전기기사 전기기기 · 직류전동기의 종류와 특성

분권 · 직권 · 복권: 속도-토크 특성

직류 전동기는 계자 권선을 잇는 방식에 따라 분권 · 직권 · 복권으로 나뉘고, 부하에 따라 속도가 바뀌는 모양이 서로 크게 다르다. 속도 식 N = (V − IaRa)/(KΦ) 에서 분권은 자속 Φ 가 일정해 거의 정속도이고, 직권은 Φ 가 부하 전류를 따라 변해 기동 토크가 크지만 가벼운 부하에서 속도가 치솟는다. 복권은 둘을 섞은 중간 성질이라, 어떤 일을 시킬지에 따라 전동기 종류를 고르는 기준이 바로 이 특성 곡선이에요. 세 버튼으로 밝게 그려지는 곡선이 바뀌고, 부하 토크 슬라이더를 움직이면 곡선 위의 운전점과 위쪽 N 값이 따라 움직여요.

전동기의 핵심은 속도 식

🏎️ 세 전동기를 한 줄씩

계자 권선을 잇는 방식만 다른데 쓰임새가 갈린다.

①분권 전동기: 부하가 바뀌어도 속도가 거의 일정하다.

②직권 전동기: 무거운 부하에서 힘이 세지만, 부하가 빠지면 속도가 위험하게 오른다.

③복권 전동기: 두 성질을 적당히 섞었다.

④부하 토크가 바뀔 때 속도 N 이 어떻게 움직이는지 보면 세 가지가 바로 구별돼요.

속도 공식

N = V − I_a · R_aKΦ

속도는 공급 전압, 전기자 전류, 자속으로 정해진다

전동기 전압 방정식

V = E + I_a · R_a

발전기(V = E − IaRa)와 부호가 반대다

🔑 이 식 하나로 세 곡선이 설명된다

N ∝ (V − IaRa)/Φ 에서 무엇이 바뀌는지만 보면 된다.

①분권: Φ 가 일정하므로 부하가 늘면 IaRa 만큼만 N 이 조금 내려간다.

②직권: Φ = k·Ia 라 부하가 늘면 분모의 Φ 도 함께 커져 N 이 크게 떨어진다.

③이 차이가 특성 곡선의 모양을 정해요.

특성 곡선 비교

부하 토크50%

분권: 정속도 특성

🔌 분권은 속도가 거의 안 바뀐다

분권 전동기 곡선은 거의 수평이다.

①계자 권선이 전원에 병렬이라 전압이 일정하고 Φ 도 일정하다.

②N = (V − IaRa)/(KΦ) 에서 Φ 가 고정이니 IaRa 만큼만 속도가 떨어진다.

③Ra 가 아주 작아서 속도 변화가 작다.

④부하 슬라이더를 끝에서 끝까지 움직여도 운전점이 거의 같은 높이에 머물러요.

분권 토크

T = KΦI_a (Φ 가 일정하므로 T ∝ I_a)

분권: 토크는 전류에 비례한다

💡 분권 전동기의 쓰임

속도가 일정해야 하는 곳에 쓴다.

①선반 · 밀링 · 드릴 같은 공작 기계

②컨베이어 벨트

③송풍기와 펌프

④기동 토크는 보통이고 속도가 안정적이라는 점이 특징이에요

직권: 변속도 특성

⚡ 직권은 부하에 따라 속도가 크게 바뀐다

직권 전동기 곡선은 쌍곡선처럼 가파르게 휜다.

①여자 전류가 곧 부하 전류라서 Φ = k·Ia 다.

②부하가 늘면 Ia 와 Φ 가 함께 커져 N = V/(KΦ) 의 분모가 커지고 N 이 크게 떨어진다.

③거꾸로 부하가 줄면 Ia 와 Φ 가 작아져 N 이 치솟는다.

④부하 슬라이더를 5% 로 내리면 운전점이 그래프 위쪽으로 뛰어올라요.

