개념 한 쪽
포화하지 않은 직류발전기의 유기기전력은 회전수와 자속에 비례한다. 회전수가 빨라지면 전류 급변률이 커져 리액턴스 전압이 증가해 정류가 어려워진다. 전기자 반작용은 주자속을 왜곡해 전기적 중성축을 이동시키고 섬락의 원인이 된다.
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출제기준 단원 「직류발전기의 원리 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기전력 비례 관계·여자 보정 | 1 | 회전수 4배→자속·여자 1/4 판별 |
| 정류 곤란 이유 고르기 | 1 | 리액턴스 전압 증가 판별 |
| 편간 평균전압 계산 | 1 | 230V·극수 4·162편수→약 5.68V 산출 |
직류발전기의 유기기전력은 회전수에 비례하고 자속에 비례한다. 포화하고 있지 않은 발전기에서는 여자 전류가 자속에 비례하므로, 기전력은 결국 회전수와 여자의 곱에 맞춰 움직인다.
이 비례 관계로 역산이 나온다. 회전수를 4배로 올리면서 기전력을 그대로 유지하려면 자속을 1/4로 줄여야 하고, 비포화 상태이므로 여자 전류도 1/4로 하면 된다.
정류자 편간 평균전압은 병렬 회로수 a와 정류자 편수 K로 잰다. 편간 평균전압 = aE/K이고, 중권은 병렬 회로수가 극수와 같다(a = p, 파권은 a = 2). 유기기전력 230[V]·극수 4(중권)·정류자 편수 162면 4×230/162 ≈ 5.68[V]가 된다.
정류가 어려워지는 이유는 회전속도가 빨라지면 전류의 급변률(di/dt)이 커져 전기자 권선에 유기되는 리액턴스 전압이 커지기 때문이다. 정류 주기는 오히려 짧아지고, 브러시 접촉저항 증가나 정류 자속 감소는 주된 이유가 아니다. 전기자 반작용은 전기자 전류가 만드는 자속이 주자속을 왜곡해 전기적 중성축을 이동시키는 현상으로, 정류자 편간 전압 불균형과 섬락(스파크)의 원인이 된다. 주자속을 「항상 증가시킨다」는 보기는 틀린 것이다 — 왜곡이지 일률적 증가가 아니다.
비례 관계의 역산은 회전수 4배에 같은 기전력을 유지하는 꼴로 나온다. 자속을 1/4로, 비포화이므로 여자 전류도 1/4로 줄인다. 편간 평균전압은 aE/K로 잰다(중권·극수 4·정류자 편수 162면 4×230/162 ≈ 5.68V). 서술형은 「정류 곤란 → 리액턴스 전압 증가」·「반작용 → 중성축 이동·주자속 왜곡·섬락」 두 짝으로 담는다.
직류발전기에서 회전속도가 빨라지면 정류가 힘드는 이유는?
정답 ① · 문제는 직류발전기에서 속도가 빨라질 때 정류가 어려워지는 이유를 묻고 있다. 회전속도가 증가하면 전기적으로 변하는 속도가 커져 전기자 권선에 유기되는 리액턴스 전압(L·di/dt 계열)이 커지고 이로 인해 정류 중에 전류 역전이나 스파크가 발생하기 쉬워진다.
직류발전기에서 회전속도가 빨라지면 정류가 힘든 이유는?
정답 ② · 문제는 회전속도가 빨라질 때 직류발전기에서 정류가 왜 더 어려운지를 묻는다. 회전속도가 빨라지면 전류의 급변률(d i/dt)이 커져 유기되는 리액턴스 전압(리액턴스 성분에 의한 전압)이 커지므로 정류 과정에서 과도전압과 스파크가 생기기 쉬워 정류가 힘들어진다.
포화하고 있지 않은 직류발전기의 회전수가 4배로 증가되었을 때 기전력을 전과 같은 값으로 하려면 여자를 속도 변화 전에 얼마로 하여야 하는가?
정답 ③ · 포화하지 않은 직류발전기에서 기전력은 회전수 n에 비례하고 또한 여자 플럭스에 비례한다. 회전수가 4배가 되면 동일한 기전력을 얻기 위해 플럭스는 1/4가 되어야 한다.
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