개념 한 쪽
전기기기의 구조와 원리를 묻는 문항은 변압기와 동기기의 동작 특성에서 자주 나온다. 변압기는 권선 결선 방식에 따라 같은 기기라도 다른 용량을 내기도 하고, 두 대를 묶어 쓸 때는 지켜야 할 조건이 있다. 동기기는 운전 중 진동을 억제해 안정적으로 붙잡는 성질이 중요하다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「구조」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 종류 아닌 것 고르기 | 1 | 스테핑 모터의 구조 형이 아닌 보기 가리기 |
| 기기 종류 고르기 | 1 | 전압이 예정값 이상일 때 동작하는 보호 계전기 고르기 |
| 용어 뜻 고르기 | 1 | 토크 모터의 특성을 설명한 보기 고르기 |
단권 변압기(오토트랜스포머)는 1차와 2차 권선이 한 덩어리로 겹쳐진 구조다. 두 권선을 직렬로 더해 연결하면 승압기로 쓸 수 있는데, 이때 출력 전류는 직렬로 들어간 저전압 권선의 정격 전류로 결정된다. 그래서 2권선 변압기 그대로 쓸 때보다 훨씬 큰 부하를 걸 수 있고, 전압 차가 작을수록 부하 용량이 커진다. 고유 용량만큼만 부하를 걸 수 있다고 생각하면 대표적인 함정에 빠진다.
변압기 두 대를 병렬 운전하려면 권수비(변압비)가 같고, 1·2차 정격전압과 극성이 같으며, 3상이면 상회전 방향과 위상변위가 같아야 한다. 이 조건이 어긋나면 변압기 사이에 순환전류가 흘러 손실만 커진다. 각 변압기가 자기 용량에 비례해 전류를 분담하려면 퍼센트 저항강하(%R)와 퍼센트 리액턴스강하(%X)가 서로 같아야 한다. 옴(Ω) 값으로 환산한 실제 임피던스가 용량에 반비례하는 것이지, 퍼센트 값이 반비례하면 안 된다.
동기기에서 부하가 갑자기 변하면 동요(헌팅)라는 진동이 생길 수 있다. 안정도를 높이려면 관성 모멘트를 크게 하고, 단락비를 크게 하며, 속응 여자(자동 전압 조정)를 쓴다. 단락비를 크게 하면 동기 임피던스 Xs가 작아지고, 최대 출력은 Pmax = E·V/Xs 이므로 커져 안정도가 좋아진다. 반대로 동기 임피던스를 크게 하면 최대 출력이 작아져 안정도를 나쁘게 한다.
보호기기와 제어기기도 구조로 원리를 구분한다. 비율 차동 계전기는 보호 구역에 들어가는 전류와 나가는 전류의 차(차전류)가 정해진 비율보다 커지면 동작해 발전기·변압기 권선의 층간 단락 같은 내부 사고를 고감도로 검출한다. 과전압 계전기(OVR)는 전압이 예정값 이상이 되면 동작해 기기의 절연을 보호한다. 계전기 이름은 감지하는 양과 대응된다.
단권 변압기 계산을 풀어 본다. 정격 1[kVA]에 입력 3000V·출력 200V인 단상 변압기를 단권으로 결선해 3000/3200[V] 승압기로 쓸 때의 부하용량이다. 200V 권선의 정격 전류 = 1000VA/200V = 5A. 이 권선이 직렬로 들어가므로 출력 전류는 5A이고, 부하용량 = 3200V × 5A = 16000VA = 16[kVA]다. 단권 부하용량 = 고유용량 × (높은 전압/전압차) = 1 × 3200/200 = 16으로 같은 결과가 나온다. 1[kVA]라고 답하면 2권선 그대로 쓴 값이라 틀린다.
변압기 병렬 운전 조건은 퍼센트와 옴 값을 바꿔치기한 오답으로 출제된다. 용량 비례 분담의 조건은 %R·%X가 같은 것이지, 옴값 임피던스가 용량에 비례하는 것이 아니다. 동기기 안정도 문제는 '동기 임피던스를 크게 한다'를 유효한 대책처럼 제시하는데, Xs가 크면 Pmax = E·V/Xs가 작아지므로 유효하지 못하다.
다음 중 스테핑 모터의 구조 형이 아닌 것은?
정답 ④ · 문제는 스테핑 모터의 구조 형 중 아닌 것을 고르는 것이다. 스테핑 모터의 대표적 형식은 영구자석형, 가변리럭턴스형, 하이브리드형 세 가지이며 회전전기자형은 이 분류에 포함되지 않는다.
스테핑 모터의 구조 형은 VR형·PM형·하이브리드형 3종류이다(회전전기자형은 제외).
보호하려는 회의 전압이 그 예정값 이상으로 되었을 때 동작하는 것으로 기기 설비의 보호에 사용되는 계전기는?
정답 ③ · 문항은 전압이 예정값 이상으로 상승했을 때 동작하여 설비를 보호하는 계전기를 묻고 있다. 전압이 초과되는 것을 감지하여 동작하는 계전기는 과전압 계전기로 기기 절연 보호 등에 사용된다.
전압이 예정값 이상이 되면 동작해 기기를 보호하는 계전기는 과전압 계전기(OVR)이다.
토크 모터란?
정답 ④ · 문제는 토크 모터의 동작 특성과 용도를 묻고 있다. 토크 모터는 연속적으로 회전하여 동력을 전달하는 것이 목적이 아니라 기준 위치에서 일정 각도만 회전·유지하면서 지속적인 토크를 내는 전동기이므로 밸브 개폐나 텐션 제어 같은 위치제어용으로 사용된다.
토크 모터는 연속 회전이 아니라 중성 위치에서 일정 각도만 회전해 토크를 유지하는 전동기이다.
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