개념 한 쪽
직류기 전기자 권선은 감는 방식에 따라 중권과 파권으로 나뉜다. 병렬회로 수가 어떻게 정해지는지에 따라 대전류·저전압용과 고전압·소전류용이 갈린다. 유도 기전력과 전기자 전류 계산도 이 병렬회로 수에서 출발한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「중권과 파권의 특징 등」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 권선법별 용도 특성 판단 | 1 | 소전류·고전압 조건에 맞는 권선법 가리기 |
| 권선 변경 시 전압·전류 변화 | 1 | 증권에서 파권으로 바꿀 때 값의 변화 계산 |
직류기 전기자의 권선법은 크게 중권(중첩권선)과 파권(파상권선)으로 나뉜다. 중권은 코일을 겹쳐 감아 병렬회로 수가 극수 P와 같아진다. 파권은 코일을 한 방향으로 길게 이어 감아 극수와 무관하게 병렬회로 수가 2로 고정된다.
병렬회로 수가 특성을 결정한다. 중권은 병렬회로가 많아 큰 전류를 나누어 흘릴 수 있으므로 대전류·저전압용이다. 파권은 직렬로 이어지는 도체 수가 많아 고전압을 얻고 전류는 작아지므로 고전압·소전류용이다. 도체의 굵기·권수·극수가 같아도 감는 방법만으로 특성이 달라진다.
유도 기전력은 E = PφZN/120으로 구한다. P는 극수, φ는 극당 자속, Z는 전체 도체 수, N은 매분 회전수다. 자속을 묻는 문제라면 이 식을 φ = 120E/(PZN)으로 정리해 대입한다.
전기자 전류는 병렬회로 수로 나누어 각 회로 전류를 구한다. 중권이면 a = P, 파권이면 a = 2이므로 각 병렬회로 전류는 Ia ÷ a가 된다. 같은 전기자를 증권에서 파권으로 바꾸면 병렬회로 수가 P에서 2로 줄어 유도 기전력은 커지고 전기자 전류는 작아진다. 전압과 전류가 병렬회로 수 비의 역수 관계로 함께 변한다.
권선법 문제는 중권과 파권의 특성을 뒤바꾸어 낸다. 중권이 고전압·소전류용이라거나 파권이 대전류용이라고 하면 틀린다. 병렬회로 수를 중권에서 2, 파권에서 극수로 바꾸는 선지도 함정이다.
계산 문제에서는 병렬회로 수를 잘못 잡으면 값이 어긋난다. 4극 단중 중권에서 전기자 전류 20A이면 병렬회로 수가 4이므로 각 회로 전류는 20 ÷ 4 = 5A가 된다. 파권으로 착각해 a = 2로 두면 10A라는 다른 값이 나온다.
권선을 바꾸는 문제는 병렬회로 수 비만 잡으면 풀린다. 증권 a = P = 8, 파권 a = 2이므로 유도 기전력은 100 × (8/2) = 400V, 전기자 전류는 200 × (2/8) = 50A가 된다. 전압은 커지고 전류는 작아지는 방향을 먼저 확인한다.
직류분권 전동기가 있다. 여기에 전원전압 120[V]를 가했을 때 전기자 전류 35[A]가 흐르고 회전수는 1300[rpm]이었다. 이때 계자전류 및 부하전류를 일정하게 유지하고 전원 전압을 150[V]로 올리면 회전수[rpm]는 약 얼마인가? (단, 전기자 저항은 0.4[Ω]이다.)
정답 ② · 직류 분권 전동기의 회전수 N은 N = (V - Ia·Ra) / (k·Φ)입니다. 전압을 120[V]에서 150[V]로 상승시키면, 역기전력(V - Ia·Ra)이 증가하여 회전수가 비례하여 증가합니다.
회전수는 역기전력에 비례하므로 N₂=1300×136/106≈1668rpm이다.
직류 분권 전동기가 잇다. 단자전압 215V, 전기자 정류 50A, 1500rpm으로 운전되고 있을 때 발생 토크는 약 몇 [N·m]인가? (단, 전기자 저항은 0.1Ω이다.)
정답 ④ · 먼저 역기전력 입니다. 회전 속도 이므로, 발생 토크 입니다.
T=EIa/ω이고, E=V−IaRa=210V, ω=2πN/60=50π rad/s → 210×50/50π≈66.9 N·m.
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.
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