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전기기사 전기기기 · 교류정류자기의 종류와 원리

AC Commutator Machines — Overview

교류 정류자기는 교류 전원에 이어 쓰면서도 직류기처럼 정류자와 브러시로 전기자 전류의 방향을 바꿔 토크를 내는 기계다. 단상 직권 · 단상 분권 · 반발 전동기와 삼상 슈라게 전동기처럼 종류마다 결선이 다르고, 유도전동기보다 속도와 역률을 조절하기 쉽다. 대신 교류 자속이 정류 중인 코일에 변압기 기전력을 유도해 직류기보다 정류가 나빠, 보상 권선과 보극을 달아도 쓰는 범위가 좁아요. 위 네 버튼으로 종류를 고르면 단면 그림의 브러시 위치와 아래 결선 · 특징 설명이 바뀌어요.

교류 정류자기

교류 전원으로 돌리면서 정류자와 브러시를 가진 전동기이다. 직류기의 장점인 쉬운 속도 조절과 교류 전원의 편리함을 함께 노린 것이 특징이다. 유도전동기보다 구조가 복잡하지만 속도 조절이나 역률 개선 같은 특수한 쓰임에 써요.
💡 왜 교류에서 정류자를 쓸까
유도전동기는 속도를 바꾸기 어렵고 역률이 좋지 않다.
①교류 정류자기는 정류자로 전기자 전류의 방향을 바꿔 토크를 낸다.
②브러시 위치와 전압을 바꿔 속도와 역률을 조절할 수 있다.
③대신 정류 불꽃과 브러시 마모 같은 보수 문제가 따라와요.

구조와 종류

교류 정류자기는 정류자를 가진 전기자와 계자 권선으로 이뤄지며, 전원의 상수와 결선 방식에 따라 나뉜다. 버튼으로 종류를 하나씩 골라 구조가 어떻게 다른지 봐요.

교류 정류자기의 분류

교류 정류자기는 크게 단상과 삼상으로 나뉘고, 결선 방식에 따라 직권형, 분권형, 반발형으로 갈린다. 종류마다 특성이 아주 달라 한 표로 정리해 두면 헷갈리지 않아요.
단상 분류
단상: 직권 / 분권 / 반발
단상 직권형은 다시 직권형 · 보상 직권형 · 유도 보상 직권형으로 나뉜다
3상 분류
3상: 직권 / 분권 (슈라게)
삼상 교류 전원으로 넓은 범위의 속도 조절
⚡ 종류별 특징
단상 직권: 교류와 직류 모두에 쓰는 범용 전동기이다.
①단상 분권: 정속도이고, 변압기로 전기자 전압을 바꾼다.
②단상 반발: 기동 토크가 크고, 브러시 각도로 속도를 바꾼다.
③삼상(슈라게): 속도 범위가 넓고 역률을 조절할 수 있어요.

정류의 문제

교류 정류자기의 가장 큰 약점은 정류이다. 교류에서는 주자속이 늘 변하므로, 브러시로 단락된 채 정류 중인 코일에 변압기 기전력이 유도되어 불꽃이 심하다. 이것을 줄이려고 보상 권선과 보극을 단다.
변압기 기전력
변압기 기전력: et = −dΦ/dt
교류 자속이 변하면서 단락 코일에 기전력을 유도한다
🔍 정류를 좋게 하는 방법
보상 권선: 전기자 반작용을 없앤다.
①보극(중간극): 정류 중인 코일의 리액턴스 전압을 상쇄한다.
②저항 브러시: 단락 전류를 제한한다.
③이런 대책을 써도 직류기보다 정류가 나빠 쓰는 범위가 좁아요.

시험 정리

교류 정류자기의 핵심
교류 정류자기 = 교류 전원 + 정류자 구조
속도 조절이 쉽지만 정류가 약점
📝 시험 포인트
①교류 정류자기는 단상(직권 · 분권 · 반발)과 삼상(직권 · 분권)으로 나눈다.
②직류 직권 전동기에 교류를 넣으면 계자와 전기자 전류가 함께 뒤집혀 토크 방향이 그대로라 교류 · 직류 겸용(범용 전동기)이 된다.
③교류에서 정류가 나쁜 까닭은 정류 중인 코일에 유도되는 변압기 기전력이에요.
④보상 권선은 전기자 반작용을 없애고, 보극은 정류를 돕는다.
⑤인버터로 유도전동기의 속도를 쉽게 바꾸게 되면서 교류 정류자기는 점점 덜 쓰인다.
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 교류 정류자기에서 정류가 나쁜 이유는? (답: 정류 중인 단락 코일에 변압기 기전력이 유도되므로)
②[기출유형] 교류 · 직류 겸용 범용 전동기의 결선은? (답: 직권)
③[기출유형] 교류 정류자기에 보상 권선을 다는 목적은? (답: 전기자 반작용을 없애려고)
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