계자
계자는 직류기의 원리와 구조 단원의 개념이다. 공개 문항 4개를 한데 묶었다.
개념 설명
자속 생성
철심에 권선을 감고 전류를 흘려서 공극에 필요한 자속을 만드는 부분
관련 문항 4개
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문항 1 전기자 전압을 전원 전압으로 일정히 유지하고, 계자 전류를 조정하여 자속 를 변화시킴으로써 속도를 제어 하는 제어법은?
정답과 해설
정답 1번
전기자 전압을 고정하고 계자 전류(자속 Φ)를 조정해 속도를 제어하는 방법은 계자제어법이다.
풀이
정답 근거: 전기자 전압을 일정하게 유지한 채 계자전류를 조정해 자속 Φ를 변화시켜 속도를 제어하는 방법은 계자제어법이다.
에서 Φ가 작아지면 N이 커지는 원리(정출력 제어)를 이용한다.
오답 소거: ②저항제어법은 전기자 회로에 저항을 삽입해 속도를 낮추는 방법(정토크 영역, 손실 큼), ③④전기자전압제어법(전압제어법)은 전기자에 가하는 전압 자체를 바꾸는 방법으로 계자전류 조정과는 다른 원리이다.
핵심 공식: (계자제어=Φ 조정 → 정출력 특성).
암기팁: '계자(자속)를 건드리면 계자제어'로 단순하게 암기한다.
처음이라면
직류 전동기의 속도는 N=(V−IaRa)/kΦ로 자속 Φ에 반비례합니다. 문제처럼 전기자 전압 V는 일정하게 두고 계자 전류를 조정해 자속 Φ를 바꾸어 속도를 제어하는 방법이 계자제어법입니다.
자속을 줄이면 속도가 올라가며, 약한 계자로 고속 회전시키는 정출력 제어가 됩니다.
② 저항제어법은 전기자 회로에 저항을 넣어 속도를 낮추는 방법(손실 큼), ③④ 전압제어법은 전기자에 가하는 전압 자체를 바꾸는 방법이라 문제 조건과 다릅니다.
이런 문제가 나오면 → '자속(Φ)을 건드리면 = 계자제어'로 바로 답하자.
한 걸음 더
N=(V−IaRa)/kΦ에서 전기자 전압 고정, 계자 전류로 Φ를 조정해 속도 제어 → 계자제어법(정출력)
②저항제어는 전기자에 저항 삽입(저속·정토크), ③④는 전압 자체를 바꾸는 방식이라 소거된다.
직류기 속도제어 3종(계자·저항·전기자전압)의 조건·특성 구분이 핵심 패턴이다.
꿀팁: 'Φ 조정=계자(정출력), R 삽입=저항(정토크), V 변경=전압제어'로 묶어 외우자.
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문항 2 동기 전동기의 자기 기동에서 계자권선을 단락하는 이유는?
정답과 해설
정답 3번
동기 전동기를 자기 기동하면 권수가 많은 계자권선에 매우 높은 유도전압이 발생하므로, 절연파괴를 막기 위해 계자권선을 단락시킨다.
풀이
정답 근거: 동기전동기를 유도전동기처럼 자기기동시킬 때 회전자계가 계자권선과 쇄교하면서 권수가 많은 계자권선에 매우 높은 유도전압이 발생해 절연을 파괴할 위험이 있으므로, 기동 중에는 계자권선을 단락시켜 이 위험전압을 억제한다.
오답 소거: 기동을 쉽게 하거나 기동권선으로 활용하거나 전기자반작용을 방지하는 것은 계자권선 단락의 직접적인 이유가 아니다.
핵심 공식: 없음(개념 문제).
암기팁: '계자권선 단락=고전압 유도로 인한 절연파괴 방지'로 안전 목적임을 암기.
처음이라면
비유하자면, 코일이 아주 많이 감긴 변압기에 갑자기 강한 전기를 흘리면 엄청 높은 전압이 튀어나와서 코일의 감싸개(절연체)가 견디지 못하고 타버리는 것과 같아요.
동기 전동기(회전자가 회전자계와 같은 속도로 도는 전동기)를 자기 기동(스스로 기동하는 방법)하면, 회전자계가 계자권선(회전자 쪽 코일)을 지나가면서 유도전압이 생겨요.
그런데 계자권선은 감은 수(권수)가 아주 많아서 유도전압이 매우 높아집니다.
이 높은 전압이 절연체(전기가 새지 않게 감싸는 것)를 뚫으면 감전이나 고장 위험이 있어요.
그래서 기동할 때만 계자권선을 단락(선 끝을 서로 연결)시켜서 위험한 고전압을 막는 겁니다.
이런 문제가 나오면 → '계자권선 단락 = 고전압 유도로 인한 절연파괴 방지(안전 목적)'로 외우면 돼요.
한 걸음 더
자기 기동 시 회전자계가 권수가 많은 계자권선과 쇄교하여 매우 높은 유도전압이 발생 → 절연파괴 위험 → 기동 중 계자권선을 단락하여 위험전압 억제.
오답 소거: ② 기동권선으로 쓰이는 것은 계자권선이 아니라 댐퍼권선(제동권선)이다. ①, ④는 계자권선 단락의 직접적인 목적이 아니다.
