seegongsik

전기기사 전기기기 · 단상 정류자 전동기

Single-Phase Commutator Motors

단상 정류자 전동기는 직류 전동기처럼 정류자를 단 회전자를 단상 교류로 돌리는 전동기로, 직권형과 분권형이 대표적이다. 직권형은 계자와 전기자 전류가 함께 뒤집혀 토크가 늘 같은 쪽이라 교류 · 직류 겸용 범용 전동기가 되고, 분권형은 변압기로 전기자 전압을 따로 대 정속도로 돈다. 교류에서는 리액턴스 강하와 철손 때문에 직류보다 출력과 효율이 떨어지고, 정류도 나빠 브러시 관리가 까다로워요. 부하 슬라이더를 움직이면 왼쪽 직권형 속도-토크 곡선 위의 점이, 부하율 슬라이더를 움직이면 오른쪽 분권형 페이저도가 바뀌어요.

단상 직권 정류자 전동기(범용 전동기)

직류 직권 전동기에 교류를 넣으면 어떻게 될까. 계자와 전기자의 전류가 동시에 뒤집히므로 토크 방향은 바뀌지 않는다. 그래서 교류로도 돌고, 교류 · 직류를 모두 쓸 수 있어 범용 전동기라 부른다. 믹서, 전동 드릴, 진공청소기 같은 가전에 널리 써요.
💡 왜 교류에서도 돌까
직권이라 자속이 전기자 전류에 비례하므로 T ∝ Φ·I_a = (kI_a)·I_a = kI_a² 이다.
①교류에서 I_a 가 사인파여도 I_a² 은 늘 양수이다.
②그래서 평균 토크가 0 이 아닌 양의 값이 되어 한쪽으로만 돈다.
③다만 리액턴스 전압 강하 때문에 직류로 돌릴 때보다 효율과 출력이 떨어져요.

특성 곡선 비교

50 %

교류 직권의 특성

교류 직권 전동기는 직류 직권처럼 쌍곡선 모양의 속도-토크 특성을 가진다. 다만 교류에서는 리액턴스 전압 강하와 철손이 늘어 같은 토크에서 속도가 낮고 효율도 떨어져요.
직권 토크
T ∝ Ia2 (직권 특성)
계자 전류 = 전기자 전류라서 토크는 전류의 제곱에 비례한다
직권 속도 특성
N ∝ 1/√T (근사)
무부하에서는 위험할 만큼 빨라지므로 반드시 부하를 이은 채 돌린다

단상 분권 정류자 전동기

분권형은 변압기를 거쳐 계자와 전기자에 따로 전압을 공급한다. 브러시 위치를 옮기면 전기자에 유도되는 기전력의 위상이 바뀌어 역률과 속도를 함께 조절할 수 있다. 정속도 특성을 가지며, 유도전동기보다 역률이 좋아요.
분권형 전압 방정식
V1 = Ea + I(r + jx)
분권형 전압 방정식
역률 조절
브러시 이동 → Ea 위상 변화 → cosφ 조절
역률을 개선하는 원리

시험 정리

직권형 정리
직권형: T ∝ Ia², 교류 · 직류 겸용
범용 전동기, 쌍곡선 속도 특성
분권형 정리
분권형: 정속도, 역률 조절 가능
변압기 결합 + 브러시 이동
📝 시험 포인트
①교류 직권 전동기 = 범용 전동기 = 교류 · 직류 겸용이고, 가전제품에 가장 많이 쓴다.
②무부하로 돌리면 지나치게 빨라지므로 벨트 구동은 피하고 부하를 바로 물린다.
③교류에서 출력과 효율이 떨어지는 까닭은 리액턴스 전압 강하와 철손 증가이다.
④리액턴스를 줄이려고 계자 권수는 적게, 전기자 권수는 많게(약계자 · 강전기자) 하고 보상 권선을 달아 역률을 높여요.
⑤분권형은 변압기로 전압을 대는 것이 핵심이며(직류 분권처럼 바로 병렬이 아니다), 브러시를 옮겨 역률을 1 까지 맞출 수 있다.
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 범용 전동기가 교류 · 직류 겸용인 이유는? (답: T∝Ia² 라 전류가 뒤집혀도 토크가 양수)
②[기출유형] 교류 직권 전동기를 무부하로 돌리면 안 되는 이유는? (답: 지나치게 빨라진다. N∝1/√T)
③[기출유형] 단상 직권 정류자 전동기에서 계자 권수를 적게 하는 이유는? (답: 계자 리액턴스를 줄여 역률을 높이려고)
← 이전
교류정류자기의 종류와 원리
다음 →
단상반발 전동기

마지막 수정