플레밍의 왼손법칙에 따르는 것은?
- 전동기
- 발전기
- 정류기
- 용접기
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 플레밍의 왼손법칙이 적용되는 장치를 묻고 있다. 왼손법칙은 전류와 자기장 사이에서 힘이 발생해 전기에너지를 기계적 에너지로 변환하는 원리를 나타내므로 전동기(모터)에 해당한다.
플레밍의 왼손법칙은 전류와 자계가 만나 힘을 발생시키는 전동기의 원리를 설명하는 법칙이다.
개념 한 쪽
승강기기사 직류전동기의 특성 및 속도제어 — 토크·속도·기동회로
직류전동기는 전압과 자속의 비례관계로 속도가 결정되며, 계자 제어와 전기자 전압 제어 등으로 속도 조절을 할 수 있다고 본다를 제거하고 직류전동기는 전압과 자속의 비례관계로 속도가 결정되며, 계자 제어와 전기자 전압 제어 등으로 속도 조절을 할 수 있다고 한다. 전동기의 종류에 따라 토크-속도 특성이 달라져 적용 기기가 달라진다고 한다. 또한 기동회로에서는 기동 저항으로 기동전류를 제한하는 옴의 법칙 적용이 핵심이라고 한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「직류전동기의 특성 및 속도제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 규소강판 성층 목적 판정 | 1 | 철심 성층과 규소강판의 목적을 연관짓기 |
| 전동기 토크 계산 | 1 | 출력·회전수로 토크를 단위 변환하여 계산하기 |
| 법칙과 기기 매칭 | 1 | 플레밍 손 법칙을 이용한 전동기/발전기 구별하기 |
뜻
직류전동기의 회전 속도는 인가된 전압에 비례하고 자속에 반비례한다는 관계로 이해한다. 이를 수식화하면 속도 N는 전압 V를 자속 Φ로 나눈 값에 비례하므로 N ∝ V/Φ로 표현한다고 한다. 따라서 전압을 증가시키거나 자속을 감소시키면 속도는 증가한다고 한다.
전동기 종류별로 토크와 속도의 거동이 다르다고 한다. 예를 들어 직권전동기는 계자와 전기자가 직렬로 연결되어 있어 부하 토크가 증가하면 속도가 크게 떨어지지만 출력(토크×속도)이 대체로 일정한 특성을 보여 전차나 기중기 같은 대토크 기기에 적합하다고 한다. 반대로 분권전동기는 속도가 비교적 일정하게 유지되는 특성이 있어 팬류에 적합하다고 한다.
기동회로에서는 기동 시 기전력이 거의 0이므로 전류는 단순히 회로의 저항으로 결정된다고 한다. 따라서 허용되는 기동전류를 기준으로 총저항을 계산하고, 전기자 저항을 제외하여 별도의 기동 저항을 정한다는 원리가 적용된다고 한다. 이때 옴의 법칙을 정확히 적용하는 것이 중요하다고 한다.
직류 전기기 설계에서는 철심의 손실 억제와 전자기 법칙의 적용을 구분하여 이해해야 한다고 한다. 전자기 유도에 관련된 원리로 플레밍의 왼손·오른손 법칙을 상황에 맞게 구별하여 적용해야 한다고 한다.
예제
1) 토크 계산 예시를 통해 단위 변환과 각속도 공식을 적용하는 절차를 확인한다. 출력 P=20kW=20000W, 회전수 1200rpm에서 각속도 ω는 1200×2π/60 rad/s를 사용한다. 토크 T는 P/ω이므로 T≈20000 / (1200×2π/60) = 약 159 N·m이 된다. 이를 kg·m 단위로 환산하면 약 16 kg·m가 되어 주어진 선지와 일치한다고 한다.
2) 속도 변화 비율 예시는 비례·반비례 관계 대입의 예로 삼는다. 속도는 N ∝ V/Φ이므로 계자전류를 1/n로 줄여 자속 Φ를 1/n로 하고 전기자 전압을 n배로 하면 새로운 속도는 n/(1/n)=n²배가 된다고 한다.
3) 기동 저항 계산 예시는 옴의 법칙 적용 절차를 보여준다. 단자전압이 300V이고 전기자 저항 Ra가 0.3Ω이며 정격전류가 50A일 때, 기동전류를 정격의 1.7배로 하면 I_start=85A가 된다. 총저항 R_total=V/I_start=300/85≈3.53Ω이고 기동저항 R=R_total−Ra≈3.23Ω로 근사하여 약 3.2Ω이 되는 절차를 따른다.
대표 기출 3문항
플레밍의 오른손 법칙에 따라 기전력이 발생하는 원리를 이용한 기기는?
- 교류 발전기
- 교류 전동기
- 교류 정류기
- 교류 용접기
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 플레밍의 오른손 법칙에 따라 기전력이 발생하는 원리를 이용한 기기를 묻고 있다. 오른손 법칙은 도체가 자기장을 가로질러 움직일 때 유도 기전력이 발생하는 방향을 나타내며 이는 발전기의 원리와 직접 관련된다.
플레밍의 오른손 법칙은 도체가 자속을 자를 때 발생하는 기전력의 방향을 결정하는 발전 원리이다.
직류 타여자전동기의 계자전류를 1/n로 하고 전기자 회로의 전압을 n배로 하면 속도는 어떻게 되는가?
- 1/n2
- 1/n
- 2n배
- n2배
정답과 해설 보기
정답 ④ · 직류 타여자 전동기(DC separately excited motor)의 회전 속도 N은 인가된 전기자 전압 V에 비례하고, 계자 자속 Φ에 반비례합니다. 공식으로는 N ∝ V / Φ 입니다.
직류전동기 속도는 전압에 비례하고 자속에 반비례하므로, 전압 n배, 자속 1/n배 시 속도는 n²배가 됩니다.
자주 묻는 물음
- 직류전동기의 속도는 무엇에 비례하나?
- 직류전동기의 속도는 인가 전압에 비례하고 자속에 반비례한다고 한다.
- 계자 전류를 줄이고 전기자 전압을 올리면 속도는 어떻게 변하나?
- 계자전류를 1/n로 줄여 자속을 1/n로 하고 전기자 전압을 n배로 하면 속도가 n²배가 된다고 한다.
- 기동저항을 구할 때의 기본 절차는 무엇인가?
- 허용 기동전류를 정격전류의 배수로 먼저 계산하고, 총저항을 V/I_start로 구한 뒤 전기자 저항을 빼서 기동저항을 산출한다고 한다.
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