개념 한 쪽
직류기의 전압변동률은 무부하 단자전압과 정격 단자전압의 차이를 정격 단자전압으로 나눈 백분율로 구한다. 속도변동률은 무부하 회전수와 정격 회전수의 차이를 정격 회전수로 나눈 백분율로 구한다. 분권 발전기와 분권 전동기는 부하가 변할 때 단자전압과 회전수가 달라지므로 두 변동률의 기준을 정격값에 둔다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「전압변동률 및 속도변동률」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 손실 분류 판단 | 1 | 직류기 손실에서 기계손에 속하는 항목을 가리기 |
| 토크 계산 | 1 | 역기전력과 각속도로 발생 토크를 구하기 |
전압변동률은 무부하 단자전압에서 정격 단자전압을 뺀 값을 정격 단자전압으로 나눈 뒤 100을 곱해 백분율로 나타낸다. 직류 분권 발전기는 부하가 걸리면 전기자 반작용과 내부 전압강하로 단자전압이 내려가므로 무부하 단자전압이 정격 단자전압보다 높다. 그래서 정격 전압 120V, 전압변동률 5%인 경우 무부하 단자전압은 120×1.05=126V로 구한다.
속도변동률은 무부하 회전수에서 정격 회전수를 뺀 값을 정격 회전수로 나눈 뒤 100을 곱해 백분율로 나타낸다. 분권 전동기는 부하가 빠지면 전기자 전류가 줄어 속도가 올라가므로 무부하 회전수가 정격 회전수보다 높다. 정격 회전수 1500rpm, 속도변동률 5%인 경우 무부하 회전수는 1500×1.05=1575rpm으로 구한다.
계자 회로를 일정하게 유지하면 자속이 일정해지고 직류 전동기의 속도는 역기전력에 비례한다. 이때 속도변동률은 역기전력의 변동률로 계산할 수 있다. 무부하 역기전력이 105V이고 전부하 역기전력이 100V이면 (105−100)/100×100=5%가 된다. 자극수, 전기자 도체수, 자속은 비례식에서 약분되는 조건으로 쓰지 않아도 된다.
직류기의 손실은 전기손, 철손, 기계손으로 나누고 기계손에는 베어링과 브러시의 마찰손 및 풍손이 들어간다. 철손은 히스테리시스손과 와전류손으로 구분하고 브러시의 전기손과 전기자 권선의 동손은 전기손에 둔다. 손실 분류는 전기, 철, 기계의 세 갈래에 각 항목을 넣는 방식으로 정리한다.
직류 전동기의 전기제동은 발전제동, 회생제동, 플러깅으로 구분한다. 직류제동은 교류 유도전동기의 고정자에 직류를 흘리는 방식이므로 직류 전동기의 전기제동 목록에 넣지 않는다. 브러시 홀더는 브러시를 정류자면에 일정한 압력으로 접촉시키며 적정 압력은 0.15~0.25 kg/cm²이다.
전압변동률 문제는 정격 전압에 (1+변동률)을 곱해 무부하 전압을 구하는 방향이 핵심이다. 정격 전압 120V, 전압변동률 5%이면 무부하 단자전압은 126V가 되고 114V는 감소 방향이라 틀린다.
속도변동률 문제는 정격 회전수에 (1+변동률)을 곱해 무부하 회전수를 구하는 방식으로 푼다. 정격 회전수 1500rpm, 속도변동률 5%이면 무부하 회전수는 1575rpm이 된다. 계자 회로를 일정히 한 경우에는 역기전력 두 개를 구해 (무부하 역기전력−전부하 역기전력)/전부하 역기전력×100으로 계산한다.
토크 계산은 역기전력 E=V−ra×Ia를 먼저 구하고 각속도 ω=2πN/60으로 나누어 T=E×Ia/ω를 적용한다. 단자전압 215V, 전기자전류 100A, 전기자저항 0.1Ω, 1500rpm이면 E=205V, ω≈157rad/s, T≈130Nm가 된다. 단자전압을 그대로 쓰거나 rpm을 rad/s로 바꾸지 않으면 다른 값이 나온다.
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.
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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