전기기기›교류정류자기

단상 정류자 전동기

Single-Phase Commutator Motors

단상직권 정류자 전동기 (범용모터)
직류직권 전동기에 교류를 넣으면 어떻게 될까? 계자와 전기자의 전류가 동시에 반전되므로 토크 방향은 변하지 않는다. 따라서 교류에서도 회전이 가능하며, AC/DC 겸용이므로 범용모터라 한다. 가정용 믹서, 전동드릴, 진공청소기 등에 널리 사용된다.
💡 왜 AC에서도 동작하는가?
T ∝ Φ·I_a = (kI_a)·I_a = kI_a² (직권이므로)
①교류에서 I_a가 사인파여도 I_a²은 항상 양수
②따라서 평균 토크가 0이 아닌 양의 값 → 일방향 회전
③다만 DC보다 효율·출력이 떨어진다 (리액턴스 전압강하 때문)
특성곡선 비교

단상직권/분권 정류자 전동기 — 속도-토크 특성 및 벡터도

50 %
AC 직권의 특성
AC 직권 전동기는 DC 직권과 유사한 쌍곡선형 속도-토크 특성을 가진다. 다만 교류에서는 리액턴스 전압강하와 철손 증가로 인해 같은 토크에서 속도가 낮고 효율도 떨어진다.
직권 토크
T ∝ Ia2 (직권 특성)
계자전류 = 전기자전류 → 토크는 전류 제곱에 비례
직권 토크
N ∝ 1/√T (근사)
무부하 시 과속 위험 — 반드시 부하 연결 운전
단상분권 정류자 전동기
분권형은 변압기 결합을 통해 계자와 전기자에 별도의 전압을 공급한다. 브러시 위치를 이동하면 전기자에 유도되는 기전력의 위상이 변하여 역률과 속도를 동시에 제어할 수 있다. 정속도 특성을 가지며, 유도전동기보다 역률이 우수하다.
직권 토크
V1 = Ea + I(r + jx)
분권형 전압 방정식
직권 토크
브러시 이동 → Ea 위상 변화 → cosφ 조정
역률 개선의 원리
시험 정리
직권 토크
직권형: T ∝ Ia², AC/DC 겸용
범용모터, 쌍곡선 속도 특성
직권 토크
분권형: 정속도, 역률 조정 가능
변압기 결합 + 브러시 이동
📝 시험 포인트
①AC 직권 = 범용모터 = AC/DC 겸용 — 가전제품에 가장 많이 쓰임
②AC 직권의 무부하 과속 위험 — 벨트 구동 금지, 직결 부하만 사용
③AC에서 DC보다 출력·효율 저하 이유: 리액턴스 전압강하 + 철손 증가
④분권형은 변압기 결합이 핵심 — 직접 병렬 아님 (DC 분권과 차이)
⑤분권형의 브러시 이동으로 역률 1(unity) 가능
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 범용모터(Universal Motor)가 AC/DC 겸용인 이유는? (답: T∝Ia² → 전류 반전해도 토크 양수)
②[기출유형] AC 직권 전동기의 무부하 운전 금지 이유는? (답: 과속 위험 — N∝1/√T)
③[기출유형] 단상분권 정류자 전동기에서 역률 개선 방법은? (답: 브러시 위치 이동으로 Ea 위상 변경)