이 유형 패턴: '동기전동기 기동 + 계자권선 처리' → 무조권 절연파괴 방지(단락)로 답.
시험 꿀팁: 댐퍼권선은 기동용, 계자권선 단락은 안전용으로 구분해서 외울 것.
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문항 3 직류 발전기에서 계자 철심에 잔류 자기가 없어도 발전을 할 수 있는 발전기는?
정답과 해설
정답 4번
타여자 발전기는 외부 전원이 자석 역할을 대신 해주므로 잔류자기(철심에 남아있는 자기)가 없어도 발전할 수 있다.
풀이
정답 근거: 타여자 발전기는 외부의 독립된 직류 전원에서 계자 전류를 공급받아 자속을 형성하므로 계자 철심의 잔류자기와 무관하게 발전이 가능하다.
오답 소거: 분권·직권·복권 발전기는 모두 자여자 방식으로, 잔류자기가 있어야 초기 전압이 유도되어 자기여자 과정이 시작된다.
핵심 개념: 자여자(잔류자기 필요) vs 타여자(외부전원, 잔류자기 불필요).
암기팁: '타여자=남(외부)의 힘을 빌린다'로 기억하면 잔류자기가 필요 없는 이유가 쉽게 연결된다.
처음이라면
학교 행사 때 마이크를 쓰려면 담당 선생님이(외부 도움) 켜줘야 하듯이, 타여자 발전기는 '외부에서 따로 전원(전기)'을 받아서 계자 코일(전자석을 만드는 코일)에 흘려보냅니다.
그래서 철심(쇳덩이)에 자기가 조금도 남아있지 않아도 괜찮아요. 외부 전원이 알아서 자기를 만들어주니까요.
반면에 ①②③(분권, 직권, 복권)은 자여자 방식인데, 이건 '스스로' 발전하는 방식이라 처음 시동을 걸 때 철심에 남아있는 잔류 자기(쓰고 남은 자기)가 반드시 필요합니다.
이런 문제가 나오면 → '잔류자기 필요 없다 = 외부 전원 쓴다 = 타여자'로 바로 연결하면 됩니다.
한 걸음 더
자여자 발전기(분권·직권·복권)는 잔류자기에 의한 초기 유도전압 → 계자전류 공급 → 전압 상승의 자기여자 과정을 거치므로 잔류자기가 필수다.
타여자 발전기는 별도의 외부 직류전원으로 계자를 여자시키므로 잔류자기와 무관하게 발전 가능하다.
오답: ①②③ 모두 자여자 방식이라 잔류자기 없으면 전압이 상승하지 못한다.
이 유형 패턴: '잔류자기' 키워드 나오면 자여자 vs 타여자 구분 문제.
시험 꿀팁: '타(他)여자 = 남(外部)의 전원'으로 암기하면 바로 풀린다.
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문항 4 직류 복권 전동기를 분권 전동기로 사용하려면 어떻게 하여야 하는가?
정답과 해설
정답 3번
복권 전동기는 직권+분권 계자를 모두 가지므로, 직권 계자를 단락시켜 없애면 분권 전동기처럼 된다.
풀이
정답 근거: 복권 전동기는 직권 계자 권선과 분권 계자 권선을 동시에 가지므로, 직권 계자 권선을 단락시켜 그 영향을 없애면 분권 계자만 작용하는 분권 전동기처럼 동작하게 된다.
오답 소거: 분권 계자를 단락하면 오히려 분권 특성이 사라지고, 부하 단자나 전기자를 단락하면 정상 운전자체가 불가능해진다.
핵심 개념: 복권 전동기 = 직권 계자 + 분권 계자의 합성 특성.
암기팁: '없애고 싶은 권선을 단락시킨다'는 원리로 직권 제거→분권화, 분권 제거→직권화를 기억한다.
처음이라면
복권 전동기는 '직권 계자(전류에 비례해 자석이 만들어지는 코일)'와 '분권 계자(전압에 연결되어 항상 자석이 만들어지는 코일)' 두 개를 같이 가진 전동기예요.
비유하자면 두 사람이 함께 자전거를 타는 것과 같아요. 한 사람(직권)을 내리면 나머지 한 사람(분권)만 타는 것과 같죠.
그래서 분권 전동기처럼 만들려면:
1. 없애고 싶은 쪽 = 직권 계자
2. 직권 계자를 단락시킨다(전류가 흐르지 않게 감아버린다)
3. 그러면 분권 계자만 남아서 분권 전동기처럼 동작!
이런 문제가 나오면 → '없애고 싶은 권선을 단락시킨다'로 외우면 돼요. 분권으로 만들려면 직권을 단락, 직권으로 만들려면 분권을 단락!
한 걸음 더
복권 전동기 = 직권 계자 + 분권 계자의 합성 특성.
분권 전동기로 쓰려면 직권 계자를 단락시켜 그 역할을 제거하면 된다.
오답: ① 분권 계자를 단락하면 오히려 직권화된다. ②④ 부하 단자나 전기자를 단락하면 정상 운전이 불가능(과전류 발생).
이 유형 패턴: 'A로 사용하려면?' → A가 아닌 쪽 계자를 단락.
꿀팁: '없앨 놈을 단락' 원리로 직권 제거→분권화, 분권 제거→직권화 암기.