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전기기사 전기기기 · 직류전동기의 기동법

Starting Methods: 과전류 방지

멈춰 있던 전동기에 전압을 걸면 역기전력 E 가 0 이라 전기자 전류가 V/Ra 까지 치솟으므로, 전기자에 기동 저항을 직렬로 넣어 전류를 누른다. 속도가 오르며 역기전력이 커지면 전류가 줄어드는데, 그때마다 기동 저항을 한 단씩 빼 주면 전류가 정격 근처에서 톱니 모양으로 오르내리며 전동기가 다 자란 속도에 이른다. 저항을 너무 크게 넣으면 전류는 안전해도 기동 토크가 모자라므로, 전류 제한과 토크 사이에서 저항값을 고르는 것이 실무의 핵심이에요. 기동 단 슬라이더를 한 칸씩 올리면 아래 전류 · 속도 막대가 단마다 다시 차오르고, OFF 에서 RUN 으로 바로 건너뛰면 과전류가 어떻게 나는지도 볼 수 있어요.

바로 전원을 넣으면 위험한 까닭

🚨 기동 순간의 과전류
전동기가 멈춰 있을 때(N = 0)는 역기전력 E 가 0 이다.
①V = E + Ia·Ra 에서 E = 0 이면 Ia = V/Ra = 220/0.5 = 440 A 다.
②정격 전류 40 A 의 11 배가 흐르는 셈이다.
③이 과전류는 순식간에 전기자 권선과 정류자를 상하게 할 수 있어요.
💡 단계마다 일어나는 일
기동 저항을 넣으면 처음 전류가 정격 근처로 묶인다.
①전동기가 돌기 시작하면 역기전력이 커져 전류가 저절로 줄어든다.
②전류가 줄었을 때 저항을 한 단 빼면 전류가 다시 알맞게 오른다.
③이렇게 몇 번 되풀이하면 저항 없이도 안전한 속도에 이르러요.
기동 전류 식
Ist = VRa + Rs
기동 저항 Rs 를 넣어 기동 전류를 정격의 1.5 ~ 2 배로 묶는다

기동 저항기의 동작

0
OFF1단2단3단4단RUN
🎚️ 한 단씩 저항을 빼 보면
슬라이더를 1단부터 한 칸씩 올려 보면 흐름이 보인다.
①1단(Rs = 5 Ω)에서는 Ia = 220/(0.5 + 5) = 40 A 로 정격 수준에 묶인다.
②속도가 오르면 역기전력이 커져 전류가 저절로 줄어든다.
③전류가 줄어 멈추면 다음 단으로 옮겨 저항을 줄이고, 전류가 다시 적당히 오른다.
④이것을 되풀이해 마지막(RUN)에는 기동 저항을 모두 단락해요.
📈 전류가 그리는 모양
단마다 같은 일이 되풀이된다.
①저항을 빼는 순간 전류가 뛰어오른다.
②역기전력이 커지며 전류가 서서히 줄어든다.
③다시 저항을 빼면 전류가 또 뛰어오른다.
④그래서 전류가 정격 근처에서 톱니 모양으로 오르내려요.

기동 저항 셈하기

필요한 기동 저항
Rs = VIst − Ra
Ist: 허용 기동 전류(보통 정격의 1.5 ~ 2 배)
📐 계산 예
V = 220 V, Ra = 0.5 Ω, 정격 전류 40 A 에서 기동 전류를 정격의 1.5 배로 묶는다면
①Ist = 40 × 1.5 = 60 A
②Rs = 220/60 − 0.5 ≈ 3.17 Ω
③이 저항을 여러 단으로 나누어 차례로 단락한다
④단 수가 많을수록 전류 변동이 작아 기동이 부드러워요
⚡ 기동 토크와 기동 저항
기동 저항을 넣으면 전류가 줄고 그만큼 토크도 준다.
①T = KΦIa 에서 Ia 가 줄면 T 도 준다.
②기동 저항이 너무 크면 전류는 안전하지만 토크가 모자라 돌지 못할 수 있다.
③알맞은 기동 저항은 과전류를 막으면서도 충분한 기동 토크를 남기는 값이에요.

기동법의 종류와 제동법

1️⃣ 기동 저항기법(가장 흔한 방법)
전기자 회로에 저항을 넣었다가 차례로 뺀다.
①3점 기동기: 계자 회로가 끊기면 저절로 전원을 끊는 안전장치가 있어 분권 전동기에 쓴다.
②4점 기동기: 유지 코일을 계자 회로와 따로 두어 계자 저항으로 속도를 조절할 수 있다.
③직권 전동기는 기동 저항으로 부하 전류가 모두 지나므로 용량이 큰 저항이 필요해요.
2️⃣ 전압을 낮춰 기동하기(감압 기동)
기동 저항 대신 가하는 전압 자체를 낮췄다가 올린다.
①워드 레오나드 방식: 따로 둔 발전기의 전압을 서서히 올린다.
②사이리스터 제어: 반도체로 전압을 바꾼다.
③전류를 부드럽게 다룰 수 있고 기동 저항이 필요 없다.
④대신 장치가 비싸요.
3️⃣ 직입 기동(소형만)
기동 장치 없이 바로 전원을 넣는 방법이다.
①수십 W 이하 소형은 Ra 가 상대적으로 커서 과전류가 심하지 않다.
②큰 전동기에서는 직입 기동을 하지 않는다.
③전원 계통에 순간 전압 강하를 일으킬 수도 있어요.
🛑 제동법 세 가지
전동기를 빨리 멈추는 방법이다.
①발전 제동: 전원을 끊고 전기자를 저항에 이어 운동 에너지를 열로 없앤다.
②회생 제동: 역기전력이 전원 전압보다 클 때 전력을 전원 쪽으로 돌려보낸다(에너지 회수).
③역전 제동(플러깅): 전원 극성을 뒤집어 급히 세우며, 전류가 매우 크므로 저항을 꼭 넣어요.

시험 정리

기동 전류
Ist = VRa + Rs
기동 저항 Rs 로 기동 전류를 묶는 핵심 식
필요한 기동 저항
Rs = VIst − Ra
Ist 를 정격의 1.5 ~ 2 배로 잡고 셈한다
📝 시험 포인트
①기동 순간 E = 0 이라 Ia = V/Ra 로 과전류(정격의 수 배 ~ 수십 배)가 흐른다
②기동 저항 Rs 를 전기자와 직렬로 넣어 전류를 묶는다
③속도가 오르면 E 가 커져 전류가 줄고, 그때 기동 저항을 차례로 단락한다
④3점 기동기는 계자 회로가 끊길 때 전원을 끊는 보호 기능이 있다(분권 전동기용)
⑤직권 전동기는 꼭 부하를 물린 뒤 기동한다
⑥제동법은 발전 제동, 회생 제동, 역전(플러깅) 제동 세 가지예요
📝 대표 기출 유형
①[직입 기동] 220 V, Ra = 0.5 Ω 인 직류 전동기를 직입 기동하면 → Ia = 220/0.5 = 440 A
②[기동 저항] 기동 전류를 정격의 2 배인 80 A 로 묶으려면 → Rs = 220/80 − 0.5 = 2.25 Ω
③[3점 기동기] 3점 기동기의 안전장치 → 계자 회로가 끊기면 저절로 전원을 끊어요
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