개념 한 쪽
전기기능사 동기전동기의 원리 등 — 회전자계와 기동
동기전동기는 회전자계와 같은 속도로 도는 전동기이다. 정지 상태에서는 스스로 기동하지 못하므로 제동권선을 이용한 자기 기동법 같은 별도의 기동 방법이 필요하다. 회전자에는 직류를 넣는 여자기가 필요하고, 여자전류를 조절하면 역률을 바꿀 수 있다. 동기발전기의 극수 계산, 제동권선의 목적, 전기자반작용과 부하각, 돌극형과 비돌극형의 공극도 묻는다.
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뜻
동기전동기의 구조는 동기발전기와 같다. 고정자에 교류를 공급해 회전자계를 만들고, 회전자에는 직류를 넣어 계자를 만든다. 회전자는 회전자계와 같은 속도로 돌며, 이 속도를 동기속도라고 한다. 회전자에 직류를 공급하는 장치가 여자기이다.
정지 상태의 동기전동기는 평균 토크가 0이므로 스스로 기동할 수 없다. 그래서 기동 방법이 따로 필요하다. 자기 기동법은 회전자 극 표면의 제동권선을 기동권선으로 활용해 기동 토크를 얻는 방법이다. 유도전동기와 같은 원리로 가속한 뒤 직류를 투입해 동기화한다. 기동 전동기법은 별도의 전동기로 회전자를 돌려 주는 방식이다.
여자전류의 크기를 조절하면 역률을 지상에서 진상까지 바꿀 수 있고, 역률 1로 운전하는 것도 가능하다. 이것이 동기전동기의 큰 장점이므로 「역률을 조정할 수 없다」는 설명은 틀린 설명이 된다. 다만 여자기가 필요하고 기동 장치가 따로 필요하다는 점은 구조적인 부담이다.
부하가 갑자기 변하면 회전자가 동기속도 앞뒤로 흔들리는 난조가 생기기 쉽다. 제동권선은 이런 흔들림을 억제하는 역할도 한다. 동기전동기는 기동과 난조, 여자기, 역률 조정이라는 네 가지 특징을 묶어 이해하면 전체 모습이 잡힌다.
동기발전기의 극수는 주파수와 회전수로 정해진다. 60Hz에서 회전수가 정해지면 극수는 120f÷N으로 구한다. 제동권선은 회전자의 난조를 막는 역할을 하며, 동기전동기에서는 기동할 때 기동권선으로 이용하기도 한다.
동기전동기는 부하가 변해도 동기속도로 일정하게 도는 정속도 전동기이고, 여자전류를 조절해 역률을 지상에서 진상까지 바꿀 수 있다. 전기자반작용은 지상 전류가 증자, 진상 전류가 감자 작용을 하며, V특성곡선에서 전기자전류가 가장 작은 점의 역률은 1이다.
부하가 커지면 부하각이 커지고, 부하각이 일정 한도를 넘으면 동기가 벗어나 안정도를 잃는다. 돌극형은 공극이 균일하지 않고, 비돌극형은 공극이 균일하다.
예제
문제
동기전동기의 설명 중 잘못된 것을 고르는 문제는 네 가지 특징과 대조한다. 「스스로 기동한다」, 「여자기가 필요 없다」, 「역률을 조정할 수 없다」는 모두 틀린 설명이다. 반대로 기동권선이 필요하고, 여자기로 직류를 공급하며, 여자전류로 역률을 조정할 수 있다는 설명은 옳다.
기동 방법을 묻는 문제는 제동권선과 별도 전동기를 구별한다. 제동권선에 의한 기동 토크를 이용하는 방법이 자기 기동법이고, 별도의 전동기로 회전자를 돌리는 방법은 기동 전동기법이다.
④ 극수·구조형 — 극수는 120f÷N으로 구하고, 제동권선은 난조를 막으며 기동권선으로도 쓴다. 돌극형은 공극이 불균일하고 비돌극형은 균일하다. ⑤ 특성형 — 동기전동기는 정속도로 돌고 여자전류로 역률을 조정하며, 진상 전류는 감자 작용을 한다.
자주 묻는 물음
- 동기전동기는 왜 스스로 기동하지 못하나요?
- 정지 상태에서는 회전자에 작용하는 평균 토크가 0이기 때문입니다. 그래서 제동권선을 기동권선으로 쓰는 자기 기동법이나 별도 전동기로 돌리는 기동 전동기법 같은 기동 방법이 필요합니다.
- 동기전동기의 여자전류는 어떤 역할을 하나요?
- 회전자에 직류를 공급해 계자를 만드는 역할을 합니다. 여자전류의 크기를 조절하면 역률을 지상에서 진상까지 바꿀 수 있고, 역률 1로 운전하는 것도 가능합니다.
- 제동권선을 이용한 기동 방법은 무엇인가요?
- 자기 기동법입니다. 회전자 극 표면의 제동권선을 기동권선으로 활용해 기동 토크를 얻고, 유도전동기와 같은 원리로 가속한 뒤 직류를 투입해 동기화합니다.
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