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소방설비기사 소방전기일반 · 직류기와 교류기

DC & AC Machines

전기 기기는 전기 에너지와 회전 에너지를 서로 바꾸는 장치이고, 크게 직류기와 교류기로 나뉜다. 소방 펌프와 배연 팬을 돌리는 것은 대부분 3상 농형 유도 전동기라서 동기 속도와 슬립으로 실제 회전수를 구하는 계산이 기본이 된다. 직류 직권 전동기의 무부하 폭주, 역기전력 식도 기동 · 과전류 이야기와 묶여 자주 나와요. 그림은 4극 60Hz 유도 전동기로, 슬립 슬라이더를 0 ~ 30% 사이에서 올리면 회전 화살표가 흐려지고 아래 실제 회전수 N 이 동기 속도 1800rpm 에서 그만큼 줄어들어요.

전기 기기는 전기와 회전을 바꾸는 장치

💡 전동기와 발전기
①전동기(모터)는 전기 에너지를 회전(기계) 에너지로 바꾼다
②발전기는 회전(기계) 에너지를 전기 에너지로 바꾼다
③원리는 같아서 전자력(F = BIl)과 전자 유도(e = −NdΦ/dt)로 설명된다
④소방에서는 소방 펌프 · 배연 팬을 돌리는 전동기와 비상 발전기가 중심이에요

전기 기기 분류

전기 기기 큰 갈래

직류 전동기의 종류와 특성

직류 전동기 비교

직류 전동기 종류별 특성
구분분권직권복권
계자 연결병렬직렬직렬 + 병렬
속도 특성거의 일정부하가 늘면 속도가 크게 떨어짐중간
토크 특성보통기동 토크가 매우 큼중간
용도공작기계, 펌프전동차, 크레인엘리베이터
무부하 운전안전폭주 위험안전
직류 전동기 역기전력
E = V − IaRa
역기전력 = 전원 전압 − 전기자 전압 강하
⚠️ 직권 전동기를 쓸 때
①직권 전동기는 부하가 없으면 속도가 끝없이 올라 폭주한다
②그래서 벨트로 걸지 않고 부하에 직접 연결한다(벨트가 벗겨지면 무부하가 되므로)
③무부하 운전을 하면 안 된다는 문제가 자주 나와요

유도 전동기: 소방에서 가장 많이 쓰는 전동기

5 %
동기 속도
Ns = 120fP [rpm]
f: 주파수(60Hz), P: 극수
슬립
s = Ns − NNs
동기 속도와 실제 회전수의 차를 동기 속도로 나눈 값
실제 회전수
N = Ns(1 − s) [rpm]
실제 회전수 = 동기 속도 × (1 − 슬립)
💡 슬립이 있어야 돈다
①고정자의 회전 자계(N_s)가 회전자를 끌고 돈다
②회전자가 동기 속도와 같으면(s = 0) 자속을 끊지 않아 유도 전류가 0, 토크도 0 이다
③그래서 늘 조금 느리게(보통 s = 2 ~ 5%) 돈다
④슬립이 0 이면 회전력이 없다는 점이 요점이에요

동기기와 소형 교류 전동기

유도기와 동기기

유도 전동기와 동기 전동기 비교
구분유도 전동기동기 전동기
회전수N < N_s(슬립 있음)N = N_s(정확히 동기)
구조간단(농형)복잡(여자 필요)
기동스스로 기동따로 기동 장치 필요
역률지상(0.8 ~ 0.9)여자로 조정 가능
용도펌프, 팬, 컨베이어대형 압축기

단상 유도 전동기

단상 유도 전동기 기동법
⚡ 소방 현장의 전동기
①소방 펌프는 3상 농형 유도 전동기
②배연 팬도 대개 3상 유도 전동기(작은 것은 단상)
③비상 발전기는 동기 발전기
④화재로 상용 전원이 끊기면 비상 전원으로 자동 전환해요

시험 총정리

동기속도
Ns = 120fP [rpm]
4극 60Hz → 1800rpm, 2극 → 3600rpm
슬립
s = Ns − NNs
유도 전동기의 슬립은 언제나 0 보다 크다
실제 회전수
N = Ns(1 − s)
동기 속도에서 슬립만큼 덜 돈다
🎯 시험에서 볼 자리 다섯
①N_s = 120f/P: 극수와 주파수를 넣으면 된다
②직권 전동기는 무부하로 돌리지 않는다(폭주)
③유도 전동기의 슬립이 0 이면 토크도 0 이다
④셰이딩 코일형은 작은 선풍기 · 환풍기에 쓴다
⑤소방 펌프는 3상 농형 유도 전동기가 표준이에요
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