개념 한 쪽
전기공사산업기사 3상 직권 정류자전동기 개요 — 중간 변압기와 직권 특성
3상 직권 정류자전동기는 고정자에 1차 권선을 두고 회전자에 정류자 권선인 2차 권선을 두며 두 권선을 직렬로 접속한 전동기이다. 중간 변압기는 이 구조 안에서 권수비를 바꾸어 정류자 권선에 가해지는 전압을 조정한다. 그 결과 회전 속도와 토크 특성을 넓은 범위에서 조정할 수 있다.
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뜻
3상 직권 정류자전동기의 고정자에는 P극이 되는 3상 분포권선을 감는다. 회전자는 직류기의 전기자와 거의 같은 구조로 만들고, 브러시는 3상이므로 전기각 2π/3인 120° 간격으로 정류자 위에 배치한다. 이때 고정자 측 1차 권선과 회전자 측 정류자 권선은 직렬로 접속한다.
중간 변압기는 1차 권선과 정류자 권선 사이에 넣는 변압기이다. 이 변압기의 권수비를 바꾸면 정류자 권선에 가해지는 전압이 조정된다. 이 조정으로 회전 속도나 토크 특성을 자유롭게 바꿀 수 있어 넓은 범위의 속도 제어가 가능하다. 따라서 중간 변압기를 두는 까닭은 권수비 조절로 전동기 특성을 맞추는 데 있다.
중간 변압기는 고정자 1차 권선과 직렬로 접속한다. 이 접속은 인가 전압과 브러시에 유도되는 2차 전압을 조정하는 역할을 한다. 직권 특성은 같은 전류가 흐르는 특성이므로 중간 변압기를 병렬로 설치한다는 설명은 성립하지 않는다. 중간 변압기의 접속 형태를 판단할 때는 직렬이라는 점을 기준으로 삼는다.
직권 정류자전동기는 계자권선이 전기자와 직렬로 연결된 전동기이다. 직렬이므로 계자에 흐르는 전류가 곧 부하전류 I이고, 만들어지는 자속 Φ도 I에 비례한다. 부하전류 I가 커지면 자속도 커진다.
브러시에 의하여 단락되는 코일에는 교류 자속의 변화 때문에 변압기 전압 et가 유도된다. 이 전압의 크기는 자속 크기에 비례하므로 et는 Φ에 비례하고 다시 I에 비례한다. 따라서 부하전류 I가 증가하면 et도 증가한다. 직권 정류자전동기의 전류와 자속과 전압은 이 비례 관계로 묶어서 이해한다.
예제
3상 직권 정류자전동기의 구조를 묻는 문제에서는 고정자의 3상 분포권선, 직류기 전기자형 회전자, 120° 간격 브러시 배치를 옳은 설명으로 판단한다. 중간 변압기를 고정자 1차 권선과 병렬로 설치한다고 하면 틀린 설명이 된다. 중간 변압기는 직렬로 접속하여 인가 전압과 브러시의 2차 전압을 조정한다.
중간 변압기의 목적을 묻는 문제에서는 권수비 변경과 특성 조정을 연결한다. 역회전 방지나 분권 특성 획득은 중간 변압기의 기능이 아니다. 부하전류 변화에 따른 변압기 전압을 묻는 문제에서는 직권 접속으로 자속이 전류에 비례하고 변압기 전압도 전류에 비례한다는 원리를 적용한다.
자주 묻는 물음
- 3상 직권 정류자전동기의 기본 구조는 무엇인가?
- 고정자에 P극이 되는 3상 분포권선을 두고 회전자에 직류기 전기자와 거의 같은 구조의 정류자 권선을 둔다. 두 권선은 직렬로 접속하고 브러시는 전기각 120° 간격으로 배치한다.
- 중간 변압기를 두는 까닭은 무엇인가?
- 중간 변압기의 권수비를 바꾸어 정류자 권선에 가해지는 전압을 조정한다. 이 조정으로 회전 속도와 토크 특성을 바꾸어 넓은 범위의 속도 제어를 한다.
- 부하전류가 증가할 때 단락 코일의 변압기 전압은 어떻게 되는가?
- 직권 접속에서는 자속이 부하전류에 비례하고 변압기 전압도 자속에 비례한다. 따라서 부하전류가 증가하면 변압기 전압도 증가한다.
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