전기기기›직류기

직류전동기의 원리

토크 (Torque)

발전기의 반대: 전동기
💡 발전기 vs 전동기
발전기: 도체를 돌려서 전기를 얻는다 (기계→전기)
①전동기: 도체에 전류를 흘려서 힘을 얻는다 (전기→기계)
②에너지 변환 방향이 반대일 뿐 구조는 동일하다!
③플레밍 왼손법칙: 검지→B, 중지→I, 엄지→F(힘)
힘과 토크 탐색
20 A
0.05 Wb

직류전동기 동작 시뮬레이션 — 전류·자속 변화에 따른 힘과 토크 변화

전자기력 기본식
F = BIℓ
B: 자속밀도, I: 전류, ℓ: 도체 길이
토크 공식 유도
직류전동기 토크
T = PZΦIa2πa
P: 극수, Z: 도체수, Φ: 자속, Ia: 전기자 전류, a: 병렬회로수
📐 유도 과정
①한 도체: F=BIℓ, 팔 길이=r
②전체 확장 → T = PZΦIa / 2πa
③발전기 E=PZΦN/60a와 비교 → 구조가 같다!
발전기 공식과 비교
발전기: EMF
E = PZΦN60a
기계→전기
전동기: 토크
T = PZΦIa2πa
전기→기계
🔗 에너지 보존 관계
발전기: N → EMF, 전동기: Ia → 토크
①에너지 보존: E·Ia = T·ω
②전동기 전압방정식: V = E + IaRa (발전기와 부호 반대!)
에너지 보존
T = E·Iaω
전기적 출력 = 기계적 출력
총정리
설계상수 정리
T = K·Φ·Ia (K = PZ2πa)
토크는 자속과 전류에 비례!
🎯 시험 포인트
①T ∝ Φ·Ia — 자속과 전류 모두에 비례
②역기전력: 전동기 회전 시 발전기처럼 EMF 발생
③V = E + IaRa (전동기), V = E − IaRa (발전기)
④기동 시(N=0): E=0 → Ia = V/Ra → 과전류 위험!
⑤T = PZΦIa/2πa, E = PZΦN/60a → 구조가 같다
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 215V, Ia=50A, Ra=0.1Ω, 1500rpm일 때 토크는? (답: E=210V, T≈66.8N·m)
②[기출유형] 기동 시 과전류가 흐르는 이유는? (답: E=0이므로 Ia=V/Ra로 매우 큼)
③[기출유형] Φ를 절반으로 줄이면 같은 토크를 위한 전류는? (답: 2배)