개념 한 쪽
전기기능장 직류기의 원리, 구조 및 유기기전력 — 기전력 공식과 토크 계산
직류기의 유기 기전력은 극수와 도체수, 매극 자속, 회전수, 권선 방식으로 정해진다. 발전기에서는 유기 기전력이 단자전압보다 전기자 저항강하만큼 크고, 전동기에서는 역기전력과 전기자 전류로 출력과 토크를 구한다. 회생제동처럼 기전력과 단자전압의 관계를 이용하는 운전 방법도 함께 묻는다.
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뜻
직류기의 유기 기전력은 E = pZΦN/(60a)로 구한다. p는 극수, Z는 전기자 총 도체수, Φ는 매극 자속, N은 분당 회전수, a는 병렬 회로수이다. 단중 파권에서는 a가 2이므로, 전기자 도체 500개, 10극, 매극 자속 0.2Wb, 600rpm이면 10 × 500 × 0.2 × 600 ÷ (60 × 2)로 5000V가 된다. 같은 조건에서 매극 자속이 0.01Wb이면 250V가 된다.
발전기에서는 유기 기전력이 단자전압보다 전기자 저항강하만큼 크다. 분권 발전기에서 계자전류와 부하전류가 주어지면 이 값들로 전기자 전류를 정한 뒤, 유기 기전력은 단자전압에 전기자 전류와 전기자 저항의 곱을 더해 구한다. 반대로 전기자 저항은 유기 기전력과 단자전압의 차를 전기자 전류로 나누어 구한다.
직류 전동기의 기계적 출력은 역기전력과 전기자 전류의 곱인 EI로 나타낸다. 토크는 역기전력과 전기자 전류의 곱을 각속도로 나누어 구하며, 단자전압 215V, 전기자 전류 50A, 전기자 저항 0.1Ω, 1500rpm인 분권 전동기의 토크는 약 66.9N·m가 된다.
전동기의 유도 기전력을 전원전압보다 높게 만들어 제동하는 방법은 회생제동이다. 이때 전동기는 발전기처럼 동작해 전력을 전원 쪽으로 되돌린다.
예제
선지 판단은 유기 기전력 공식에서 파권의 병렬 회로수를 2로 두는지, 분권 발전기의 전기자 전류를 부하전류와 계자전류의 합으로 구하는지, 발전기의 유기 기전력이 단자전압에 저항강하를 더한 값이라고 읽는지, 전동기 출력을 역기전력과 전기자 전류의 곱으로 고르는지, 회생제동을 유도 기전력이 전원전압보다 높아지는 제동으로 구별하는지에서 갈린다.
자주 묻는 물음
- 직류기의 유기 기전력은 어떻게 구하나요?
- E = pZΦN/(60a)로 구합니다. 극수, 전기자 총 도체수, 매극 자속, 분당 회전수를 곱하고 병렬 회로수와 60을 곱한 값으로 나눕니다. 단중 파권에서는 병렬 회로수가 2입니다.
- 분권 발전기의 유기 기전력과 전기자 전류는 어떻게 구하나요?
- 계자전류와 부하전류가 주어지면 이 값들로 전기자 전류를 정하고, 유기 기전력은 단자전압에 전기자 전류와 전기자 저항의 곱을 더해 구합니다. 전기자 저항은 유기 기전력과 단자전압의 차를 전기자 전류로 나누어 구합니다.
- 직류 전동기의 출력과 토크는 무엇으로 구하나요?
- 기계적 출력은 역기전력과 전기자 전류의 곱인 EI로 나타냅니다. 토크는 이 값을 각속도로 나누어 구하며, 1500rpm에서 단자전압 215V, 전기자 전류 50A, 전기자 저항 0.1Ω인 분권 전동기는 약 66.9N·m가 됩니다.
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