개념 한 쪽
전기공사기사 직류전동기의 특성 — 토크와 전류의 관계, 직권과 분권의 차이
직류전동기의 특성 세트는 분권전동기의 부하 운전 시 출력 계산, 토크가 전기자전류에 비례하는 성질, 자속이 줄 때 토크 변화, 직권전동기의 토크가 전류의 제곱에 비례하는 성질, 발전기를 전동기로 사용할 때의 회전수·단자전압, 도체수·자속·전류로 토크를 구하는 계산, 정격 출력과 효율로 역기전력을 구하는 계산을 묻는다.
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뜻
분권전동기는 계자와 전기자의 전류가 분리되어 계자전류가 일정하다. 부하 운전 시 출력은 단자전압에서 전기자 저항강하와 브러시 전압강하를 뺀 값에 전기자전류를 곱해 구한다.
분권전동기는 계자의 자속이 변하지 않으므로 토크가 전기자전류에 비례한다. 전압이 일정할 때 부하토크가 2배로 늘면 부하전류도 약 2배가 된다.
직권전동기는 계자 자속을 전기자전류가 만들므로 토크가 전기자전류의 제곱에 비례한다. 자기포화를 무시하면 전류가 커질수록 자속과 토크가 함께 커져 토크가 매우 빠르게 증가한다.
자속이 변하면 같은 전류에서도 토크가 달라진다. 전기자전류 10A에서 5kg·m의 토크가 나오던 전동기에서 계자속이 80%로 줄고 전기자전류가 12A가 되면 토크는 약 4.8kg·m가 된다.
발전기를 전동기로 사용할 때는 회전속도와 역기전력의 관계를 이용한다. 회전 속도가 같으면 역기전력이 같다고 보고, 모터로 돌릴 때는 그 역기전력에 전류가 만드는 저항강하를 더해 단자전압을 정한다.
토크 계산 문제는 자속·도체수·전류·극수·병렬 경로 수의 관계로 푼다. 4극 중권, 전기자 전 도체수 160, 1극당 자속 0.01Wb, 부하전류 100A인 전동기의 발생토크는 약 25.5N·m이고, 전체 도체수 100, 4극 단중 중권, 극당 자속 0.628Wb, 전기자전류 5A인 전동기에서는 약 50N·m다.
예제
출제 패턴은 세 가지다. ① 분권 특성 — 토크가 전기자전류에 비례하므로 부하토크 2배면 전류도 2배가 된다. ② 직권 특성 — 토크가 전기자전류의 제곱에 비례한다. ③ 계산 — 자속·도체수·전류로 토크를 구하고, 정격 출력과 효율로 역기전력을 구한다.
자주 묻는 물음
- 분권전동기의 부하토크가 2배가 되면 부하전류는?
- 약 2배가 됩니다. 자속이 일정하므로 토크가 전기자전류에 비례하기 때문입니다.
- 직권전동기의 토크는 전기자전류에 대해 어떻게 변하나요?
- 전기자전류의 제곱에 비례합니다. 자기포화를 무시하면 전류가 커질수록 자속과 토크가 함께 커집니다.
- 4극 중권, 전기자 전 도체수 160, 1극당 자속 0.01Wb, 부하전류 100A인 전동기의 발생토크는?
- 약 25.5N·m입니다. 자속·도체수·전류·극수·병렬 경로 수의 관계로 계산합니다.
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