전기공사산업기사 직류전동기의 특성 등 — 직권 폭주와 분권 정속

직류전동기의 회전수는 n ∝ E/Φ로 나타낸다. E는 역기전력이고 Φ는 자속이다. 자속이 작아지면 회전수는 커지고, 자속이 커지면 회전수는 작아진다. 직권전동기는 계자권선과 전기자권선이 직렬로 연결되어 자속이 부하전류에 비례한다. 그래서 부하가 없어지면 전류와 자속이 급감하고 속도가 걷잡을 수 없이 올라가는 폭주가 생긴다. 직권전동기는 벨트가 아닌 기어로 연결해 무부하 운전을 막는다.

분권전동기는 계자권선을 전기자권선 쪽에 나란히 물린 자여자 직류기이다. 계자전류가 작고 자속이 거의 일정하므로 속도 변동이 작다. 그러나 운전 중 계자회로가 단선되면 자속이 거의 0이 되어 n ∝ E/Φ에 따라 속도가 급증하는 위험 속도가 된다. 복권전동기는 직권과 분권을 함께 쓴 방식이며, 가동복권과 차동복권으로 나뉜다. 차동복권은 직렬 자속이 분권 자속을 빼 주는 구조라 부하 증가 시 속도가 폭증하는 위험이 있어 거의 쓰지 않는다.

부하 변화에 대한 속도 변동은 직권전동기가 가장 크고 분권전동기는 거의 정속이다. 복권전동기는 두 특성을 섞어 그 중간 정도이다. 정격 전류를 넘지 않는 범위에서 같은 전류를 흘릴 때 회전수는 직권 > 가동복권 > 분권 > 차동복권 순서가 된다. 전동차용으로는 시동토크가 큰 직권전동기나 적분복권전동기가 적합하다.

계산에서는 정격 kW가 출력이라는 점을 먼저 확인한다. 전동기의 효율은 출력 ÷ 입력이므로 입력은 출력 ÷ 효율로 구한다. 전부하 전류는 입력을 전압으로 나누어 구한다. 토크는 T = E·Ia/ω로 구하고, 역기전력은 E = V − ra·Ia로 구한다. 발생 출력은 P = E·Ia로 구한다. 권선 방식에 따라 병렬회로수가 달라지므로 파권은 a=2, 중권은 a=p로 확정한 뒤 기전력과 토크 공식에 대입한다.