개념 한 쪽
전기공사산업기사 벡터도 — 전동기·변압기 손실과 속도 관계
단상 직권 정류자 전동기는 계자와 전기자를 직렬로 연결해 교류에서도 직류 직권 전동기와 같은 원리로 돈다. 단상 유도전동기는 보조권선과의 위상차에 따라 기동토크가 달라지고, 권선형 유도전동기는 회전자 권선 접속을 바꾸어 속도를 제어한다. 변압기 손실은 부하와 무관한 철손과 부하전류의 제곱에 비례하는 동손으로 나누어 판단한다.
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뜻
단상 직권 정류자 전동기는 가정용 선풍기와 믹서기처럼 교류 전원으로 돌아가는 정류자 전동기이다. 직권은 계자와 전기자를 직렬로 연결했다는 뜻이고, 직류 직권 전동기도 같은 구조라 두 전동기의 회로 구성은 같다. 교류에서는 매 반주기마다 계자와 전기자의 전류 방향이 함께 바뀌므로 회전 방향이 유지된다.
단상 유도전동기는 주권선과 보조권선 두 개를 사용하고, 두 권선 전류의 위상차가 클수록 기동토크가 커진다. 분상 기동형은 보조권선을 가늘게 감아 저항 성분으로 위상차를 만들며, 위상차가 약 30도로 작아 기동토크가 정격의 125퍼센트 안팎에 머문다. 콘덴서 분상형은 콘덴서로 위상차를 거의 90도까지 만들고, 반발 기동형과 반발 유도형은 반발 원리로 기동토크가 300에서 500퍼센트에 이른다. 따라서 기동토크가 가장 작은 방식은 저항 분상 기동형이다.
권선형 유도전동기는 회전자 권선을 밖으로 끌어낼 수 있어 여러 속도 제어법을 쓴다. 게르게스법은 회전자 권선을 두 세트로 나누고 원심력 개폐기가 작동해 접속을 직렬에서 병렬로 바꾸는 방식이다. 접속이 바뀌면 회전자 회로의 임피던스가 변해 슬립이 바뀌고, 대략 1대 2 비율의 두 단 속도를 얻는다. 2차 저항법은 회전자에 가변저항을 넣는 방식이고, 2차 여자법은 회전자 측에 별도 전원을 연결하는 방식이며, 주파수 변환법은 1차 주파수를 바꾸는 방식이다.
변압기 손실은 철손과 동손으로 나눈다. 철손 Pi는 철심의 자화 손실로 부하와 거의 무관한 일정손이고, 동손 Pc는 코일 저항 손실로 부하전류의 제곱에 비례하는 가변손이다. 정격출력의 1/m 부하를 걸면 전류도 1/m가 되고 동손은 (1/m)²배로 줄어든다. 따라서 그때 전손실은 Pi + (1/m)²Pc가 된다. 절반 부하인 m=2라면 Pi + Pc/4가 된다.
예제
단상 유도전동기 기동토크 문제는 위상차와 기동토크의 관계를 뒤집어 출제한다. 위상차가 약 30도인 저항 분상 기동형이 가장 작은 기동토크를 낸다는 점을 기억하고, 콘덴서 분상형과 반발 기동형의 큰 토크와 구분한다. 권선형 유도전동기 속도 제어 문제는 원심력 개폐기와 직렬·병렬 전환이라는 키워드로 게르게스법을 가려낸다. 변압기 손실 문제는 철손을 일정하게 두고 동손만 부하비의 제곱으로 줄여 Pi + (1/m)²Pc를 구한다.
자주 묻는 물음
- 단상 유도전동기에서 기동토크가 가장 작은 방식은 무엇인가?
- 저항 분상 기동형이다. 보조권선을 가늘게 감아 만든 위상차가 약 30도로 작아 기동토크가 정격의 125퍼센트 안팎에 머문다.
- 권선형 유도전동기에서 원심력 개폐기로 회전자 권선을 직렬·병렬 전환하는 속도 제어법은 무엇인가?
- 게르게스법이다. 회전자 권선 접속이 바뀌면 회전자 회로의 임피던스가 변해 슬립이 바뀌고, 대략 1대 2 비율의 두 단 속도를 얻는다.
- 변압기에서 정격출력의 1/m 부하를 걸었을 때 전손실은 어떻게 구하는가?
- 철손 Pi는 일정하게 두고 동손 Pc는 부하전류의 제곱에 비례하므로 (1/m)²배로 줄인다. 따라서 전손실은 Pi + (1/m)²Pc가 된다.
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