6극 파권의 전기자가 도체 250개로 되어 있다. 매분 1200 회전한다고 하면 유도 기전력을 600[V]로 하는 데 필요한 자속은 몇 [Wb]인가?
- 0.04
- 0.16
- 0.25
- 0.31
정답과 해설 보기
정답 ① · 파권의 유도 기전력 공식은 입니다. 여기서 파권은 병렬 회로수 (극수)이므로 식은 이 됩니다.
전기자 유도 기전력 E=PφZN/120이므로 φ=120E/(PZN)=120×600/(6×250×1200)=0.04Wb.
개념 한 쪽
전기공사산업기사 권선도 — 직류기 전기자 권선법과 병렬회로 수
직류기의 전기자 권선은 감는 방법에 따라 중권과 파권으로 나뉜다. 어떤 권선법을 쓰느냐에 따라 병렬회로 수가 달라지고, 그 결과 유도 기전력과 전류의 분배가 바뀐다. 아울러 철심을 얇은 규소강판으로 성층하는 이유와 직류전동기의 권선별 특성도 같은 단원에서 다룬다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「권선도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 자속 계산 | 1 | 유도 기전력 식에서 필요한 자속 수치 구하기 |
| 손실 분류 고르기 | 1 | 직류기의 손실 중 가계손에 속하는 보기 고르기 |
| 권선법 고르기 | 1 | 소전류·고전압을 얻을 수 있는 권선법 고르기 |
뜻
직류기 전기자 권선은 크게 중권(중첩권선)과 파권(파상권선)으로 나뉜다. 중권은 코일을 겹쳐 감아 병렬회로 수가 극수와 같아진다. 파권은 코일을 한 방향으로 이어 감아 극수와 무관하게 병렬회로 수가 2가 된다. 단중은 감는 중첩 수가 1인 기본형 권선이다.
병렬회로 수가 다르면 전기적 특성이 달라진다. 중권은 병렬회로가 많아 대전류·저전압에 적합하고, 파권은 직렬 도체 수가 많아 고전압·소전류에 적합하다. 건전지의 직렬·병렬 연결에 비유하면 이해가 쉽다. 병렬 연결은 전압이 낮아도 큰 전류를 뽑고, 직렬 연결은 전압이 높지만 전류가 작아진다.
직류기의 유도 기전력은 E = PφZN/120로 나타낸다. P는 극수, φ는 극당 자속[Wb], Z는 전체 도체 수, N은 매분 회전수[rpm]이다. 전기자의 주변속도는 u = πDN/60으로 구한다. D는 지름[m], N은 회전수[rpm]이고 60은 분을 초로 환산하기 위한 값이다.
철심에 교류 자속이 통하면 소용돌이 모양의 와전류가 생겨 열손실이 된다. 이를 줄이려고 철심을 얇은 규소강판 여러 장으로 겹쳐 쌓는데(성층), 강판 표면에 절연 피막을 입히면 판 사이로 전류가 흐르지 못해 와전류손이 줄어든다. 반면 히스테리시스손은 피막이 아니라 규소 첨가·방향성 처리로 줄인다.
직류전동기의 특성은 권선 방식에 따라 갈린다. 직권전동기는 계자와 전기자가 직렬이라 자속이 부하전류에 비례하고, 무부하가 되면 전류·자속이 급감해 속도가 폭주하는 위험이 있다. 그래서 벨트가 아닌 기어로 연결해 무부하 운전을 막는다. 분권전동기는 자속이 거의 일정해 속도 변동이 작고, 복권전동기는 그 중간 특성을 보인다. 공급 전압의 극성을 반대로 하면 전기자 전류와 계자 자속이 동시에 반대가 되어 토크 방향은 그대로이고, 회전 방향을 바꾸려면 둘 중 하나만 바꿔야 한다.
예제
주변속도 계산: 지름 0.2[m], 분당 1800번 도는 전기자의 둘레 속도는 u = πDN/60 = 3.14 × 0.2 × 1800/60 = 3.14 × 0.2 × 30 ≈ 18.84[m/s]이다. π를 빠뜨리거나 60으로 나누는 환산을 빠뜨리면 오답이 나오므로 환산 순서를 지킨다.
자속 계산: 6극 파권, 도체 250개, 1분에 1200바퀴 돌고, 유도 기전력 600[V]일 때 필요한 극당 자속은 φ = 120E/(PZN) = (120 × 600)/(6 × 250 × 1200) = 72000/1800000 = 0.04[Wb]이다. 공식에서 120의 분자·분모 위치를 바꾸거나 극수 P를 빠뜨리면 0.16, 0.25 같은 값이 나오므로 식을 목표 변수로 정리한 뒤 대입한다.
병렬회로 전류: 4극 단중 중권에서 전기자 전류가 20[A]이면 병렬회로 수 a = P = 4이므로 각 병렬회로 전류는 20/4 = 5[A]이다. 같은 조건이 파권이면 a = 2가 되어 20/2 = 10[A]가 된다.
대표 기출 3문항
직류기의 손실 중 가계손에 속하는 것은?
- 브러시의 전기손
- 와전류손
- 풍손
- 전기자권선동손
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 직류기 손실 중에서 가계손(기계손)에 해당하는 항목을 묻고 있다. 가계손은 기계적 마찰과 풍손을 포함하므로 풍손이 여기에 속한다.
가계손=기계손=마찰손(베어링·브러시 마찰)+풍손이므로 풍손이 여기에 속한다.
전기자 도체의 굵기, 권수 및 극수가 같을 때 소전류, 고전압을 얻을 수 있는 권선법은?
- 단중 중권
- 단중 파권
- 균압 접속
- 개로권
정답과 해설 보기
정답 ② · 문제는 동일한 굵기·권수·극수일 때 소전류·고전압을 얻는 권선법을 묻고 있다. 파권은 권선이 직렬로 많이 이어져 전체 턴수가 커져 단위권당 전압이 증가하므로 고전압·소전류 특성을 가진다.
중권은 병렬회로가 많아 대전류·저전압, 파권은 직렬 턴수가 많아 고전압·소전류이다.
자주 묻는 물음
- 중권과 파권은 병렬회로 수가 어떻게 다른가요?
- 중권은 병렬회로 수가 극수 P와 같고, 파권은 극수와 무관하게 항상 2다. 그래서 중권은 대전류·저전압용, 파권은 고전압·소전류용으로 쓴다.
- 규소강판 표면에 절연 피막을 입히는 이유는 무엇인가요?
- 성층한 판 사이의 와전류 경로를 끊어 와전류손을 줄이기 위해서다. 히스테리시스손은 피막이 아니라 규소 첨가·방향성 처리로 줄인다.
- 직권전동기를 무부하로 두면 왜 위험한가요?
- 직권전동기는 자속이 부하전류에 비례하므로 무부하 시 전류·자속이 급감하고, 속도는 자속에 반비례해 폭주하는 위험 속도에 이른다. 그래서 기어 연결로 무부하 운전을 막는다.
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