개념 한 쪽
특수 동기기 단원은 여러 기종의 특징을 구분하는 지식과 동기기의 원리 계산을 함께 묻는다. 대표 소재는 동기기의 안정도 향상 대책, 동기전동기의 V곡선, 그리고 전기자 권선의 단절권계수 계산이다. 각각의 핵심 원리와 공식을 정확히 구분해 두면 틀린 보기를 골라내기 쉽다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「유도동기전동기」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 안정도 향상 대책 판별 | 1 | 안정도에 유효하지 못한 대책을 가리기 |
| V곡선 특성 판단 | 1 | 축 구성과 최저점의 역률 등 옳지 않은 설명 찾기 |
동기발전기에 부하 변동이 생기면 헤일(동요)이라는 진동이 일어날 수 있다. 이 진동을 억제해 안정적으로 운전하게 하는 것이 안정도 향상 대책이다. 관성 모멘트를 크게 하면 진동이 완만해지고, 단락비를 크게 하면 동기 임피던스가 작아져 전기적으로 튼튼해진다. 속응 여자(빠른 자동 전압 조정)도 동요를 빨리 가라앉힌다. 반대로 동기 임피던스를 크게 하면 최대 출력 Pmax = E·V/Xs 의 분모가 커져 Pmax가 작아지고, 조금만 부하가 변해도 동기에서 벗어나기 쉬워 안정도가 나빠진다.
동기전동기의 V곡선은 출력을 고정한 상태에서 여자전류를 가로축, 전기자전류를 세로축으로 그린 그래프다. 여자가 약하면(부족하면) 뒤진(지상) 역률이 되고, 여자를 세게 하면(과여자) 진상 역률이 된다. V자의 최저점은 전기자전류가 최소인 지점이며 이때 역률은 100%다. 즉 최저점에서 역률이 0%라는 설명은 틀린 것이다.
단절권계수는 코일을 전 권폭보다 짧게 감았을 때 곱하는 계수로 k = cos(β/2)로 구한다. β는 180°에서 실제 코일 전기각을 뺀 부족각이다. 슬롯각은 α = 180°×극수÷슬롯수로 구하고, 코일 두 변의 슬롯 번호 차이가 실제 권폭이 된다. 이때 권폭은 슬롯 번호 차이 그대로 세야 하며, 슬롯 번호를 그대로 권폭으로 착각하면 오답이 나온다.
특수 동기기 각 기종의 특징도 함께 익힌다. 유도 동기 전동기는 댐퍼 권선이 있어 기동·인입 토크가 크다. 동기 주파수 변환기는 조작이 간편하고 효율이 좋으며, 정현파 발전기는 부하와 관계없이 정현파 기전력을 발생한다. 반작용(릴럭턴스) 전동기는 회전자에 권선도 영구자석도 없이 반작용 토크로 돌아가며, 자화전류를 모두 전기자에서 공급받아야 하므로 역률이 나쁜 것이 대표적인 단점이다.
동기발전기의 3상, 6극, 슬롯수 54에서 한 개의 전기자 코일이 시작하는 변은 1번 슬롯에, 끝나는 변은 8번 슬롯에 놓인 경우를 풀어 본다.
슬롯각 α = 180°×6/54 = 20°이다. 전 권폭에 필요한 슬롯 수는 180°/20° = 9슬롯이고, 실제 권폭은 8−1 = 7슬롯 = 7×20° = 140°다. 따라서 부족각 β = 180°−140° = 40°이고, 단절권계수 k = cos(β/2) = cos20° ≈ 0.9397이 된다.
다음으로 3상 동기 발전기의 유도 기전력이 120V, 반작용 리액턴스가 0.2Ω이고 90° 진상 전류 20A가 흐를 때의 단자 전압을 구한다. 90° 진상 전류는 전기자 반작용이 증자 방향이 되어 단자 전압을 올린다. 등가 회로에서 V = E + XI 이므로 V = 120 + 0.2×20 = 124V가 된다. 지상 전류라면 부호가 반대가 되어 전압이 내려간다.
다음에서 동기전동기의 V곡선에 대한 설명중 맞지 않는 것은?
정답 ④ · 문제는 동기전동기의 V곡선 특성에서 잘못된 설명을 고르는 것이다. V곡선은 가로축에 여자전류, 세로축에 전기자전류를 놓고 그린 곡선으로 여자전류를 변화시킬 때 전기자전류가 최소가 되는 지점(곡선의 최저점)이 존재한다.
V곡선 최저점은 전기자전류 최소·역률 100% 지점이므로 '역률 0%' 설명이 틀리다.
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).
60[Hz], 12극의 동기 전동기의 회전 자계의 주변속도는? (단, 회전 자계의 극 간격은 1m이다.)
정답 ④ · 동기 속도의 공식은 Ns = 120f / p [rpm]입니다. 여기서 주파수 f는 60Hz, 극수 p는 12이므로 Ns = 120 * 60 / 12 = 600 [rpm]입니다.
Ns=120f/P=600rpm, 원주=극간격×극수=12m, v=πDN/60=12×600/60=120m/s.
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