단상 전력과 삼상전력 그리고 이를 이용하는 전동기에 대해 알아보자.

단상 전력과 3상 전력
교류는 단상전력과 3상 전력으로 나뉜다. 이는 교류 전력이 위상을 가지므로 상의 수에 따라 상이 하나인 것은 단상, 셋인 것은 3상이라고 부른다. 삼상은 단상 교류 셋을 위상을 달리하여 결합한 것이다.

단상전력은 일반적인 전력 관계식을 따른다.

P = IV (에너지 전송의 비율)
P = I^2R (저항으로 인한 손실)
P = V^2/R (저항으로 인한 손실)

삼상전력은 순간 전력 총합이 언제나 일정하다. 이를 이용하여 전동기를 가동할 때 일정한 전력을 계속하여 공급할 수 있는 이점이 있다. 그러나 단상에 비해 전기 누설의 위험이 크므로 사용에 주의하여야 한다. 삼상 전력은 전동차나 대형 에어컨과 같이 전동기를 계속하여 사용하는 기계에 사용된다.

수용가 가전제품의 전력 사용
전력은 전원을 통해 공급된다. 전원은 크게 보아 직류와 교류로 구분된다. 가전제품이나 전자제품은 대부분 직류로 작동된다. 직류를 발전하여 수용가에 공급하는 것은 매우 비효율적이다. 대규모 전력 공급은 교류로 제공되며 각각의 전기 기기는 정류기를 이용하여 교류를 직류로 변환해 사용한다. 교류를 계속하여 공급받을 수 없는 상태에서 사용하는 기기인 휴대전화와 같은 이동용 기기에는 전지가 사용된다.

고압 송전을 하는 이유(열을 통한 전력 손실 경감)
발전소에서 공급되는 전류는 송전선을 통해 소비자에게 전달된다. 송전선 역시 일정한 저항을 갖는 도체로 이루어져 있기 때문에 전기가 전달되는 동안 열을 발생시켜 전력 손실이 일어난다. 줄의 법칙에 따라 같은 전력을 전달할 때 전류와 저항은 반비례 관계에 놓인다. 송전선의 전력 손실을 최소화하기 위해서는 되도록 전압을 올리거나 전선의 저항을 낮춰야 한다. 전선의 저항을 낮추는 것은 기술적인 한계가 있기 때문에 전압을 올리는 쪽이 경제적이다. 어떤 경우에는 765kV까지 전압을 올린 고압 전류를 송전한다. 

전력 손실을 줄이기 위해 고압 송전을 변전하는 변전소

소비자에게 전력이 오기까지 경로(발전소 → 송전선 → 변전소(전력용 변압기) → 주상변압기)
이는 발전소에서 승압하여 고압의 전류를 송전하는 이유다. 이렇게 전송된 전류는 도시나 공장과 같은 소비지 근처의 변전소까지 전달된다. 이곳의 변압기를 통해 22.9kV로 낮추어진 다음 다시 곳곳에 설치된 변압기를 거쳐 220V 또는 380V 와 같은 사용 전압으로 낮춰져 쓰인다. 대한민국의 가정용 단상 교류 전압은 220V이다. 일본이나 대만과 같은 나라에선 110V가 가정용 소비 전압으로 제공된다. 사이리스터나 인버터 등 전력전자공학이 발달한 현재는 손실이 적은 고압직류 송전방식이 사용되는 구간이 있다.

전동기
전동기는 전류를 통과시키며 움직이는 장치이다. 전력을 이용하는 원동기다. 전기에너지를 회전 에너지로 전환하는 기계다. 전동기의 축에 돌림힘에 의해 작용하는 각종 기계적 부하를 연결하여 운전하며, 전동기의 일률은 보통 킬로와트(kW) 또는 마력(HP＝0.75 kW)으로 표시한다.

원리
전류에서 돌림힘을 끌어내는 원리는 자기장 속을 흐르는 전류에는 자기력이 작용한다는 것이다. 이 자기력의 방향은 자계와 전류 방향에 직각이 된다. 이 관계는 로렌츠 힘으로 표시된다.

돌림힘
물체를 회전시키는 효력을 나타내는 물리량이며 힘이 아니다. 돌림힘은 회전력, 토크 또는 모멘트로 불린다. 토크는 힘과 받침점까지의 거리의 곱으로, 기호는 보통 그리스 문자 τ(타우)다.
국제단위는 뉴턴 미터(N·m) 또는 라디안 당 줄(J/rad)이다. 에너지 또는 일의 국제단위인 줄(J)은 수학적으로 뉴턴 미터와 같으나, 혼란을 피하기 위하여 돌림힘의 단위는 줄로 적지 않는다. 돌림힘은 힘과 거리를 곱한 차원을 갖고 있다.

전동기의 발견
두 방법 모두 발생하는 힘은 자기장과 전류의 곱에 비례한다. 전동기에서 동력을 끌어내는 방법은 발전기를 거꾸로 가동하는 것이다. 실제로 전동기는 1873년의 빈의 박람회에서 정지하고 있는 발전기(그람의 발전기)의 전류를 끌어내는 단자에 전류가 흐르는 도선을 잘못 연결했다가 이 발전기가 돌아간 사실을 계기로 개발된 것이다.

전동기의 종류, 방법으로는 다음 두 가지가 있다.

직류전동기
첫째 방법은 자계에 직각으로 코일을 놓고 전류를 흐르게 하는 것이다. 코일의 양쪽을 흐르는 전류가 반대 방향으로 흘러 돌림힘이 발생하므로 이것을 연속적으로 끌어낸다.

유도전동기
둘째 방법은 변화하는 자계 속에 도체를 두었을 때 전자기 유도의 법칙에 따라 도체에 전류가 흘러 먼저와 같은 원리로 돌림힘이 발생하는 것을 이용하는 것이다.

용도

전동기는 목적에 따라 여러 가지 성질의 동력 장치를 만들 수 있다. 다른 원동기에 비해 가볍고 소음이 덜하며 소형이다. 또 고장이 적고 유지보수가 간단하며 기동, 정지가 쉽다. 그리고 전력은 전선을 가설할 수 있는 곳에는 수송이 가능하며 필요한 양을 끌어내어 사용할 수 있는 이점이 있다. 예전 증기 기관차가 노면전차나 전기 동력분산식 열차와 전기 기관차로 바뀌고 배기가스가 없는 이점으로 지하철이 전기철도를 쓰는 것으로 바뀌었다. 더 나아가 고속철도가 개발되었다. 그리고 가전제품의 전기화로 쓰여 가사의 방법들을 일변시키게 되었다. 소형이고 간단히 장치할 수 있을 뿐 아니라 고속으로 회전하면서 그 성능도 안정성이 있고 고성능 기계를 만들 수 있게 되어 생산의 기계화 및 자동화를 촉진했다. 이런 이유로 이제는 석탄이나 석유, 가스, 원자력, 수력으로써 공급되는 1차 에너지의 대다수는 일단 전기 에너지로 바뀐 다음 급전망을 통해서 공장이나 가정으로 배전되며 거기서 필요한 형태의 동력으로 변환되고 있다.