개념 한 쪽
직류기의 전기자 권선은 감는 방식에 따라 중권과 파권으로 나뉜다. 같은 도체 굵기와 권수라도 감는 방법이 다르면 병렬회로 수가 달라지고, 그에 따라 전압과 전류 특성이 뒤바뀐다. 병렬회로 수 하나가 기전력·전류·토크 계산의 출발점이 된다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「기타 권선법 등」의 공개 문제 1개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 병렬회로 전류 계산 | 1 | 단중 중권에서 병렬회로당 전류 구하기 |
가장 자주 묻는 것은 병렬회로 전류 계산입니다.
직류기 전기자 권선은 크게 중권(중첩권선)과 파권(파상권선)으로 나뉜다. 중권은 코일을 겹쳐 감아 병렬회로 수 a가 극수 P와 같아지고, 파권은 코일을 한 방향으로 길게 이어 감아 극수와 무관하게 병렬회로 수가 2로 고정된다. 감는 중첩 수가 1인 기본형을 단중이라 한다.
이 차이가 전압과 전류 특성을 갈라놓는다. 중권은 병렬회로가 많아 큰 전류를 나눠 흘릴 수 있어 대전류·저전압용이고, 파권은 직렬로 이어지는 도체 수가 많아 고전압·소전류용이다. 도체 굵기·권수·극수가 같아도 감는 방법만 바꾸면 특성이 달라진다.
병렬회로 수는 계산의 기준값이 된다. 전기자 전류를 병렬회로 수로 나누면 각 회로에 흐르는 전류가 되고, 권선을 중권에서 파권으로 바꾸면 병렬회로 수의 비만큼 전압은 올라가고 전류는 줄어든다. 유도 기전력 E = PφZN/120과 토크 T = PZφIa/(2πa)도 모두 병렬회로 수와 극수를 함께 담고 있다.
권선법과 별개로 직류기에는 손실과 접촉 관리의 기준도 있다. 철손은 철심에서 나는 히스테리시스손과 와전류손 두 가지이고, 풍손은 기계손, 동손과 표류 부하손은 전기적 손실이다. 브러시는 스프링으로 정류자면에 일정한 압력으로 눌러야 하는데, 그 표준 압력은 0.15~0.25 kg/cm²이다. 압력이 약하면 스파크가 튀고 강하면 마모가 심해진다.
분권전동기에서는 계자 회로의 상태가 속도를 좌우한다. 무부하로 돌던 중 계자 회로가 단선되면 자속이 잔류자속 수준으로 사라져 역기전력이 급감하고 전기자 전류가 급증하며, 막아 줄 부하 토크가 없어 속도가 폭주한다. 반대로 계자전류를 일정하게 두고 단자전압만 올리면 자속이 고정되므로 속도는 역기전력에 비례해 변한다.
권선법 문제는 중권과 파권의 병렬회로 수를 뒤바꿔 놓는 것이 대표 함정이다. 소전류·고전압을 얻는 권선법을 물으면 파권이 답이고, 단중 중권 4극에서 전기자 전류 20A를 각 병렬회로 전류로 나누는 문제는 20÷4=5A가 된다. 파권의 병렬회로 수를 2로 고정해 두는 것만 기억하면 권선 변경 문제에서 전압은 P/2배, 전류는 2/P배로 역수 관계가 자동으로 나온다.
계산 문제는 공식의 분자·분모 위치를 흔들어 오답을 만든다. 유도 기전력을 600V로 하는 자속을 구할 때는 φ = 120E/(PZN)으로 정리해 대입하고, 토크를 구할 때 자속이 3.14Wb로 주어지면 π와 약분되어 값이 깔끔하게 떨어지는지 확인한다. 속도 문제는 계자전류 일정이라는 조건을 확인해 자속 일정으로 놓고 역기전력비로 계산한다.
직류전동기의 설명 중 옳은 것은?
정답 ② · 문제는 여러 직류전동기 특성 중 옳은 것을 찾는 것이다. 직권전동기는 계자(자속)가 전류에 비례하므로 무부하 상태에서 전기자전류와 자속이 급감하여 속도가 폭주하는 위험 속도 현상이 발생할 수 있다.
직권전동기는 무부하 시 전류·자속이 급감해 속도가 폭주(위험 속도)한다 — ②가 옳은 설명.
직류 분권 전동기의 공급 전압 극성을 반대로 하면 회전 방향은?
정답 ① · 직류 분권 전동기의 회전 방향은 플레밍의 왼손 법칙에 의해 전기자 전류의 방향과 계자 자속의 방향에 의해 결정됩니다. 전압의 극성을 반대로 하면 전기자에 흐르는 전류와 계자에 흐르는 전류의 방향이 동시에 반대로 됩니다.
전원 극성 반전 시 전기자 전류와 계자 자속이 모두 반대가 되어 토크(회전 방향)은 그대로다.
200[V] 20[kW], 효율 0.8인 직류 분권 전동기의 전부하 전류[A]는?
정답 ③ · 문제는 직류 분권 전동기의 정격 전압·출력·효율로부터 전부하 전류를 구하는 것이다. 먼저 입력전력은 출력전력÷효율이므로 20kW÷0.8 = 25kW가 되고, 전류는 전원전압으로 나누면 25,000W ÷ 200V = 125A가 된다.
입력 = 출력/효율 = 25kW, 전부하 전류 = 25,000/200 = 125A — 정격 kW를 바로 나누지 말 것.
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