전동기 역률

부하율과 정격 출력에 따른 전동기 역률 참고 데이터.

powerfactorelectricalmotor계산기

개요

AC 모터의 역률(PF)은 유효 전력(와트)과 피상 전력(볼트-암페어)의 비율입니다. 낮은 역률은 전기 공급이 동일한 유용한 일을 생산하는 데 필요한 것보다 더 많은 전류를 공급해야 함을 의미하며, 케이블, 변압기, 개폐 장치의 손실을 증가시킵니다. 모터는 자기장을 유지하기 위해 여자(무효) 전류를 소모하기 때문에 산업 플랜트에서 낮은 역률의 주요 원인입니다.

역률은 cos φ로 표현되며, 여기서 φ는 전압과 전류 파형 사이의 위상각입니다. 순수 저항 부하는 PF = 1.0입니다. 일반적인 유도 모터는 크기에 따라 무부하에서 0.15에서 전부하에서 0.85–0.91까지입니다.

지상 및 진상 역률

유도 모터는 일반적으로 지상 역률로 작동합니다. 여자 전류가 인가 전압보다 지상이기 때문입니다. 커패시터 뱅크 또는 과여자 동기 모터는 무효 전력을 국부적으로 공급할 수 있으며 보정이 부하 요구보다 큰 경우 진상 역률을 만들 수 있습니다. 지상 및 진상 조건 모두 동일한 수치적 역률 정의를 가지지만 무효 전력의 부호와 VAR 흐름 방향이 다릅니다.

주요 공식

단상 역률

$PF = \frac{P}{S} = \frac{W}{V \cdot A} = \cos\varphi$

유효, 무효 및 피상 전력

$S^2 = P^2 + Q^2$

여기서 S는 피상 전력(VA), P는 유효 전력(W), Q는 무효 전력(VAR)입니다.

3상 모터 전력

$P_{3\phi} = \sqrt{3} \cdot V_L \cdot I_L \cdot PF$

$S_{3\phi} = \sqrt{3} \cdot V_L \cdot I_L$

낮은 역률에 대한 전류 승수

역률이 감소된 회로는 비례적으로 더 많은 전류를 운반해야 합니다:

$I_{actual} = \frac{I_{unity}}{PF}$

예를 들어, PF = 0.7에서 전류는 역률 1.0에서의 전류의 1/0.7 ≈ 1.43배입니다.

변수

기호	설명	단위
PF	Power factor	무차원
P	Active (real) power	W
S	Apparent power	VA
Q	Reactive power	VAR
V	Voltage	V
V_L	Line-to-line voltage	V
I_L	Line current	A
φ	Phase angle between V and I	degrees

일반적인 모터 역률

역률은 부하와 모터 정격에 따라 크게 달라집니다. 아래 값은 표준 1800 rpm NEMA 모터에 대한 것입니다:

4 행

다양한 부하에서 유도 모터의 역률(cos φ)
모터 전력 (hp)	무부하	25% 부하	50% 부하	75% 부하	전부하
0–5	0.15–0.20	0.50–0.60	0.72	0.82	0.84
5–20	0.15–0.20	0.50–0.60	0.74	0.84	0.86
20–100	0.15–0.20	0.50–0.60	0.79	0.86	0.89
100–300	0.15–0.20	0.50–0.60	0.81	0.88	0.91

출처: engineeringtoolbox.com

와이어 단면적 승수

역률이 떨어지면 도체는 추가 전류를 운반하기 위해 과대 설계되어야 합니다. 아래 표는 역률 1.0 설계 대비 필요한 단면적 승수를 제공합니다:

7 행

역률 함수로서의 케이블 단면적 승수(PF = 1 기준)
역률	단면적 승수
1	1
0.9	1.23
0.8	1.56
0.7	2.04
0.6	2.78
0.5	4
0.4	6.25

출처: engineeringtoolbox.com

산업별 일반적인 역률

15 행

일반적인 산업 역률 범위
산업 분야	PF 낮음	PF 높음
Office	0.8	0.9
Hospital	0.75	0.8
Brewery	0.75	0.8
Cement	0.75	0.8
Foundry	0.75	0.8
플라스틱 생산	0.75	0.8
Forging	0.7	0.8
제철소	0.65	0.8
광산(석탄)	0.65	0.8
Chemical	0.65	0.75
금속 가공	0.65	0.7
제조(기계)	0.6	0.65
Stamping	0.6	0.7
석유 펌핑	0.4	0.6
Textiles	0.35	0.6

출처: engineeringtoolbox.com

모터 부하 대비 역률

아래 차트는 모터 부하가 증가함에 따라 역률이 어떻게 개선되는지 보여줍니다. 부분 부하는 모터군에서 낮은 역률의 주요 원인입니다.

