개념 한 쪽
전기공사산업기사 개요 — 단상 직권 정류자 전동기의 원리와 접속
단상 직권 정류자 전동기는 교류 전원에서 돌아가지만 계자와 전기자를 직렬로 접속한 구조라 직류 직권 전동기와 같은 원리와 특성을 지닌다. 접속 방식과 권선 배치, 그리고 여기에 딸린 변압기의 역할을 함께 구분해야 한다.
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뜻
단상 직권 정류자 전동기는 가정용 선풍기나 믹서기처럼 교류 전원으로 돌아가는 정류자 전동기다. 직권이란 계자 권선과 전기자 권선을 직렬로 연결했다는 뜻이다. 직류 직권 전동기도 두 권선을 직렬로 접속하므로 두 전동기는 회로 구성이 같다.
교류에서는 매 반주기마다 계자와 전기자의 전류 방향이 함께 바뀐다. 그래서 토크 방향이 유지되고 회전이 계속된다. 결국 직류 직권 전동기의 원리를 교류에 그대로 적용한 셈이다. 분권은 계자를 전기자에 병렬로 연결한 것이고, 복권은 직권과 분권을 조합한 것이므로 원리가 다르다.
단상 지권 정류자전동기는 계자 권선과 브러시로 단락된 전기자가 변압기의 1차·2차처럼 자기 결합되어 도는 전동기다. 이 전동기는 전기자 권선의 권수를 계자 권수보다 많게 감는다. 전기자 권수가 많으면 주자속을 작게 잡아도 충분한 기전력이 얻어져 자화전류가 줄고 역률 저하를 막는다. 회전으로 생기는 속도 기전력도 커지고, 작은 주자속과 큰 전기자 전류로 토크를 늘릴 수 있다. 반면 변압기 기전력이 커지면 정류 불량과 스파크의 원인이 되어 오히려 해롭다.
3상 직권 정류자 전동기는 고정자에 1차 권선, 회전자에 정류자 권선을 두고 두 권선을 직렬로 접속한 전동기다. 고정자에는 P극이 되는 3상 분포권선을 감고, 회전자는 직류기의 전기자와 거의 같은 구조로 만든다. 브러시는 3상이므로 전기각 2π/3 간격으로 정류자 위에 배치한다. 중간 변압기는 1차 권선과 정류자 권선 사이에 넣어 권수비를 바꾸고, 그리하여 정류자 권선에 가해지는 전압을 조정한다. 이 조정으로 회전 속도나 토크 특성을 자유롭게 다룰 수 있다. 이 변압기는 직권 특성을 만들기 위해 고정자 1차 권선과 직렬로 접속한다.
직권 정류자 전동기에서는 계자가 전기자와 직렬이므로 자속이 부하전류에 비례한다. 브러시에 의해 단락되는 코일에 유도되는 변압기 전압도 이 자속에 비례하므로 부하전류가 증가하면 변압기 전압도 증가한다.
예제
원리 문제에서는 보기 가운데 직권이 겹치는 직류 직권 전동기를 고른다. 지권 전동기에서 전기자 권수를 많게 하는 이유를 묻고 이유가 아닌 것을 고를 때는, 해로운 효과인 변압기 기전력 증대를 찾아 소거한다. 3상 직권 정류자 전동기의 중간 변압기 목적은 권수비 변경을 통한 특성 조정이고, 구조 설명에서 틀린 것은 이 변압기를 고정자 권선과 병렬로 설치한다는 서술이다. 부하전류 변화에 따른 변압기 전압의 변화를 묻는 문제에서는 직권이므로 전류가 늘면 자속이 늘고 전압도 늘어난다는 비례 관계를 확인한다.
자주 묻는 물음
- 단상 직권 정류자 전동기의 원리는 어느 전동기와 같은가?
- 계자와 전기자를 직렬로 접속한 직류 직권 전동기와 같다. 교류에서는 두 권선의 전류 방향이 함께 바뀌어 토크 방향이 유지된다.
- 단상 지권 정류자전동기에서 전기자 권수를 계자 권수보다 많게 하는 이유는 무엇인가?
- 주자속을 작게 해도 기전력이 얻어져 자화전류가 줄고 역률이 개선되며, 속도 기전력과 토크가 커지기 때문이다. 변압기 기전력을 크게 하는 것은 정류 불량을 부르므로 목적이 아니다.
- 3상 직권 정류자 전동기의 중간 변압기는 어떤 역할을 하는가?
- 1차 권선과 정류자 권선 사이에서 권수비를 바꾸어 정류자 권선에 가해지는 전압을 조정하고, 그리하여 속도와 토크 특성을 조정한다. 이 변압기는 고정자 1차 권선과 직렬로 접속한다.
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