전기기기 핵심 개념 총정리 – 직류기부터 전력변환기까지
직류기, 동기기, 변압기, 유도전동기, 전력변환기 등 전기기기 과목의 주요 단원별 핵심 개념과 원리를 정리하고 시험 대비 요점을 안내한다.
전기기기는 전기 에너지를 만들고 바꾸어 주는 여러 기계와 장치를 다루는 과목이다. 출제기준 단원은 일반, 직류기, 동기기, 전력변환기, 변압기, 유도전동기, 교류정류자기, 제어용 기기 및 보호기기로 이루어져 있으며, 각 기기의 구조 및 원리와 등가회로 및 특성이 반복적으로 다뤄진다. 기본 지식과 전기자 권선법 같은 공통 기초부터 정류회로의 특성까지 폭넓은 범위를 학습해야 한다.
직류기는 직류발전기와 직류전동기를 함께 부르는 말이다. 직류발전기의 구조 및 원리에서는 자극이 만드는 자속 안에서 전기자가 회전하며 기전력을 유도하고, 정류자와 브러시를 거쳐 직류로 바꾸는 과정이 핵심이다. 유기 기전력은 극수, 전기자 총 도체수, 매극 자속, 회전수로 계산하며, 권선도에서는 코일 피치와 극 피치의 관계로 전권과 단권을 구분한다. 중권은 병렬 회로 수가 극수와 같아 저전압 대전류용에 어울리고, 파권은 병렬 회로 수가 항상 둘로 고전압 소전류용에 적합하다.
변압기와 유도전동기는 교류 기기의 대표 축이다. 변압기의 구조 및 원리에서는 유기 기전력과 전압변동률 계산이 자주 나오는데, 백분율 저항강하와 백분율 리액턴스 강하, 부하 역률을 이용해 구한다. 유도전동기의 구조 및 원리와 등가회로 및 특성에서는 미끄럼과 토크의 관계가 중요하다. 동기기는 동기발전기의 구조 및 원리를 중심으로 회전수와 극수, 주파수의 관계를 묻는 문항이 많다.
전력변환기는 교류와 직류 사이에서 전력의 형태를 바꾸는 장치이다. 정류용 반도체 소자로는 다이오드, 사이리스터, GTO, 트라이액, IGBT 등이 있으며, 단자 수와 제어 방식으로 구분한다. SCR, GTO, 트라이액은 세 단자를 가지고, GTO는 게이트로 턴온과 턴오프가 모두 가능하다. 정류회로의 특성에서는 단상 반파와 전파 정류의 직류 평균전압과 맥동률 차이를 비교하며, 자여식 인버터의 출력 전압 제어법도 확인해 둔다.
시험 대비 요점을 정리하면 첫째, 직류기와 동기기, 변압기, 유도전동기의 유기 기전력과 전압변동률 같은 수치 계산 문항을 반복 연습한다. 둘째, 전기자 권선법에서 중권과 파권의 병렬 회로 수 차이를 구분한다. 셋째, 정류용 반도체 소자의 단자 수와 동작 특성, 정류회로별 특성 값을 대비시켜 외워 두면 응용 문항에도 대응할 수 있다. 제어용 기기 및 보호기기 단원의 종류별 구분도 소홀히 하지 않는다.