모터 부하 대비 역률

계산기

이 계산기를 사용하여 측정된 유효 전력과 역률로 피상 전력과 무효 전력을 구하세요.

모터 피상 및 무효 전력

유효 전력(kW)

역률(cos φ)

대화형 역률 보정 차트

원본 커패시터 보정 차트는 아래에 선택 가능한 데이터로 표시됩니다. 계수에 유효 전력(kW)을 곱하여 필요한 커패시터 크기(kVAR)를 추정합니다.

초기 및 목표 역률별 커패시터 보정 계수

역률 보정 커패시터 크기

유효 전력(kW)

보정 계수(kVAR/kW)

복원된 원본 소스 표

다음 표는 완전한 참조 데이터를 보존하기 위해 원본 소스 페이지에서 복원되었습니다.

전기 모터 - 일반적인 역률

5 행

전동기 - 일반적인 역률
전력(hp)	속도(rpm)	역률(cos φ)	역률(cos φ)	역률(cos φ)	역률(cos φ)	역률(cos φ)
Unloaded	1/4 부하	1/2 부하	3/4 부하	전부하	—	—
0 - 5	1800	0.15 - 0.20	0.5 - 0.6	0.72	0.82	0.84
5 - 20	1800	0.15 - 0.20	0.5 - 0.6	0.74	0.84	0.86
20 - 100	1800	0.15 - 0.20	0.5 - 0.6	0.79	0.86	0.89
100 - 300	1800	0.15 - 0.20	0.5 - 0.6	0.81	0.88	0.91

출처: engineeringtoolbox.com

전기 모터 - 산업별 역률

17 행

전동기 - 산업별 역률
산업 분야	역률
Brewery	75 - 80
Cement	75 - 80
Chemical	65 - 75
전기화학	65 - 75
Foundry	75 - 80
Forging	70 - 80
Hospital	75 - 80
제조, 기계	60 - 65
제조, 페인트	65 - 70
금속 가공	65 - 70
광산, 석탄	65 - 80
Office	80 - 90
석유 펌핑	40 - 60
플라스틱 생산	75 - 80
Stamping	60 - 70
제철소	65 - 80
Textiles	35 - 60

출처: engineeringtoolbox.com

전기 모터 - 커패시터를 이용한 역률 보정

19 행

전동기 - 커패시터를 이용한 역률 보정
개선 후 역률(cosΦ)	개선 후 역률(cosΦ)	개선 후 역률(cosΦ)	개선 후 역률(cosΦ)	개선 후 역률(cosΦ)	개선 후 역률(cosΦ)	개선 후 역률(cosΦ)	개선 후 역률(cosΦ)	개선 후 역률(cosΦ)	개선 후 역률(cosΦ)	개선 후 역률(cosΦ)	커패시터 보정 계수
1	0.99	0.98	0.97	0.96	0.95	0.94	0.93	0.92	0.91	0.9	—
0.5	1.73	1.59	1.53	1.48	1.44	1.4	1.37	1.34	1.3	1.28	1.25
0.55	1.52	1.38	1.32	1.28	1.23	1.19	1.16	1.12	1.09	1.06	1.04
0.6	1.33	1.19	1.13	1.08	1.04	1.01	0.97	0.94	0.91	0.88	0.85
0.65	1.17	1.03	0.97	0.92	0.88	0.84	0.81	0.77	0.74	0.71	0.69
0.7	1.02	0.88	0.81	0.77	0.73	0.69	0.66	0.62	0.59	0.56	0.54
0.75	0.88	0.74	0.67	0.63	0.58	0.55	0.52	0.49	0.45	0.43	0.4
0.8	0.75	0.61	0.54	0.5	0.46	0.42	0.39	0.35	0.32	0.29	0.27
0.85	0.62	0.48	0.42	0.37	0.33	0.29	0.26	0.22	0.19	0.16	0.14
0.9	0.48	0.34	0.28	0.23	0.19	0.16	0.12	0.09	0.06	0.02	—
0.91	0.45	0.31	0.25	0.21	0.16	0.13	0.09	0.06	0.02	—	—
0.92	0.43	0.28	0.22	0.18	0.13	0.1	0.06	0.03	—	—	—
0.93	0.4	0.25	0.19	0.15	0.1	0.07	0.03	—	—	—	—
0.94	0.36	0.22	0.16	0.11	0.07	0.04	—	—	—	—	—
0.95	0.33	0.18	0.12	0.08	0.04	—	—	—	—	—	—
0.96	0.29	0.15	0.09	0.04	—	—	—	—	—	—	—
0.97	0.25	0.11	0.05	—	—	—	—	—	—	—	—
0.98	0.2	0.06	—	—	—	—	—	—	—	—	—
0.99	0.14	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—

