전기기능사 직류전동기의 속도와 토크 — 출력·토크 계산

전동기 출력 P[W]는 토크 τ[N·m]와 회전수 N[rpm]을 이용해 P = τN/9.55로 구한다. 토크와 회전수로 출력을 kW 단위로 구할 때는 P = 2πnT/60000을 쓴다.

토크를 kg·m 단위로 구할 때는 T = 0.975 × 출력[W] ÷ 회전수[rpm]이다.

직권전동기는 토크가 회전수의 제곱에 반비례한다. 회전수를 1/2로 줄이면 토크는 4배가 된다.

전동기의 규약효율은 입력에서 손실을 뺀 값을 입력으로 나눈 비율로 나타낸다.

직류전동기의 속도는 자속과 전기자 전압으로 정해진다. 분권전동기에서 계자저항을 늘리면 계자전류와 자속이 줄어 속도는 빨라진다. 속도가 자속에 반비례하기 때문이다.

전동기의 역기전력은 단자전압에서 전기자 저항에 의한 전압강하를 뺀 값, 곧 E = V − IaRa이다. 220V, 전기자전류 30A, 전기자저항 0.26Ω이면 역기전력은 212.2V가 된다.

직류전동기의 속도제어는 전압제어, 저항제어, 계자제어의 세 가지이며 주파수제어는 유도전동기의 방법이라 여기에 들지 않는다. 넓은 범위의 속도제어가 필요한 압연기나 엘리베이터에는 일그너 방식이나 워드 레오나드 방식을 쓰는 타여자 전동기가 주 전동기로 쓰인다.

직권전동기는 부하가 커지면 전류와 자속이 함께 커져 토크가 강해진다. 회전수를 1/2로 줄이면 자속과 전류가 커져 토크는 4배가 된다. 출력은 토크와 각속도의 곱 P = Tω로 구하고, 450N·m와 850rpm이면 약 40kW다. 9.8kW, 600rpm 전동기의 토크는 약 15.9kg·m이다. 규약효율은 출력을 입력으로 나눈 값, 곧 출력÷(출력+손실)이다.

발전기의 유기기전력은 E = PNZφ/60a이고, 파권은 병렬회로 수 a가 2, 중권은 a가 극수 P와 같다. 전기자 총 도체수 220, 극수 6, 회전수 1500rpm, 유기기전력 165V인 파권 발전기의 매극 자속은 0.01Wb로 계산된다.