제1장_직류기

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춘천캠퍼스 전기제어과 (033-250-9740~3)- 1 -

제1장 직류기

1. 직류 발전기의 구조

1) 계자(계자철심+계자권선) : 자속()를 만드는 부분

2) 전기자(전기자철심+전기자권선)

→ 자속()끊어 유기기전력( )을 발생

․ 규소 강판 : 히스테리시스손 감소

․ 성층 철심 : 와류손 감소

3) 정류자 : 교류(AC)를 직류(DC)로 변환

정류자 편수가 많을 경우 : 좋은 직류를 얻을 수 있다.

브러시에 접촉되어 전기자 권선에서 유기된 기전력을

외부 회로와 연결시켜주는 역할

4) 브러시 : 정류자에서 변환된 직류를 외부로 인출

※ 직류발전기의 3요소 : 계자, 전기자, 정류자

※ 직류발전기의 자기회로

계철→계자철심→계자편→공극→전기자철심

↳자기저항이 가장 크다

2. 전기자 권선법

1) 전기자 권선법

※ 직류기의 전기자 권선법 : 고-폐-이

2) 중권과 파권 비교

비교 항목 중권(병렬권) 파권(직렬권)

병렬 회로수(a) = 극수(P) 2

브러쉬 수(B) = 극수(P) 2

용 도 대전류, 저전압용 소전류, 고전압용

기 타※ 균압환(고리)

브러시 불꽃 방지

※ 중권과 파권의 비교( P=4, Z=12 )

1B 2B

][2 V

][2 V

][2 V

][2 V

][2 V

][2 V

][2 V

][2 V

][2 V

][2 V

][2 V

][2 V

][6 V

<중권>

1B 2B

][2 V

][2 V ][2 V ][2 V ][2 V ][2 V][2 V

][2 V ][2 V ][2 V ][2 V ][2 V

][12 V

<파권>

3. 유도 기전력

: 극수

: 전기자 도체 총수

: 병렬회로수

: 매극당 자속

: 회전수

4. 전기자 반작용

→ 전기자 자속이 계자의 자속에 영향을 미치는 것.

1) 영향

① 자기적 중성축 이동

( 발전기 : 회전방향, 전동기 : 회전반대방향 )

② 주자속이 감소(감자작용)

( 발전기 : 기전력감소, 전동기 : 토크감소)

③ 브러시에서 불꽃발생( 정류불량의 원인 )


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2) 방지 대책

- 보상 권선 설치

- 보극 설치

5. 정류 작용

→ 전기자 권선 안에 유도되는 교류를 직류로 변환하는

작용

1) 정류 곡선(정류가 되는 과정)

2) 정류 개선 대책

① 정류주기를 길게 한다.

② 저항 정류 : 접촉 저항이 큰 탄소브러시 사용

③ 전압 정류 : 보극 설치

6. 직류 발전기의 종류

- 타여자 발전기 : 다른 직류전원으로부터 여자 전류를 받

아 계자 자속을 만드는 발전기

- 자여자 발전기 : 발전기 자체에서 발생한 유기기전력에

의한 계자를 여자 시키는 발전기

(잔류자기가 반드시 존재)

1) 타여자 발전기

① 정상상태

② 무부하상태

③ 무부하포하곡선( 일정, )

④ 외부특성곡선

2) 분권 발전기 : 전기자와 계자 권선이 병렬 접속


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① 정상상태(부하존재)

(

)

② 무부하상태

→

※무부하 운전금지(계자권선 소손의 발생 우려)

③ 무부하포하곡선( 일정, )


3) 직권 발전기 : 전기자와 계자 권선이 직렬 접속

① 정상상태(부하존재)

② 무부하상태(발전 불능)

→ →

※ 무부하특성곡선 존재하지 않음

③ 외부특성곡선

※ 승압기로 이용

4) 복권발전기

① 내분권발전기

② 외분권발전기

③ 차동복권발전기

※수하특성

부하증가시 단자전압이 현저하게 강하되면서 부하전류

가 급격히 감소되어 전류가 일정해지는 정전류 특성

(용접기전원)