출처: engineeringtoolbox.com

유도 모터 - KVAR 보정 단위

24 행

유도 전동기 - kVAR 보정 용량
유도 모터 정격(HP)	공칭 모터 속도(rpm)	공칭 모터 속도(rpm)	공칭 모터 속도(rpm)	공칭 모터 속도(rpm)	공칭 모터 속도(rpm)	공칭 모터 속도(rpm)
3600	3600	1800	1800	1200	1200	—
커패시터 정격(KVAR)	선 전류 감소(%)	커패시터 정격(KVAR)	선 전류 감소(%)	커패시터 정격(KVAR)	선 전류 감소(%)	—
3	1.5	14	1.5	23	2.5	28
5	2	14	2.5	22	3	26
7.5	2.5	14	3	20	4	21
10	4	14	4	18	5	21
15	5	12	5	18	6	20
20	6	12	6	17	7.5	19
25	7.5	12	7.5	17	8	19
30	8	11	8	16	10	19
40	12	12	13	15	16	19
50	15	12	18	15	20	19
60	18	12	21	14	22.5	17
75	20	12	23	14	25	15
100	22.5	11	30	14	30	12
125	25	10	36	12	35	12
150	30	10	42	12	40	12
200	35	10	50	11	50	10
250	40	11	60	10	62.5	10
300	45	11	68	10	75	12
350	50	12	75	8	90	12
400	75	10	80	8	100	12
450	80	8	90	8	120	10
500	100	8	120	9	150	12

출처: engineeringtoolbox.com

원본 소스 이미지

다음 원본 소스 이미지는 시각적 참조 자료를 잃지 않기 위해 보존됩니다. 이미지에 차트 또는 표 데이터가 포함된 경우 추출된 값은 페이지 표, 계산기 또는 대화형 차트로 표현됩니다. 나머지 이미지는 시각적 소스 참조로 유지됩니다.

역률, 유효 전력, 무효 전력 및 피상 전력 커패시터를 이용한 역률 보정

공학 참고 사항

과대 설계 패널티. PF = 0.7인 플랜트는 동일한 유효 부하에서 역률 1.0일 때보다 43% 더 높은(1/0.7) 정격의 변압기, 케이블, 개폐 장치가 필요합니다.
유틸리티 할증료. 대부분의 유틸리티는 PF ≈ 0.90–0.95 미만의 상업 고객에게 패널티를 부과합니다. 역률 보정은 수요 요금을 제거하고 월별 청구액을 줄일 수 있습니다.
커패시터 보정. 역률 보정 커패시터는 무효 전류를 국부적으로 공급하여 공급에서 소모되는 전류를 줄입니다. 커패시터는 모터와 함께 스위칭되거나 버스에 그룹화되어야 합니다. 과보정(진상 PF)은 전압 상승과 공진을 유발할 수 있습니다.
표준. IEC 61000-3-2는 고조파 전류 왜곡을 제한하며, 이는 측정된 역률에도 영향을 미칩니다. 가변 주파수 드라이브는 고조파가 풍부한 전류를 생성하며 역률 커패시터 외에 라인 리액터 또는 수동 필터가 필요할 수 있습니다.
모터 부하. 모터를 정격 부하보다 훨씬 낮게 운전하는 것은 플랜트 역률 저하의 가장 일반적인 원인입니다. 모터 크기를 구동 부하에 맞추거나 가변 속도 드라이브를 사용하면 PF가 직접 개선됩니다.
동기 모터. 과여자 동기 모터는 역률 보정에 사용될 수 있으며 별도의 커패시터 뱅크 없이 진상 VAR를 제공하기 때문에 대형 플랜트에서 때때로 선호됩니다.

참고 자료

원본 소스 – Engineering ToolBox: 역률 – 전기 모터

출처: engineeringtoolbox.com