개념 한 쪽
직류기의 손실은 전기손·철손·기계손으로 갈리고, 각 손실이 어디서 나는지를 가리는 문제가 반복된다. 속도변동률과 기전력 비례 관계는 역기전력을 먼저 구하는 계산으로 이어진다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「효율」의 공개 문제 1개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 속도변동률 산출 | 1 | 정격 회전수와 변동률로 무부하 회전수 계산하기 |
가장 자주 묻는 것은 속도변동률 산출입니다.
직류기의 손실은 크게 전기손, 철손, 기계손으로 나뉜다. 기계손은 가계손이라고도 하며 회전하면서 생기는 손실이다. 베어링과 브러시의 마찰손, 회전자가 공기를 헤치며 도는 풍손이 여기에 들어간다.
철손은 철심에서 발생하는 손실이고 종류는 히스테리시스손과 와전류손 두 가지다. 히스테리시스손은 자화 방향이 계속 바뀌면서 철심이 열을 내는 손실이다. 브러시 접촉부의 저항손과 전기자 권선의 동손은 전기손으로 분류한다.
직류 전동기의 회전수는 역기전력에 비례한다. 역기전력은 전원전압에서 전기자 저항에 의한 전압강하를 뺀 값이다. 계자회로를 일정하게 두면 자속이 변하지 않으므로 속도의 비를 역기전력의 비로 계산한다.
속도변동률은 무부하 회전수와 정격 회전수의 차이를 정격 회전수로 나눈 백분율이다. 분권 전동기는 부하가 빠지면 전기자 전류가 줄어 속도가 올라가므로 무부하 회전수가 정격보다 크다. 발전기 쪽에서는 기전력이 자속과 회전수의 곱에 비례하고, 포화하지 않은 영역에서는 자속이 여자전류에 비례한다.
손실 분류 문제는 전기·철·기계 3분류의 소속만 바꿔 출제한다. 풍손을 철손이라 하거나 동손을 기계손이라 하면 틀린다. 속도변동률 계산은 전압강하를 빼지 않고 전압비만 적용하는 선지가 함정이다. 회전수가 절반이 될 때 같은 기전력을 유지하는 여자전류는 곱의 관계를 지켜 2배가 된다.
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.
직류기의 손실 중 가계손에 속하는 것은?
정답 ③ · 문제는 직류기 손실 중에서 가계손(기계손)에 해당하는 항목을 묻고 있다. 가계손은 기계적 마찰과 풍손을 포함하므로 풍손이 여기에 속한다.
가계손=기계손=마찰손(베어링·브러시 마찰)+풍손이므로 풍손이 여기에 속한다.
분권 전동기의 정격 회전수가 1500[rpm]이다. 속도 변동률이 5[%]이면, 공급 전압 및 계자 저항값을 변화 시키지 않고 무부하로 하였을 때의 회전수[rpm]는?
정답 ① · 문항은 분권 전동기의 정격 회전수와 속도 변동률로부터 무부하 회전수를 구하는 단순 계산 문제이다. 속도 변동률 정의에 따라 무부하 회전수 = 정격 회전수 × (1 + 변동률) 이므로 1500 × 1.05 = 1575 rpm이 된다.
속도 변동률=(무부하 회전수−정격 회전수)/정격 회전수이므로 무부하 회전수=1500×1.05=1575rpm.
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