개념 한 쪽
직류전동기는 기동 순간 역기전력이 0이라 전기자에 큰 전류가 흐른다. 이 전류를 제한하기 위해 전기자 회로에 기동저항을 넣는다. 한편 계자 쪽은 저항기를 0으로 두어 자속을 최대로 만든다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「기동」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기동저항 수치 계산 | 1 | 정격전류 배율 조건에서 기동저항 값을 구함 |
| 계자 저항기 설정 | 1 | 기동 시 계자 저항기의 알맞은 저항 값을 가림 |
| 기동저항 계산(계자전류 차감) | 1 | 계자전류를 빼 전기자전류 기준으로 기동저항을 구함 |
전동기가 막 돌기 시작하는 순간에는 전기자가 돌면서 만드는 역기전력이 0이다. 그래서 전원전압이 전부 저항에 걸리며, 전기자에 지나치게 큰 전류가 흐르려 한다. 이를 막으려면 전기자 회로에 기동저항을 넣어 기동 전류를 제한한다. 기동 시에는 전원전압이 전기자저항과 기동저항의 합에 걸리므로, 전압을 기동전류로 나눈 값에서 전기자저항을 빼면 기동저항이 된다.
기동전류를 정격전류의 몇 퍼센트로 제한하라는 조건이 붙는 문제가 많다. 이때 계산의 기준은 전기자전류이다. 정격전류에서 계자전류를 먼저 빼 전기자전류를 구한 뒤, 그 값에 배율을 곱해 기동전류로 삼는 절차를 밟는다. 계자회로 저항은 전기자회로와 별개이므로 기동저항 계산에 그대로 쓰지 않는다.
계자 저항기의 조작 방향은 전기자 쪽과 반대다. 기동 시 계자저항기는 0으로 두어 계자전류와 자속을 최대로 만든다. 토크는 자속과 전기자전류의 곱에 비례하므로, 자속이 크면 기동토크가 커져 무거운 부하도 잘 돌린다. 자속이 크면 역기전력도 빨리 올라가 전기자 과전류를 억제하는 데 유리하다.
반대로 기동 시 계자저항을 최대로 두거나 계자회로를 끊으면 자속이 거의 없어진다. 자속이 작으면 속도가 위험할 정도로 올라가는 과속이 일어날 수 있다. 계자전류가 두절되면 토크 자체가 생기지 않는다. 기동 후 속도제어에서 계자저항을 늘려 약계자로 운전하는 조작과 혼동하지 않도록 한다.
정리하면 기동 시의 원칙은 계자는 풀자속(저항 0), 전기자는 기동저항 최대다. 계산 문제는 역기전력 0 조건에서 출발하고, 개념 문제는 저항 조작 방향을 뒤섞어 묻는다.
대표 계산을 풀어 본다. 전원이 220V, 부하 전류가 105A로 주어지고 전기자저항 0.1Ω일 때, 기동전류를 정격의 150%로 제한한다면 기동 시 역기전력이 0이므로 전압 = 기동전류 × (전기자저항 + 기동저항)이 성립한다. 기동전류는 105 × 1.5 = 157.5A이므로 전체 저항은 220 ÷ 157.5 ≈ 1.40Ω, 여기서 전기자저항 0.1Ω을 빼면 기동저항은 약 1.3Ω이다. 계자저항 40Ω은 전기자회로와 별개라 계산에 쓰지 않는다.
같은 꼴에서 계자전류를 먼저 빼는 절차가 붙는 경우도 있다. 전원 200V, 선로 전류 105A, 전기자저항 0.1Ω, 계자저항 40Ω이면 계자전류는 200 ÷ 40 = 5A, 전기자전류는 105 − 5 = 100A다. 기동전류는 1.5 × 100 = 150A이고, 전체 저항은 200 ÷ 150 ≈ 1.33Ω에서 전기자저항을 빼면 기동저항은 약 1.21Ω이 된다.
직류 분권전동기의 정격전압 220V, 정격전류 105A, 전기자저항 및 계자회로의 저항이 각각 0.1Ω 및 40Ω이다. 기동전류를 정격전류의 150%로 할 때의 기동저항은 약 몇 Ω 인가?
정답 ④ · 직류 분권전동기 기동 시 기동전류를 제한하기 위해 전기자 회로에 기동저항 를 직렬로 삽입합니다. 기동 순간(정지 상태)에는 역기전력이 0이므로 가 성립합니다.
기동 순간 역기전력 0 → V=Is(Ra+Rs), Rs=220/157.5−0.1≈1.3Ω으로 보기 중 ④(1.35Ω)가 가장 가깝다.
직류 분권전동기의 기동 시에는 계자 저항기의 저항 값은 어떻게 설정하는가?
정답 ③ · 직류 분권전동기는 기동 시 계자저항기의 저항을 0으로 설정하여 계자전류(자속)를 최대로 만들어야 한다. 전동기 토크 이므로 자속이 최대일 때 큰 기동토크를 얻을 수 있고, 동시에 속도 관계상 자속이 크면 기동 초기 속도 상승도 완만하게 제어된다.
직류 분권전동기 기동 시 계자저항기는 0으로 — 자속 최대 → 기동토크 최대, 무여자 과속 방지.
직류 분권전동기의 정격전압 200[V], 정격전류 105[A], 전기자 저항 및 계자 회로의 저항이 각각 0.1[Ω] 및 40[Ω]이다. 기동전류를 정격전류의 150[%]로 할 때의 기동 저항은 약 몇 [Ω]인가?
정답 ④ · 계자저항 이므로 계자전류 이고, 정격 전기자전류 입니다. 기동전류를 정격전류의 150%로 제한하려면 기동 시 전기자전류 가 되어야 합니다.
기동저항은 전기자전류 기준으로 Rst=V/(1.5Ia)−Ra이며, 계자전류는 먼저 제외한다.
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