개념 한 쪽
특수 동기기는 반작용 토크를 쓰는 릴럭턴스 전동기, 기동 권선을 갖춘 유도 동기 전동기, 동기 주파수 변환기 등으로 나뉜다. 반동전동기는 구조가 단순하지만 역률이 나쁘고, 스테핑 모터는 VR형·PM형·하이브리드형 세 구조로 정해진다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「반동전동기 등」의 공개 문제 1개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 스테핑 모터 구조 분류 | 1 | 스테핑 모터의 구조 형에 들지 않는 형식을 가리기 |
가장 자주 묻는 것은 스테핑 모터 구조 분류입니다.
반작용 전동기(릴럭턴스 모터)는 회전자에 권선도 영구자석도 없이, 돌출극이 자기력선이 잘 통하는 방향으로 정렬되려는 성질인 반작용 토크로 돈다. 이 구조는 자기 회로의 유효 공극이 커서 같은 출력을 내는 데 자화전류가 많이 필요하고, 자화전류를 모두 전기자 측 교류에서 받아야 하므로 역률이 나쁜 것이 대표적인 단점이다. 구조가 간단하고 소형이라는 특징도 함께 묶어 외운다.
스테핑 모터는 펄스 신호 한 번에 일정 각도씩 회전하는 전동기로, 구조 형태가 세 가지로 정해져 있다. 영구자석을 회전자에 쓰는 PM형, 자석 없이 자기저항 변화로 회전하는 VR형, 둘의 장점을 결합해 가장 정밀하고 널리 쓰이는 하이브리드(HB)형이 그것이다. 회전전기자형은 전기자가 도는 구조를 가리키는 말일 뿐 스테핑 모터의 분류 항목이 아니다.
동기 전동기의 V곡선은 계자 전류를 바꿀 때 전기자 전류가 그리는 V자 모양 곡선이다. 골짜기 맨 아래점이 역률 100% 지점이고, 이보다 계자 전류를 크게 하면 과여자가 되어 전압보다 앞서는 진상 전류가 흐르며, 작게 하면 부여자가 되어 뒤지는 지상 전류가 흐른다. 동기 발전기는 이와 반대로 과여자에서 지상 전류가 흐르므로 전동기와 구분해야 한다.
동기 발전기의 자기여자 현상은 긴 송전선이나 케이블의 충전전류가 발전기로 들어와 스스로 여자되어 전압이 이상 상승하는 현상이다. 방지법은 단락비를 크게 하기, 발전기를 여러 대 병렬로 돌려 충전전류를 분담하기, 송전선 말단에 동기조상기를 두어 충전전류를 흡수하기이며, 모두 충전전류의 영향을 줄이는 방향이다. 충전전류를 늘리는 것은 오히려 현상을 심하게 만든다.
동기기의 전기자 권선을 단절권이나 분포권으로 감는 이유는 고조파를 줄여 유도 기전력을 정현파에 가깝게 만들기 위해서다. 단락비는 수차 발전기가 0.9~1.2로 크고 터빈 발전기가 약 0.5~1.0으로 작으며, 단락비가 크면 동기 리액턴스가 작아져 전압변동률이 작아진다. 단상 릴럭턴스 전동기의 최대 토크는 T=¼(Ld−Lq)I²로 구한다.
단상 릴럭턴스 전동기에 크기가 2[A]인 정현파 전류를 넣고 Ld=2Lq=200[mH]일 때 최대 토크를 구한다. Ld=0.2[H], Lq=0.1[H]이므로 Ld−Lq=0.1[H]이다. T=¼×(Ld−Lq)×I²에 대입하면 T=¼×0.1×2²=0.1[N·m]이다. Ld−Lq를 0.2로 잘못 보거나 계수를 ½로 쓰면 값이 어긋난다.
특수 동기기 문제는 반작용 전동기의 역률을 뒤집어 놓는 선지가 단골이다. '역률이 좋다'고 적힌 연결을 골라내면 되고, 스테핑 모터는 VR·PM·HB 세 형만 외워 목록에 없는 회전전기자형을 골라낸다.
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).
동기발전기의 돌발 단락 전류를 제한하는 것은?
정답 ① · 문제는 동기발전기의 돌발 단락 시 초기 단락전류를 제한하는 요소가 무엇인지 묻는 것이다. 돌발(과도) 단락 순간에는 전기자 반작용 자속이 아직 형성되지 못하거나 차단되어 실제로 전류 제한에 관여하는 것은 누설 리액턴스이다.
돌발 단락 순간에는 전기자 반작용이 차단되어 전류가 누설 리액턴스만으로 제한된다.
정격출력 10000[kVA], 정격전압 6600[V], 동기 임피던스가 매상 3.6[Ω]인 3상 동기 발전기의 단락비는 약 얼마인가?
정답 ③ · 문제는 주어진 정격출력과 전압, 동기 임피던스로 3상 동기발전기의 단락비를 계산하는 것이다. 절차는 정격전류 In = S(VA)/(√3·Vn) 계산 후 정격전압시 단락전류 Isc = (Vn/√3)/Zs 구하고 단락비 k = Isc/In 를 계산한다.
단락비 = 정격전압 시 단락전류 ÷ 정격전류 = Vn/(√3·In·Zs)로 계산한다.
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