단상반발 전동기

Single-Phase Repulsion Motor

단상반발 전동기는 전기자를 단락한 브러시 위치로 기동 토크와 속도를 조절하는 정류자 전동기예요. 브러시 각도를 바꾸면 반발 토크 방향과 크기가 변해 큰 기동 토크를 얻기 쉬워요. 기동 후 유도기처럼 운전하는 반발유도형 변형도 시험에서 자주 등장해요. 브러시 각도와 운전 모드를 바꿔 토크 방향이 어떻게 바뀌는지 확인해 봐요.

반발 전동기의 원리

반발 전동기는 고정자(계자)만 전원에 연결하고, 회전자(전기자)의 브러시는 서로 단락시킨 독특한 구조이다. 고정자 자속이 회전자에 유도전류를 만들고, 이 전류와 자속의 상호작용으로 반발력(토크)이 발생한다.

💡 반발 전동기의 핵심

전원 → 고정자(계자)만 연결

①회전자 브러시는 서로 단락 (외부 전원 연결 없음)

②변압기 작용으로 회전자에 전류 유도

③브러시 위치(각도 α)로 토크 크기와 회전 방향 제어!

브러시 각도와 토크

브러시축과 계자축이 이루는 각도 α에 따라 토크가 sin2α에 비례한다. α = 0° 또는 90°이면 토크 = 0, α = 45°에서 최대 토크가 발생한다. 브러시를 반대쪽으로 기울이면 역회전한다.

브러시 각도 α20°

반발 토크

T ∝ sin2α

α: 브러시축과 계자축의 각도, T∝sin2α

반발 토크

α = 45° → T_max

최대 토크점

반발 토크

α = 0° 또는 90° → T = 0

토크 사라짐 (무토크점)

반발 전동기의 종류

반발 전동기에는 톰슨형, 데리형, 반발유도형의 세 가지가 있다. 톰슨형은 순수 반발 원리로만 동작하고, 데리형은 기동 후 정류자를 단락하여 유도전동기로 전환된다. 반발유도형은 반발 권선과 농형 도체를 함께 가진다.

⚡ 3가지 반발 전동기

톰슨(Thomson)형: 기동~운전 모두 반발 원리, 속도 제어 가능

①데리(Deri)형: 반발 기동 → 원심력 스위치로 정류자 단락 → 유도 운전

②반발유도형: 회전자에 반발 권선 + 농형 도체 공존 → 구조 간단

반발 전동기의 특성

반발 전동기는 기동토크가 매우 크다는 것이 최대 장점이다. 직권 전동기와 유사한 쌍곡선 속도-토크 특성을 가지며, 브러시 이동만으로 속도와 방향을 모두 제어할 수 있다. 다만 정류자와 브러시로 인한 유지보수 부담이 단점이다.

반발 토크

기동토크: 정격의 300~400%

단상 전동기 중 가장 큰 기동토크

🔍 반발 전동기 vs 유도전동기

기동토크: 반발 >>> 유도 (3~4배 vs 1.5~2배)

①속도 특성: 반발 = 변속, 유도 = 정속

②역전: 반발 = 브러시 이동, 유도 = 2상 교체

③유지보수: 반발 = 복잡(정류자), 유도 = 간단

시험 정리

반발 토크

T ∝ sin2α (α: 브러시 각도)

45°에서 최대, 0°·90°에서 영

반발 토크

톰슨 / 데리 / 반발유도형

순수반발 / 반발→유도 / 혼합형

📝 시험 포인트

①T ∝ sin2α 공식에서 α = 45°가 최대토크: 2α = 90° → sin90° = 1

②브러시축 = 계자축 (α=0°)이면 토크 0: 직축 위치

③브러시축 ⊥ 계자축 (α=90°)이면 토크 0: 횡축 위치

④데리형은 기동 시 반발, 운전 시 유도 → 두 원리 모두 이해 필요

⑤반발 전동기는 전원이 고정자에만 연결: 직권·분권과 다르다!

📝 대표 기출문제

①[기출유형] 반발 전동기의 토크가 최대인 브러시 각도는? (답: α=45°. T∝sin2α에서 sin90°=1)

②[기출유형] 데리(Deri)형 반발 전동기의 특징은? (답: 반발 기동 → 정류자 단락 → 유도 운전)

③[기출유형] 반발 전동기에서 전원이 연결되는 곳은? (답: 고정자(계자)만. 회전자 브러시는 단락)