전통적으로 스스로 기동하기 어려운 이유는 정지한 회전자와 빠르게 회전하는 고정자 회전자계 사이에서 발생하는 토크가 계속 같은 방향으로 유지되지 않기 때문이다.

정격주파수의 3상 전원을 공급하면 고정자 회전자계는 즉시

Ns = 120f/P

의 속도로 회전한다.

하지만 회전자는 정지해 있고 관성을 가지고 있다.

회전자 자계가 한 순간에는 정방향 토크를 받다가 고정자 회전자계가 빠르게 지나가면 다음 순간에는 반대방향 토크를 받을 수 있다.

이러한 교번토크가 평균적으로 상쇄되면서 회전자를 한 방향으로 계속 가속할 만한 평균 기동토크가 충분히 형성되지 않는다.

이 문제를 해결하기 위해 전통적인 동기전동기에서는 댐퍼권선을 이용할 수 있다.

댐퍼권선은 기동 중 농형 유도전동기의 회전자처럼 전류를 유도하여 한 방향의 유도토크를 만든다.

회전자가 동기속도 부근까지 가속되면 회전자 자계와 고정자 회전자계가 자기적으로 맞물리면서 동기운전에 들어간다.

보조전동기를 이용해 회전자를 미리 가속하는 방법도 사용할 수 있다.

현대에는 인버터가 동기전동기의 기동방식을 크게 바꾸었다.

처음부터 정격주파수를 공급하는 대신 낮은 주파수에서 천천히 회전자계를 만들고 회전자가 따라가도록 하면서 주파수를 점차 증가시킬 수 있다.

특히 PMSM에서는 회전자 위치를 확인하면서 고정자전류를 제어하기 때문에 정지상태에서도 높은 토크를 만들고 부드럽게 가속할 수 있다.

따라서 현대적인 관점에서는

“동기전동기는 기동할 수 없다”

가 아니라

“고정주파수 전원에 직접 연결되는 전통적인 동기전동기는 자체적인 평균 기동토크를 얻기 어려우므로 별도의 기동방법이 필요하다”

라고 이해하는 것이 더 정확하다.

그리고 정상적인 동기상태에 들어간 뒤에는 회전자가 고정자 회전자계와 정확히 같은 속도로 회전한다.

부하변화에는 슬립이 아니라 토크각 변화로 대응하고, 부하가 지나치게 커져 동기토크의 한계를 넘으면 탈조할 수 있다.

이로써 전기기기의 기본 원리부터 변압기, 유도전동기, 직류전동기와 동기전동기까지 이어진 첫 번째 30개 시리즈가 마무리된다.

다음 글부터는 여기서 한 단계 더 깊게 들어가 전기기기 심화 시리즈로 이어갈 수 있다.

첫 번째 심화 주제로는 동기전동기의 중요한 특징 가운데 하나인 V곡선과 계자전류에 따른 역률 변화를 살펴본다.

왜 계자전류를 너무 적게 주면 지상전류가 흐르고, 적절히 조절하면 역률이 1에 가까워지며, 과여자하면 오히려 진상전류가 흐르는지 동기전동기의 전압방정식과 무효전력 관점에서 자세히 알아본다.