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전기기사 전기기기 · 3상 정류자 전동기

Three-Phase Commutator Motors

삼상 정류자 전동기는 유도전동기가 어려워하는 넓은 범위의 속도 조절과 역률 개선을, 정류자로 회전자에 전압을 주입해 해내는 교류 정류자 기계다. 대표인 슈라게 전동기는 1차가 회전자, 2차가 고정자로 보통 유도전동기와 반대이고, 브러시 두 조의 간격으로 동기속도 아래 · 위의 속도를 만든다. 삼상 직권형은 역률이 좋지만 무부하에서 지나치게 빨라질 수 있어, 중간 변압기로 회전자 전압과 속도 상승을 누르는 점이 시험에 나와요. 위 버튼으로 두 형식을 고르고 슬라이더를 움직이면 속도 · 역률 곡선이나 속도-토크 곡선 위의 점이 움직여요.

삼상 정류자 전동기

유도전동기는 속도를 바꾸기 어렵고 역률이 좋지 않다. 삼상 교류 정류자기는 정류자로 회전자에 전압을 넣어 넓은 범위의 속도 조절과 역률 개선을 함께 하려고 만든 기계이고, 직권형과 분권형(슈라게)이 대표적이에요.
💡 유도전동기의 한계를 넘어
유도전동기는 동기속도 근처에서만 돌고 역률이 0.8 안팎이다.
①삼상 직권 정류자 전동기는 동기속도보다 빨리 돌 수 있고 역률을 1 가까이 높일 수 있다.
②슈라게(분권)는 동기속도 아래부터 위까지 넓게 속도를 바꾸고 역률도 조절해요.

슈라게 전동기

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삼상 직권 정류자 전동기

삼상 전원을 고정자에 넣고, 회전자(전기자)는 정류자와 중간 변압기를 거쳐 고정자와 직렬로 잇는다. 무부하에서는 동기속도보다 빨리 돌 수 있고, 역률이 유도전동기보다 높아요.
동기속도 위 운전
무부하에서 N > Ns 가 될 수 있다
동기속도를 넘어 돌 수 있다는 것이 유도전동기와 가장 다른 점
역률
역률 cosφ ≈ 1 까지 높일 수 있다
브러시 위치를 맞춰 역률을 개선한다

슈라게 전동기의 원리

슈라게 전동기는 삼상 교류 정류자기 가운데 가장 중요한 형식이다. 1차(전원)가 회전자에, 2차가 고정자에 있는 점이 독특하다. 회전자 정류자 위의 브러시를 움직이면 고정자에 주입되는 전압의 크기와 위상이 바뀌어 속도와 역률을 함께 조절할 수 있어요.
슈라게 속도
N = Ns(1 + Eb·cosθ / E2)
Eb: 브러시 사이 전압, θ: 위상, E₂: 2차 유도 전압
⚡ 슈라게 전동기의 핵심
1차는 회전자(전원에 이음), 2차는 고정자로 보통 유도전동기와 반대이다.
①브러시 두 조가 같은 자리에 겹치면 주입 전압이 0 이라 유도전동기처럼 동기속도 가까이 돈다.
②두 조를 한쪽으로 벌리면 동기속도 아래로, 반대쪽으로 벌리면 동기속도 위로 돈다.
③두 조를 함께 같은 쪽으로 옮기면 주입 전압의 위상이 바뀌어 역률을 조절해요.
④곧 브러시 간격은 속도, 브러시 이동은 역률을 정한다.
브러시 간격
브러시 간격 ↑ → 속도 조절 폭 ↑
브러시를 벌리는 정도 = 주입 전압의 크기
브러시 이동
브러시를 함께 옮김 → 역률 조절
진상 · 지상 무효전력 조절 가능

시험 정리

3상 직권
삼상 직권: N > Ns 가능, 역률 좋음
직렬 연결, 중간 변압기, 과속 주의
슈라게
슈라게: 동기속도 아래 ~ 위 연속 속도 조절
1차 = 회전자, 브러시 간격으로 속도 조절
📝 시험 포인트
①슈라게 전동기는 1차가 회전자, 2차가 고정자로 보통 유도전동기와 반대이다.
②브러시 간격으로 속도를, 브러시를 함께 옮겨 역률을 조절한다.
③삼상 직권형은 단상 직권형처럼 무부하에서 지나치게 빨라질 수 있어, 중간 변압기로 회전자 전압을 알맞게 하고 속도 상승을 누른다.
④슈라게는 역률을 진상(콘덴서처럼)까지 조절할 수 있어요.
⑤인버터가 발달해 실제로는 거의 대체되었지만 시험에는 꾸준히 나온다.
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 슈라게 전동기에서 1차 권선이 있는 곳은? (답: 회전자. 보통 유도전동기와 반대)
②[기출유형] 슈라게 전동기의 속도를 바꾸는 방법은? (답: 브러시 간격을 바꾼다)
③[기출유형] 삼상 직권 정류자 전동기에 중간 변압기를 쓰는 이유는? (답: 회전자 전압을 정류에 알맞게 하고, 경부하 때 속도 상승을 누르려고)
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