개념 한 쪽
전기공사기사 직류발전기의 전압 변동률 — 무부하와 전부하 단자전압의 차
전압변동률 세트는 정격전압과 정격출력, 전기자저항과 분권 계자저항이 주어진 직류 분권 발전기에서 전압 변동률을 구하는 문제를 묻는다. 같은 세트에는 유기기전력을 구하는 계산과 권선·구조 문항도 함께 들어 있다.
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뜻
전압 변동률은 발전기의 단자전압이 부하에 따라 얼마나 변하는지를 나타내는 값이다. 무부하일 때의 단자전압과 전부하일 때의 단자전압의 차이를 정격전압으로 나누어 구한다.
부하가 걸리면 전기자에 많은 전류가 흐르고, 전기자저항에서 전압이 떨어진다. 그래서 단자전압이 내려가고, 그 차이가 전압 변동률로 나타난다.
정격 200V, 10kW인 직류 분권 발전기에서 전기자저항이 0.1Ω, 분권 계자저항이 100Ω이면 다음과 같이 계산한다. 부하전류는 출력을 전압으로 나눈 10,000÷200으로 50A이고, 계자전류는 전압을 계자저항으로 나눈 200÷100으로 2A다. 전기자전류는 두 전류를 더한 52A이고, 전기자저항에 의한 전압강하는 52×0.1로 5.2V다. 유기기전력은 단자전압에 이 전압강하를 더한 205.2V가 되고, 여기서 0.2V의 강하를 뺀 무부하 단자전압은 205.0V다. 무부하 단자전압 205.0V와 전부하 단자전압 200V의 차이를 정격전압으로 나누면 전압 변동률은 약 2.5%다.
직류기의 유기기전력은 E = PNZφ/60a로 구한다. 중권은 병렬회로 수 a가 극수 P와 같고, 파권은 a가 2다. 8극 중권, 총 도체수 960, 매극 자속 0.04Wb, 회전수 400rpm이면 256V가 된다. 극수와 도체수, 회전수가 주어지고 기전력이 주어지면 자속을 역산하고, 자속이 주어지면 기전력을 계산한다.
보극은 전기자 반작용을 막기 위해 주자극 사이에 두는 작은 자극이고 전기자 권선과 직렬로 접속한다. 보상권선은 자극면의 홈에 넣고 역시 전기자 권선과 직렬로 접속한다. 브러시는 중성축에서 전기자 반작용에 따른 중성축 이동 방향으로 옮겨 불꽃을 줄인다.
전기자 권선법에는 중권과 파권이 있다. 중권은 병렬회로가 많아 전류가 큰 경우에, 파권은 병렬회로가 2라 전압이 높은 경우에 알맞다. 전동기의 토크는 자속과 전기자전류에 비례한다.
예제
출제 패턴은 두 단계다. ① 부하전류와 계자전류를 각각 구해 더하면 전기자전류가 나온다. ② 전기자전류×전기자저항의 전압강하를 단자전압에 더해 유기기전력을 구하고, 무부하와 전부하의 단자전압 차이를 정격전압으로 나누어 전압 변동률을 낸다. 200V·10kW·0.1Ω·100Ω이면 전기자전류 52A, 전압강하 5.2V, 유기기전력 205.2V가 되고, 여기서 0.2V의 강하를 뺀 무부하 단자전압 205.0V와 전부하 단자전압 200V의 차이로 전압 변동률 약 2.5%를 얻는다.
③ 유기기전력 — E = PNZφ/60a이고 중권은 a=P, 파권은 a=2다. 8극 중권·도체수 960·자속 0.04Wb·400rpm이면 256V다. ④ 보극·보상권선 — 둘 다 전기자 권선과 직렬로 잇는다. ⑤ 브러시 — 중성축 이동 방향으로 옮겨 불꽃을 줄인다.
자주 묻는 물음
- 전압 변동률은 무엇으로 구하나요?
- 무부하일 때의 단자전압과 전부하일 때의 단자전압의 차이를 정격전압으로 나누어 구합니다.
- 부하가 걸리면 단자전압이 내려가는 이유는?
- 전기자에 많은 전류가 흘러 전기자저항에서 전압이 떨어지기 때문입니다.
- 정격 200V, 10kW, 전기자저항 0.1Ω, 계자저항 100Ω인 분권 발전기의 전기자전류와 유기기전력은?
- 부하전류 50A와 계자전류 2A를 더해 전기자전류는 52A이고, 전압강하 5.2V를 단자전압에 더해 유기기전력은 205.2V입니다.
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