개념 한 쪽
전동기는 속도 특성과 제동 방식, 기동 토크 특성으로 구분하여 응용 설비에 맞게 선택한다는 점을 이해해야 한다는 핵심을 제시한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「전동기응용의 기초」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전원 정류 방식 적용 판단 | 1 | 대전류 직류 전원 장치의 대표적 적용 설비를 찾기 |
| 제동 방식 구별 | 1 | 발생 전력의 처리 위치로 회생·발전 제동을 구분하기 |
| 전동기 속도 분류 | 1 | 직권의 속도 특성으로 변속기 전동기 분류를 판별하기 |
일그너(Ignitron)는 수은 아크를 이용한 대용량 정류장치로 대전류 직류 전원을 필요로 하는 설비, 예컨대 제철용 압연기의 대형 직류 전동기 전원에 사용되었다는 사실을 전제로 설명한다. 일그너의 용도 대비 냉동기·초지기·분쇄기 등은 통상 교류 전동기로 구동되므로 일그너 전원이 필요하지 않다는 점을 명확히 한다.
전동기의 제동 방식은 에너지의 처리 위치로 구분한다는 점을 설명한다. 회생 제동은 전동기를 발전기로 운전해 유도 전압을 전원전압보다 높게 만들어 발생 전력을 전원으로 반환하는 방식이라는 점을 강조한다. 발전 제동은 전동기를 발전기로 운전하되 발생 전력을 저항에서 열로 소모하는 방식으로 회생 제동과 구별된다는 점을 제시한다.
전동기의 속도 분류는 정속도·변속기 전동기·다단속도 전동기로 나뉜다는 원리를 제시한다. 직권 전동기는 계자와 전기자가 직렬 연결되어 부하 변화에 따라 자속과 속도가 크게 변하므로 변속기 전동기로 분류된다는 점을 설명한다. 반면 분권 전동기는 자속이 거의 일정하여 속도 변화가 작고 다단속도전동기는 몇 단계로 속도를 바꾸는 방식으로 정의된다는 점을 명확히 한다.
직권 전동기는 기동 시 큰 전류가 흐르면 자속이 커져 토크가 Ia²에 비례하는 특성을 가지므로 기동 토크가 매우 크다는 원리를 설명한다. 이러한 특성 때문에 직권 전동기는 제철·기중기·호이스트·전철 등 큰 기동 토크가 필요한 장비에 적합하다는 점을 제시한다.
단상 유도전동기 중 반발기동형은 회전자에 권선을 감고 정류자·브러시로 단락하는 구조로 브러시 위치나 고정자 권선의 단자 접속을 바꾸면 회전 방향이 바뀐다는 구조적 특성을 설명한다.
전동기 진동 원인은 기계적 요인과 전자력적 요인으로 구분되며 회전자의 정적·동적 불평형 같은 질량 분포 불균형은 기계적 원인으로, 편심·공극 변동·고조파 자계는 전자력적 원인으로 분류된다는 점을 정리한다。
문제 유형 하나는 전원 정류 방식과 적용 설비를 짝짓는 질문으로, 일그너는 대전류 직류 공급용이라는 점을 근거로 제철용 압연기 전원으로 연결하는 답을 선택해야 한다는 풀이를 제시한다. 다른 유형은 제동 방식의 문구 해석으로 '전원을 되돌려준다'라는 표현이 보이면 회생 제동을, '저항에서 소모한다'라는 표현이 보이면 발전 제동을 고르는 방식으로 해결해야 한다는 예를 든다. 속도 분류 문제는 '부하에 따라 속도가 크게 변한다'는 표현이 보이면 직권(변속기 전동기)을, '몇 단계로만 바꾼다'는 표현이 보이면 다단속도전동기를 선택하는 규칙을 제시한다。
부하에 관계없이 회전수가 일정하며, 몇단계로 회전수를 바꾸는 전동기로서 직류분권 및 타여자 전동기, 농형 유도전동기는 어떤 속도전동기에 속하는가?
정답 ③ · 전동기를 속도 특성에 따라 분류하는 문제이다. 부하에 관계없이 회전수가 거의 일정하게 유지되는 전동기를 정속도 전동기라 하고, 부하에 따라 회전수가 변하는 전동기를 변속도 전동기라 한다.
부하와 무관하게 일정 속도를 몇 단계로만 바꾸는 전동기는 다단속도전동기이다.
단상 유도 전동기의 브러시의 위치를 돌려주거나 고정자 권선의 단자접속을 바꾸어 주면 회전자의 회전방향이 바뀌는 것은?
정답 ③ · 문제는 브러시 위치를 바꾸거나 고정자 권선 접속을 바꾸었을 때 회전 방향이 바뀌는 전동기형을 묻는다. 브러시와 정류자를 가진 반발 기동형은 브러시의 위치를 변경하면 토크의 방향이 바뀌어 회전 방향을 반대로 할 수 있다.
브러시 위치를 돌려 회전 방향을 바꿀 수 있는 것은 반발 기동형뿐 — 회전자가 정류자·브러시를 갖는 구조다.
기동 토크가 가장 큰 특징을 갖고 있는 전동기는?
정답 ③ · 문제는 기동 토크가 가장 큰 특징을 가진 전동기를 묻는 문제이다. 직류 직권(직렬) 전동기는 계자와 전기자가 직렬 연결되어 기동 시 큰 전류가 흐르면 계자자속도 커지므로 토크가 전류의 제곱에 비례해 매우 크게 된다(T ∝ Ia^2).
직류 직권 전동기는 계자와 전기자가 직렬이라 기동 전류가 자속을 만들어 T∝I², 기동 토크가 최대다.
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