개념 한 쪽
단상유도전동기는 단상 전원만으로 회전자계가 만들어지지 않아 기동장치가 필요하다. 기동방식별 기동토크 순서와 브러시 이동으로 제어하는 전동기가 출제의 축이다.
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출제기준 단원 「원리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기기 고르기 | 1 | 브러시 이동으로 속도 변화가 쉬운 전동기 |
| 명칭 확인 | 1 | 브러시 이동으로 회전속도를 제어하는 전동기 이름 |
| 순서 배열 | 1 | 단상유도전동기 기동토크 큰 순서 배열 |
단상유도전동기는 코일이 하나뿐이라 기동토크가 0이므로, 보조권선으로 두 전류에 위상차를 만들어 시동한다. 이 위상차가 클수록 기동토크가 커지므로 기동방식별 순위가 정해진다 — 반발기동형(브러시·정류자로 전부하의 400~500%에 이르는 최대 토크) > 반발유도형 > 콘덴서기동형(콘덴서로 위상차를 약 90°까지) > 분상기동형(저항만으로 작은 위상차) > 모노사이클릭형(최소). 「반기·반유·콘·분상·모노」 또는 세 가지만 묻으면 「반콘분」으로 외운다.
기동방식별로 정역(正逆) 운전 가능 여부도 갈린다. 세이딩 코일형은 자극 극면의 일부에 낀 단락동선환 쪽으로 자속이 지연되며 회전자계가 생기는 구조라 회전 방향이 코일 위치로 고정되어 결선을 바꿔도 역회전이 불가능하다. 분상·콘덴서기동형은 기동권선 결선 교환, 반발기동형은 브러시 위치 이동으로 정역이 가능하다. 브러시 이동이 곧 제어 수단인 전동기도 구별된다 — 반발 전동기는 브러시 이동각에 따라 전기자의 단락전류와 토크가 변해 속도를 조절하고, 시라게 전동기는 브러시 위치와 간격을 이동해 2차에 삽입되는 유도전압의 크기·위상을 조절해 넓은 속도 제어와 역률 개선까지 가능하다. 브러시 이동으로 회전방향을 바꾸는 교류 정류자기는 반발(톰슨형 포함)·3상 직권·시라게 전동기이고, 정류자형 주파수 변환기는 외부 원동기로 회전자를 돌려 주파수를 바꾸는 장치라 제외된다.
그 밖의 매칭 — 만능 전동기는 교류·직류 겸용의 단상 직권 정류자 전동기로 75 W급 이하 소형 공구·영사기·치과의료용에 쓰인다(교류 겸용 조건은 계자와 전기자가 함께 방향을 바꾸는 직렬 접속만 만족). 3상 직권 정류자 전동기는 고정자에 3상 분포권선, 회전자는 직류기 전기자와 같은 구조에 브러시를 전기각 2π/3 간격으로 배치하고, 중간(보상)변압기는 고정자 권선과 직렬로 설치한다(병렬은 오답). 초동기전동기는 2중 베어링으로 고정자인 전기자도 회전할 수 있게 해 상대 속도를 동기속도까지 올려 중부하 기동을 가능하게 한 동기전동기다. 제어용 자동 동기화 기계로는 자기동기장치·동기연계장치(synchro)·자동동기장치가 실존하고 실제 없는 명칭이 섞여 있으면 그것이 정답이다.
학습목표: 단상유도전동기를 분상기동형·콘덴서기동형·콘덴서운전형·세이딩코일형으로 구분하는 기준과 보조권선의 역할을 익힌다.
단상 유도전동기에는 분상 기동형 단상 유도전동기, 콘덴서 기동형 단상 유도전동기, 콘덴 서 운전형 단상 유도전동기, 세이딩 코일형 단상 유도전동기로 구분한다.
보조 권선은 주 권선 과 90도의 전기 각을 가지도록 설계하여 제작하게 된다.
NCS 학습모듈 1901050107 유도전동기 설계 · 1-1. 유도전동기 종류 파악
기동토크 순위는 「반발기동 > 반발유도 > 콘덴서 > 분상 > 모노사이클릭」을 통째로 외워 대입한다. 「브러시 이동」 키워드가 나오면 속도 제어는 반발·시라게, 방향 전환은 교류 정류자기 셋(반발·직권·시라게)으로 묶고 주파수 변환기는 곧장 제외한다. 정역 불가는 세이딩 코일형 하나뿐이다.
교류 전동기에서 브러시 이동으로 속도 변화가 용이한 전동기는?
정답 ② · 시라게(Schrage) 전동기는 3상 권선형 유도전동기의 일종으로, 브러시의 이동(위치 조정)을 통해 2차 여자전압의 위상과 크기를 조절하여 넓은 범위의 속도제어와 역률 개선이 가능한 교류 정류자 전동기입니다. 동기전동기, 농형 유도전동기(3상·2중 모두)는 브러시가 없거나 브러시 이동으로 속도제어를 하지 않습니다.
시라게 전동기는 브러시 위치·간격 이동으로 2차 전압을 조절해 속도 제어가 가능하다.
브러시를 이동하여 회전속도를 제어하는 전동기는?
정답 ① · 브러시의 위치를 이동시켜 회전자계와 전기자 권선의 상대적 위치를 바꿈으로써 속도를 제어하는 전동기는 반발전동기(Repulsion Motor)이다. 반발전동기는 변압기 원리로 2차측(전기자)에 브러시를 통해 단락 전류를 흘리고, 브러시 이동각에 따라 토크와 속도가 변화하는 구조를 가진다.
브러시 위치를 이동시켜 토크와 회전속도를 제어하는 전동기는 반발 전동기이다.
단상 유도 전동기를 기동 토크가 큰 것부터 낮은 순서로 배열한 것은?
정답 ③ · 단상 유도전동기의 기동토크는 일반적으로 반발 기동형이 가장 크고, 그 다음이 반발 유도형, 콘덴서 기동형, 분상 기동형 순이며 모노사이클릭형이 가장 작다. 따라서 큰 것부터 나열하면 '반발 기동형→반발 유도형→콘덴서 기동형→분상 기동형→모노사이클릭형'이 된다.
기동토크 순서는 반발기동 > 반발유도 > 콘덴서기동 > 분상기동 > 모노사이클릭형이다.
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