전기기기›교류정류자기

3상 정류자 전동기

Three-Phase Commutator Motors

3상 정류자 전동기란?

유도전동기는 속도 제어가 어렵고 역률이 나쁘다. 3상 교류정류자기는 정류자를 이용하여 넓은 범위의 속도 제어와 역률 개선을 동시에 달성하기 위해 개발되었다. 직권형과 분권형(슈라게)이 대표적이다.

💡 유도전동기의 한계를 넘어

유도전동기: 동기속도 근처에서만 운전, 역률 0.8 수준

①3상 직권 정류자: 동기속도 이상 가능, 역률 ≈ 1

②슈라게(분권): 아동기~초동기 광범위 속도 제어 + 역률 조정

슈라게(Schrage) 전동기

슈라게 전동기 구조 및 속도-역률 제어 원리

브러시 이동각 β0°

속도 제어 원리

3상 전원을 고정자에 공급하고, 회전자(전기자)는 정류자를 통해 고정자와 직렬로 연결된다. 무부하 시 동기속도 이상으로 회전할 수 있으며(과속), 역률이 유도전동기보다 높다는 장점이 있다.

초동기 조건

N > N_s 가능 (무부하 시)

동기속도 이상 회전 — 유도전동기와의 핵심 차이

초동기 조건

역률 cosφ ≈ 1 달성 가능

브러시 위치 조정으로 역률 개선

역률 개선 원리

슈라게 전동기는 3상 교류정류자기 중 가장 중요한 형태이다. 독특하게 1차(전원)가 회전자, 2차가 고정자에 배치된다. 회전자의 정류자에서 브러시를 이동하면 고정자에 주입되는 전압의 크기와 위상이 변하여 속도와 역률을 동시에 제어할 수 있다.

초동기 조건

N = N_s(1 + E_b·cosθ / E₂)

E_b: 브러시간 전압, θ: 위상, E₂: 2차 유도전압

⚡ 슈라게 전동기의 핵심

1차 = 회전자 (전원 연결), 2차 = 고정자 — 일반 유도기와 반대!

①브러시를 벌리면: E_b 증가 → 속도 변화 폭 증가

②브러시를 한 방향으로 이동: 초동기속도 (N > N_s)

③반대 방향 이동: 아동기속도 (N < N_s)

④브러시 간격 = 속도 범위, 이동 방향 = 속도 증감

초동기 조건

브러시 간격 ↑ → 속도 가변 범위 ↑

브러시 벌림 = 주입전압 크기 조정

초동기 조건

브러시 이동 방향 → 역률 조정

진상/지상 무효전력 제어 가능

시험 정리

초동기 조건

3상 직권: N > N_s 가능, 역률 우수

직렬 연결, 과속 주의

초동기 조건

슈라게: 아동기~초동기 연속 속도 제어

1차=회전자, 브러시 이동으로 제어

📝 시험 포인트

①슈라게 전동기의 1차 = 회전자, 2차 = 고정자 (반대!)

②브러시 간격 = 속도 가변 범위, 브러시 이동 방향 = 초/아동기 결정

③3상 직권은 무부하 시 과속 위험 — 단상 직권과 동일 주의점

④슈라게는 역률 조정 가능 — 진상(콘덴서 역할)도 가능

⑤인버터 발달로 실용에서는 거의 대체되었으나 시험은 핵심

📝 대표 기출문제

①[기출유형] 슈라게 전동기에서 1차 권선이 있는 곳은? (답: 회전자 — 일반 유도기와 반대)

②[기출유형] 슈라게 전동기의 속도 제어 방법은? (답: 브러시 간격(위치) 조정)

③[기출유형] 3상 분권 정류자 전동기의 최대 장점은? (답: 역률 개선 가능)