직권 토크

T = KΦI_a = K(kI_a)I_a = K'I_a² → T ∝ I_a²

직권: 자기 포화 전에는 토크가 전류의 제곱에 비례해 기동 토크가 가장 크다

🚨 무부하 운전은 금지

직권 전동기에서 부하가 빠지면(벨트가 끊어지면) 위험한 일이 생긴다.

①Ia 가 아주 작아지고 Φ 도 거의 0 이 되어 N 이 한없이 커지려 한다.

②실제로는 회전체가 기계적 한계를 넘어 부서질 수 있다.

③이것을 속도 폭주(runaway)라고 부른다.

④「직권 전동기를 무부하로 돌리면?」 은 「속도가 위험하게 올라간다」 로 답하는 단골 문제예요.

💪 직권의 장점: 기동 토크가 크다

T ∝ Ia² 라 기동할 때 큰 힘을 낸다.

①전차 · 크레인 · 권상기처럼 큰 기동 토크가 필요한 곳에 쓴다.

②부하가 기계적으로 단단히 물린 상태에서만 돌려야 한다.

③벨트가 빠지면 무부하가 되어 폭주하므로 벨트 구동은 쓰지 않아요.

복권: 두 성질 섞기

🔗 복권 = 분권의 안정성 + 직권의 기동력

복권 전동기 곡선은 분권과 직권의 중간이다.

①분권 권선이 기본 자속을 대 주어 속도가 안정된다.

②직권 권선이 부하에 비례한 자속을 더해 기동 토크가 커진다.

③무부하에서도 분권 자속이 남아 있어 속도 폭주가 없다.

④분권보다는 속도가 더 바뀌지만 직권보다는 훨씬 안정적이에요.

🏗️ 복권 전동기의 쓰임

큰 기동 토크와 적당한 속도 안정성이 함께 필요한 곳에 쓴다.

①압연기와 프레스

②엘리베이터(직권보다 안전하다)

③펀칭 기계

④가동 복권: 직권 자속이 분권 자속을 도와 기동 토크가 크다

⑤차동 복권: 직권 자속이 분권 자속을 지워 불안정해서 거의 쓰지 않아요

시험 정리

속도 공식

N = V − I_a R_aKΦ

모든 직류 전동기의 속도를 정하는 식

토크 식

τ = pZΦI_a2πa = 9.55 × PN

앞의 p 는 극수, 뒤의 P 는 출력 [W], N 은 rpm 이다. 분권은 T ∝ Ia, 직권은 T ∝ Ia²

분권

정속도 · Φ 일정

T ∝ I_a

직권

변속도 · T ∝ Ia²

기동 토크가 가장 큼

복권

중간 특성

안정성 + 기동력

📝 시험 포인트

①분권: 정속도 특성이라 부하가 바뀌어도 속도가 거의 일정하고 공작 기계에 쓴다

②직권: 변속도 특성, T ∝ Ia², 기동 토크가 가장 크고 무부하 운전은 금지다

③복권: 분권 + 직권이라 큰 기동 토크와 속도 안정을 함께 가져 엘리베이터에 쓴다

④직권 전동기를 무부하로 돌리면 속도가 폭주한다

⑤속도 식 N ∝ (V − IaRa)/Φ 에서 Φ 가 어떻게 바뀌는지가 세 전동기를 가르는 열쇠예요

📝 대표 기출 유형

①[직권 무부하] 직류 직권 전동기를 무부하로 운전하면 → 자속이 거의 0 이 되어 회전수가 위험하게 오른다(속도 폭주)

②[분권 특성] 직류 분권 전동기의 속도-토크 특성 → 부하와 상관없이 속도가 거의 일정한 정속도 특성

③[토크] 토크가 전류의 제곱에 비례하는 전동기 → 직권 전동기(T = K'Ia²)예요

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기동과 제동

마지막 수정 2026-10-20

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