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전기기능사 전기기기 · 직류전동기

DC Motor

직류 전동기는 자기장 속 도체에 흐르는 전류가 받는 힘으로 축을 돌려, 전기 에너지를 회전 토크로 바꾸는 기계다. 역기전력 식 V = E + IaRa, 토크 T ∝ ΦIa, 속도 N ∝ (V - IaRa)/Φ 를 바탕으로 분권 · 직권 · 복권의 속도 특성, 속도 제어, 기동과 운전 때 주의할 점을 다룬다. 그림은 가로축이 토크, 세로축이 속도인 세 전동기의 특성 곡선이에요. 분권 · 직권 · 복권 버튼을 누르면 고른 곡선이 굵어지고, 직권을 고르면 토크가 작은 왼쪽에서 속도가 치솟는다는 경고가 함께 떠요.

직류 전동기란

💡 발전기와 거꾸로 가는 변환
①발전기는 회전을 전기로 바꾼다(기계 에너지 → 전기 에너지)
②전동기는 전기를 회전으로 바꾼다(전기 에너지 → 기계 에너지)
③자기장 속 도체에 전류가 흐르면 힘을 받고, 힘의 방향은 플레밍 왼손 법칙으로 정해져요
④이 힘이 전기자를 돌리고, 돌아가는 전기자에는 전원과 반대 방향의 역기전력 E 가 생긴다

세 가지 식

역기전력
V = E + Ia Ra
전원 전압 = 역기전력 + 전기자 저항 강하
토크
T ∝ ΦIa
토크는 자속과 전기자 전류의 곱에 비례
속도
N ∝ V - Ia RaΦ
속도는 (전원 전압 - 전기자 저항 강하) ÷ 자속에 비례
🔑 발전기와 견주기
①발전기: V = E - IaRa. 만든 기전력에서 저항 강하를 뺀 만큼이 단자에 나온다
②전동기: V = E + IaRa. 전원 전압이 역기전력과 저항 강하를 함께 감당한다
③발전기는 전류가 기전력과 같은 방향으로, 전동기는 역기전력과 반대 방향으로 흘러 부호가 갈려요
④두 식이 헷갈리면 전류가 어느 쪽으로 흐르는지부터 떠올리면 된다

종류별 속도 · 토크 특성

특성

종류와 쓰임새
종류속도 특성기동 토크용도
분권거의 일정(정속도)보통공작 기계 · 펌프
직권부하가 늘면 크게 떨어짐매우 큼전동차 · 크레인
복권분권과 직권 사이큼엘리베이터 · 압연기

속도 제어와 기동

속도 제어

직류 전동기 속도 제어법
⚠️ 기동과 운전 때 주의할 점
①기동할 때는 아직 역기전력이 0 이라 전기자 전류가 V/Ra 로 크게 흐른다. 그래서 기동 저항기를 전기자에 직렬로 넣었다가 속도가 오르면 뺀다
②직권 전동기는 무부하로 돌리지 않는다. 부하 전류가 작으면 계자 자속도 작아지고, N ∝ 1/Φ 라 속도가 위험하게 오른다
③같은 이유로 직권 전동기는 벨트로 걸지 않아요. 벨트가 끊기면 곧바로 무부하가 되기 때문이다
④분권 전동기도 운전 중 계자 회로가 끊기면 잔류 자기만 남아 속도가 치솟아요. 그래서 계자 회로에는 퓨즈를 넣지 않는다

정리

전동기 전압 관계
V = E + Ia Ra
V = E + IaRa · 전원 전압이 역기전력과 전기자 저항 강하를 함께 감당한다
속도 식
N ∝ V - Ia RaΦ
속도 ∝ (전원 전압 - 전기자 저항 강하) ÷ 자속
🎯 시험에서 묻는 것
①전동기는 V = E + IaRa, 발전기는 V = E - IaRa 로 부호가 다르다
②토크 T ∝ ΦIa, 속도 N ∝ (V - IaRa)/Φ
③분권은 속도가 거의 일정하고, 직권은 속도가 크게 변하지만 기동 토크가 커요
④직권 전동기는 무부하 운전과 벨트 운전을 하지 않는다
⑤속도 제어 셋 가운데 효율이 가장 좋은 것은 전압 제어, 가장 나쁜 것은 저항 제어다
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