- 과복권 : 전부하 전압 > 무부하 전압

- 평복권 : 전부하 전압 = 무부하 전압

- 부족복권 : 전부하 전압 < 무부하 전압


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7. 전압변동률

×

: 무부하 전압

: 정격 전압

① : 타여자, 분권, 부족복권 발전기

② : 평복권 발전기

③ : 과복권 발전기, 직권

8. 직류 발전기의 병렬 운전

① 정격 단자 전압이 같을 것

② 극성이 같을 것

③ 외부 특성 곡선이 일치하고, 약간의 수하특성을 가질

것

※ 직권, 복권 발전기 : “균압선” 접속

-> 안전한 병렬 운전 도모


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◎ 직류전동기 : 전기에너지를 기계에너지로 변환시키는 회

전기계 -> 직류 발전기와 동일(구조)

9. 직류 전동기의 이론

1) 직류 전동기의 단자 전압

: 단자 전압[V]

: 역기전력 [V]

: 전기자 전류[A]

: 전기자 저항[ Ω]

2) 직류 전동기의 회전 속도

3) 직류 전동기의 토크

⋅

: 극수

: 전기자 도체 총수

: 병렬회로수

: 매극당 자속

: 전기자 전류

4) 기계적 출력과 토크와의 관계

∙

×

∙

10. 직류 전동기의 특성

1) 분권 전동기

-> 정속도 전동기

① 회전속도

- 정상상태(부하존재)

부하↑→↑→↑→↓∴∝

- 부족여자특성 : 정격전압 인가상태에서 계자회로의

단선 사고 발생시 특성

※ 계자회로 퓨즈설치 불가

계자회로단선 → ↑→ ∞(위험상태)


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② 토오크

∙

∝

∝ ∝

2) 직권 전동기

-> 정출력 전동기, 기동토크가 가장 큰 전동기

전동차, 크레인, 전기철도용 전동기로 사용

① 회전속도

- 정상상태(부하존재)

부하↑→↑→↓∝

※ 벨트 운전 금지(톱니바퀴 운전)

정격전압, 무부하상태에서의 속도특성

→ ∞(위험상태)

② 토오크

∙

∝

∝

∝

3) 직류전동기 속도특성 비교

※ 속도변동이 가장 작은 전동기 : 차동복권전동기

4) 직류전동기 토크특성 비교

1 : 직권 전동기

2 : 가동 복권 전동기

3 : 분권 전동기

4 : 차동 복권 전동기

11. 속도 변동률

×

: 무부하 속도 : 정격속도

12. 직류 전동기의 기동

① 기동시 기동 토크를 충분히 크게 할 것.

-> 계자 저항기의 저항을 최소로 함.

↓→↑→↑→↑

② 기동시 기동 전류의 크기를 정격전류의 1.5-2배 제한 할 것

-> 전기자 전류를 제한하기 위한 기동 저항기를 최대로 함

→ ∼


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13. 직류 전동기의 속도 제어

1) 전압제어(V) : 정토오크 제어

① 워드레오너드 방식(M-G-M)

광범위한 속도제어(1:20), 효율양호

② 정지레오너드 방식 : SCR 이용

③ 일그너 방식(fly wheel) : 제철용 압연기

④ 쵸퍼 제어 방식

2) 계자 제어() : 정출력 제어 (1:3)

3) 저항 제어() : 효율불량

14. 직류전동기의 역회전

- 계자권선이나 전기자 권선 중 어느 한 권선에 대한 극성

(전류방향)만 반대 방향으로 접속 변경한다

15. 직류 전동기의 제동

1) 역제동(Plugging) : 전기자 회로의 극성을 반대로

하여, 그때 발생하는 역토크를 이용하여 전동기를 급

제동 시키는 방법.

2) 발전 제동 : 전기자에서 발생하는 역 기전력을 전기자에

병렬 접속된 외부 저항에서 열로 소비하여 제동하는 방

법

3) 회생 제동 : 전동기의 전원을 접속한 상태에 전동기의 전

기자에서 유기된 기전력을 전원 전압보다 크게하여, 이

때 발생하는 전력을 전원측에 반환하여 제동하는 방법

16. 직류기의 손실 및 효율

1) 손실 :

① 고정손(무부하손) : 부하의 변화에 무관하는 손실

- 철손(히스테리시스손, 와류손)

- 기계손(마찰손, 풍손)

② 가변손(부하손): 부하의 변화에 따라 변화하는 손실

- 동손(저항손)

- 표유부하손

2) 효율

① 실측효율 : 입․출력 값을 직접 측정하여 계산

입력출력

×

② 규약 효율 : 규정된 값에 의해 계산

- 발전기 : 출력손실출력

×

- 전동기 : 입력입력손실

×

17. 전동기의 토크측정

① 보조 발전기법

② 프로니 브레이크법

③ 전기 동력계법

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