개념 한 쪽
직류기 전기자 권선은 감는 방식에 따라 병렬회로 수와 전압·전류 특성이 달라진다. 중권과 파권의 구분, 병렬회로 수, 유도 기전력 식을 함께 익히면 권선법 문항과 계산 문항을 같은 원리로 정리한다.
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출제기준 단원 「분포권」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 유도 기전력으로 자속 계산 | 1 | 극수·도체 수·매분 회전수에서 필요한 자속을 환산하기 |
| 권선법 특성 판단 | 1 | 같은 도체 조건에서 소전류·고전압에 맞는 권선법을 가리기 |
| 발전기와 전동기 회전수 환산 | 1 | 같은 단자전압과 전기자전류에서 기전력 비로 회전수를 구하기 |
이 개념의 문항은 직류기 전기자 권선법을 중심으로 한다. 재료에서는 중권(중첩권선)과 파권(파상권선)을 비교하고, 단중·증권·복권 같은 표현을 함께 사용한다.
중권은 코일을 겹쳐 감아 병렬회로 수가 많고 대전류·저전압에 적합하다. 파권은 코일을 한 방향으로 길게 이어 감아 직렬 도체 수가 많고 고전압·소전류에 적합하다. 도체 굵기·권수·극수가 같아도 권선법에 따라 특성이 달라진다.
병렬회로 수는 중권에서 극수 P와 같고 파권에서 2로 고정된다. 단중 중권 4극에서 전기자 전류 20A가 4개 회로에 나뉘면 각 회로 전류는 5A가 된다. 같은 전류가 파권이면 2개 회로에 나뉘어 10A가 된다.
유도 기전력은 E=PφZN/120으로 나타낸다. P는 극수, φ는 극당 자속, Z는 전체 도체 수, N은 매분 회전수이다. 자속을 구할 때는 φ=120E/(PZN)으로 정리해 대입한다.
직류기에서 발전기는 E_g=V+IaRa, 전동기는 E_m=V−IaRa로 기전력을 구한다. 자속이 같으면 기전력 비가 회전수 비가 되어 발전기와 전동기의 회전수를 서로 환산한다.
6극 파권 전기자에 도체 250개가 있고 매분 회전수가 1200일 때 유도 기전력을 600V로 만드는 자속을 구한다. φ=120E/(PZN)=120×600/(6×250×1200)=0.04Wb가 된다. 120과 극수 P의 위치를 바꾸면 다른 값이 나오므로 식을 먼저 정리한다.
4극 단중 중권에서 전기자 전류가 20A이면 병렬회로 수 a=P=4이므로 각 병렬회로 전류는 20÷4=5A가 된다. 파권이면 a=2이므로 20÷2=10A가 되어 구분이 필요하다.
지름 0.2[m], 속도1800[rpm]인 전기자의 주변 속도[m/sec]는?
정답 ① · 문항은 주어진 지름과 회전수로부터 회전자 주변 속도를 구하라고 요구한다. 주변속도는 u = π·D·N/60 이므로 u = 3.14×0.2×1800/60 = 3.14×0.2×30 = 18.84 m/s가 된다.
주변속도 u = πDN/60 = 3.14×0.2×1800/60 ≈ 18.84[m/s]이다.
6극 파권의 전기자가 도체 250개로 되어 있다. 매분 1200 회전한다고 하면 유도 기전력을 600[V]로 하는 데 필요한 자속은 몇 [Wb]인가?
정답 ① · 파권의 유도 기전력 공식은 입니다. 여기서 파권은 병렬 회로수 (극수)이므로 식은 이 됩니다.
전기자 유도 기전력 E=PφZN/120이므로 φ=120E/(PZN)=120×600/(6×250×1200)=0.04Wb.
전기자 도체의 굵기, 권수 및 극수가 같을 때 소전류, 고전압을 얻을 수 있는 권선법은?
정답 ② · 문제는 동일한 굵기·권수·극수일 때 소전류·고전압을 얻는 권선법을 묻고 있다. 파권은 권선이 직렬로 많이 이어져 전체 턴수가 커져 단위권당 전압이 증가하므로 고전압·소전류 특성을 가진다.
중권은 병렬회로가 많아 대전류·저전압, 파권은 직렬 턴수가 많아 고전압·소전류이다.
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