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전기기사 전기기기 · 단상반발 전동기

Single-Phase Repulsion Motor

반발 전동기는 고정자만 전원에 잇고, 회전자는 브러시끼리 단락해 두어 변압기 작용으로 회전자에 전류를 유도하는 단상 정류자 전동기다. 토크는 브러시축과 계자축 사이의 각 α 에 대해 sin2α 에 비례해 45° 에서 가장 크고, 브러시를 반대쪽으로 기울이면 거꾸로 돈다. 단상 전동기 가운데 기동 토크가 가장 커서, 반발로 기동한 뒤 유도전동기로 도는 반발 기동형 · 반발 유도형도 시험에 자주 나와요. 브러시 각도 슬라이더를 움직이면 단면의 브러시축과 토크 곡선 위의 점이 함께 움직여요.

반발 전동기의 원리

반발 전동기는 고정자(계자)만 전원에 잇고, 회전자(전기자)의 브러시는 서로 단락한 독특한 구조이다. 고정자 자속이 회전자에 유도 전류를 만들고, 이 전류와 자속이 서로 밀어내는 힘으로 토크가 생겨요.
💡 반발 전동기의 핵심
전원은 고정자(계자)에만 잇는다.
①회전자 브러시는 서로 단락하고 바깥 전원에 잇지 않는다.
②변압기 작용으로 회전자에 전류가 유도된다.
③브러시 위치(각 α)로 토크의 크기와 회전 방향을 조절해요.

브러시 각도와 토크

토크는 브러시축과 계자축이 이루는 각 α 에 대해 sin2α 에 비례한다. α = 0° 또는 90° 이면 토크가 0 이고, α = 45° 에서 가장 크다. 브러시를 반대쪽으로 기울이면 거꾸로 돌아요.
20°
반발 토크
T ∝ sin2α
α: 브러시축과 계자축 사이의 각, T ∝ sin2α
반발 토크
α = 45° → Tmax
최대 토크가 나는 각
반발 토크
α = 0° 또는 90° → T = 0
토크가 0 이 되는 두 위치

반발 전동기의 종류

반발 전동기 자체는 아트킨손형, 톰슨형, 데리형으로 나뉜다. 톰슨형은 브러시 한 조로 도는 기본형이고, 데리형은 고정 브러시와 움직이는 브러시 두 조를 써서 속도를 세밀하게 맞춘다. 여기에 반발로 기동한 뒤 유도전동기로 도는 반발 기동형과, 반발 권선과 농형 도체를 함께 가진 반발 유도형이 있다.
⚡ 반발 전동기와 그 변형
톰슨형: 브러시 한 조로 기동부터 운전까지 반발 원리로 돈다.
①데리형: 브러시 두 조 가운데 하나를 움직여 속도를 세밀하게 조절한다.
②반발 기동형: 반발로 기동한 뒤 원심력 장치가 정류자를 단락해 유도전동기로 운전한다.
③반발 유도형: 회전자에 반발 권선과 농형 도체를 함께 넣어 두 특성을 섞어요.

반발 전동기의 특성

반발 전동기의 가장 큰 장점은 기동 토크가 아주 크다는 것이다. 직권 전동기와 비슷한 쌍곡선 모양의 속도-토크 특성을 가지며, 브러시만 옮겨 속도와 회전 방향을 모두 바꿀 수 있다. 다만 정류자와 브러시 때문에 보수가 번거로워요.
반발 토크
기동 토크: 정격의 300~400%
단상 전동기 가운데 기동 토크가 가장 크다
🔍 반발 전동기와 유도전동기
기동 토크: 반발 전동기가 훨씬 크다(3~4배 대 1.5~2배).
①속도: 반발 전동기는 부하에 따라 바뀌고, 유도전동기는 거의 일정하다.
②거꾸로 돌리기: 반발 전동기는 브러시를 옮기고, 유도전동기는 결선을 바꾼다.
③보수: 반발 전동기는 정류자 때문에 번거롭고, 유도전동기는 간단해요.

시험 정리

반발 토크
T ∝ sin2α(α: 브러시 각도)
45° 에서 최대, 0° · 90° 에서 0
반발 토크
아트킨손 / 톰슨 / 데리형
반발 전동기 자체의 세 종류
📝 시험 포인트
①T ∝ sin2α 에서 α = 45° 일 때 2α = 90° 라 토크가 가장 크다.
②브러시축이 계자축과 같은 방향(α = 0°)이면 회전자가 단락된 변압기처럼 되어 큰 전류만 흐르고 토크는 0 이다.
③브러시축이 계자축과 직각(α = 90°)이면 유도 전류가 없어 토크가 0 이다.
④반발 기동형은 기동할 때 반발, 운전할 때 유도 원리로 돈다.
⑤반발 전동기는 전원을 고정자에만 잇는다는 점이 직권 · 분권 정류자 전동기와 달라요.
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 반발 전동기의 토크가 가장 큰 브러시 각도는? (답: α = 45°. T∝sin2α 에서 sin90° = 1)
②[기출유형] 반발 전동기의 종류가 아닌 것은? (답: 아트킨손형 · 톰슨형 · 데리형이 반발 전동기다)
③[기출유형] 반발 전동기에서 전원을 잇는 곳은? (답: 고정자(계자)만. 회전자 브러시는 단락)
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