직류전동기의 종류와 특성

자동차 엔진도 종류에 따라 특성이 다르듯, 전동기도 그렇다.

①분권 전동기 = 일반 승용차: 부하가 변해도 속도가 거의 일정

②직권 전동기 = 트럭: 무거운 짐에서 힘이 세지만, 빈차면 과속 위험

③복권 전동기 = SUV: 승용차+트럭의 장점 결합

④핵심 질문: 부하(토크)가 변하면 속도(N)는 어떻게 될까?

N ∝ (V − IaRa) / Φ에서:

①분권: Φ 일정 → 부하↑ → Ia↑ → IaRa↑ → N 약간↓

②직권: Φ = k·Ia → 부하↑ → Ia↑ → Φ↑ → N 급격히↓

③이 차이가 특성곡선의 모양을 결정한다!

분권 전동기 그래프를 보자 — 거의 수평이다!

①이유: 계자권선이 전원에 병렬 → 전압이 일정 → Φ가 일정

②N = (V−IaRa)/KΦ에서 Φ 고정이므로 IaRa만큼만 속도가 떨어짐

③Ra가 매우 작으므로 → 속도 변화가 적다

④부하 슬라이더를 움직여보자: 속도가 아주 조금만 변한다

속도가 일정해야 하는 곳에 사용:

①

• 공작기계 (선반, 밀링, 드릴)

②

• 컨베이어 벨트

③

• 팬, 펌프

④특징: 기동 토크는 보통, 속도 안정성 우수

직권 전동기 그래프를 보자 — 급격한 곡선(쌍곡선 형태)!

①이유: 여자전류 = 부하전류 (Φ = k·Ia)

②부하↑ → Ia↑ → Φ↑ → N = V/KΦ에서 분모가 커져 N↓↓

③부하↓ → Ia↓ → Φ↓ → N↑↑↑ (위험!)

④부하 슬라이더를 5%로 내려보자 → 속도가 치솟는다!

직권 전동기에서 부하를 빼면(벨트가 끊어지면):

①Ia → 매우 작음 → Φ → 거의 0 → N → ∞ (이론상 무한대!)

②실제로는 기계적 한계를 넘어 모터가 파괴된다

③이것을 '속도 폭주(runaway)'라고 한다

④시험 핵심 문제: '직권전동기를 무부하로 운전하면?' → 속도 폭주로 위험!

T ∝ Ia²이므로 기동 시 큰 힘!

①용도: 전기 기관차, 크레인, 엘리베이터 — 큰 시동 토크 필요한 곳

②반드시 기계적으로 부하가 연결된 상태에서만 운전!

③벨트 구동 금지 (벨트 이탈 시 무부하 → 폭주)

복권 전동기 그래프를 보자 — 분권과 직권의 중간!

①분권 권선: 기본 자속(Φ) 제공 → 속도 안정

②직권 권선: 부하에 비례한 추가 자속 → 큰 기동 토크

③무부하에서도 분권 자속이 있으므로 속도 폭주 없음!

④분권보다 속도 변화가 크지만, 직권보다 훨씬 안정적

큰 기동 토크 + 적당한 속도 안정성이 필요한 곳:

①

• 압연기, 프레스

②

• 엘리베이터 (직권보다 안전)

③

• 펀칭 기계

④누진복권(분권 > 직권): 속도 안정성 중시

⑤차동복권(분권 반대 방향 직권): 특수 용도 (거의 안 씀, 불안정)

분권

직권

복권

①분권: 정속도 특성, 부하 변해도 속도 거의 일정, 공작기계용

②직권: 변속도 특성, T∝Ia², 기동토크 최대, 무부하 운전 금지!

③복권: 분권+직권, 큰 기동토크+속도 안정, 엘리베이터용

④직권전동기 무부하 → 속도 폭주(runaway) → 시험 핵심!

⑤속도 공식 N∝(V−IaRa)/Φ에서 Φ가 어떻게 변하느냐가 핵심

①[기출유형] 직류 직권전동기를 무부하 운전하면 어떤 현상이 발생하는가? (답: 자속이 거의 0이 되어 회전수가 위험하게 상승 — 속도 폭주)

②[기출유형] 직류 분권전동기의 속도-토크 특성은? (답: 부하 변화에 관계없이 속도가 거의 일정한 정속도 특성)

③[기출유형] 토크가 전류의 제곱에 비례하는 전동기는? (답: 직권전동기, T = K'Ia²)