【전기산업기사】 전기기기 1강. 직류기

전기기기 1강. 직류기

 

추천글 : 【전기산업기사】 전기기기 목차

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1. 직류 발전기의 구조 및 원리 [본문]

2. 전기자 권선 [본문]

3. 직류 발전기의 유기기전력 [본문]

4. 전기자 반작용 [본문]

5. 정류 [본문]

6. 직류 발전기의 특성과 운전 [본문]

7. 직류 발전기의 병렬 운전 [본문]

8. 직류 전동기의 구조 및 원리 [본문]

9. 직류 전동기의 종류 및 특성 [본문]

10. 직류 전동기의 속도 제어 [본문]

11. 손실 효율 및 정격 [본문]

12. 특수 직류기 [본문]

13. 시험법 [본문]

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1. 직류 발전기의 구조 및 원리 [목차]

⑴ 직류 발전기의 원리 : 렌츠의 전자유도 법칙, 플레밍의 오른손법칙

① 렌츠의 법칙 : 자기장의 변화를 방해하기 위한 전류가 생성

⑵ 직류 발전기의 구조

① 저규소강판 : 규소 함유율 1 ~ 1.4 % 정도 → 히스테리시스손 감소

○ 히스테리시스손 

② 철심 : 0.35 ~ 0.5 mm의 저규소강판을 성층함 → 와류손 감소

③ 계자 : 자기장을 만드는 부분

④ 전기자(armature) : 회전하는 부분

⑶ 정류자

① 브러시의 정류자면 접촉압력 : 0.15 ~ 0.25 kg/㎠

② 로커 : 브러시를 중성축에서 이동시키는 것

⑷ 브러시

 

 

2. 전기자 권선 [목차]

⑴ 전기자 권선법 

① 이층권 : 단층권과 이층권 중 이층권 사용

② 고상권 : 환상권과 고상권 중 고상권 사용

③ 폐로권 : 개로권과 폐로권 중 폐로권 사용

⑵ 중권과 파권의 비교

① 중권 

○ 전기자의 병렬회로수 a = 극수 p

○ 저전압, 대전류 기기에 사용 (∵ 병렬회로↑)

○ 4극 이상이면 균압접속 必 (∵ 국부적 과열)

② 파권

○ 전기자의 병렬회로수 a = 2

○ 고전압, 소전류 기기에 사용 (∵ 병렬회로↓)

○ 균압접속 필요 ×

 

 

3. 직류 발전기의 유기기전력 [목차]

⑴ 전기자 도체 1개에 유도되는 유기기전력 e 

 

 

⑵ 도체 총 수가 z인 발전기의 유기기전력 E 

 

 

⑶ 전기각 αe  

 

 

① α : 기하학적 각도

 

 

4. 전기자 반작용 [목차]

⑴ 전기자 반작용 : 전기자 전류에 의하여 생긴 자속이 주자속을 상쇄하는 현상

⑵ 전기자 반작용의 영향

① 전기적 중성축 이동

○ 발전기 : 회전 방향으로 이동

○ 전동기 : 회전 반대방향으로 이동

○ (주석) 이해하기보다 암기하는 게 좋을 듯

② 주자속 감소

③ 정류자 편간의 불꽃섬락 발생

⑶ 전기자 반작용에 대한 대책

① 보상권선 설치 

○ 가장 유효한 방법

○ 브러시를 기하학적 중성축에 놓음

○ 전기자 전류와 반대방향으로 전류 흐름

② 보자(보극) 설치

○ 중성축 부분의 전기자 반작용 상쇄

○ 보자 : 전압 정류 vs 탄소 브러시 : 저항 정류

○ 발전기에서 보극의 극성은 주자극의 극성을 회전 방향으로 옮겨 놓은 것과 반대 극성이다.

○ 전동기에서 보극의 극성은 주자극의 극성을 회전 반대방향으로 옮겨 놓은 것과 반대 극성이다.

⑷ 전기자 기자력

① 감자 기자력 ATd 

 

 

② 교차 기자력 ATc 

 

 

 

5. 정류 [목차]

⑴ 정류곡선

① 직선정류 : 전류가 직선적으로 균등하게 변환

② 정현파정류 : 정류개시 및 종료시 전류변화율은 0으로 불꽃 ×

③ 과정류 : 정류개시시 전류변화율이 매우 커서 정류 초기, 즉 브러시 앞쪽에서 불꽃 발생

④ 부족정류 : 정류종료시 전류변화율이 매우 커서 브럿 뒤쪽에서 불꽃 발생

⑵ 정류 코일의 리액턴스 전압 eL 

 

 

⑶ 양호한 정류를 얻는 방법 : 브러시 접촉면 전압강하 > 평균 리액턴스 전압강하

① 저항정류

② 전압정류 : 보극을 설치하여 정류 코일 내에 유기되는 리액턴스 전압과 반대방향으로 정류 전압 유기

③ 리액턴스 전압↓ : 단절권 채택

④ 정류주기↑

⑷ 정류자 편수 K 

 

 

① u : 슬롯 내부의 코일 변수

② Ns : 슬롯수

⑸ 정류자 편간 평균전압 esa 

 

 

① E : 유기 기전력

② p : 극수

③ K : 정류자 편수

 

 

6. 직류 발전기의 특성과 운전 [목차]

⑴ 직류 발전기의 종류

⑵ 특성곡선

⑶ 종류 1. 타여자 발전기 : 외부의 독립 직류 전원으로 계자권선에 여자전류를 공급하는 발전기

① 등가회로

② 단자전압 및 전류 

 

 

○ ea : 전기자 반작용에 의한 전압강하

○ eb : 브러시에 의한 전압강하

○ V : 단자전압

○ E : 유기기전력

○ Ia : 전기자 전류

○ Ra : 전기자 권선 저항

○ If : 계자전류

○ I : 부하전류

③ 특징 : 잔류자기가 없어도 발전 가능, 전기자 회전 방향 반대 시 (+), (-) 극성이 반대

⑷ 종류 2. 자여자 발전기 

⑸ 종류 2-1. 분권 발전기 : 전기자 권선과 계자 권선이 병렬로 접속

① 등가회로

② 단자전압 및 전류 

 

 

○ ea : 전기자 반작용에 의한 전압강하

○ eb : 브러시에 의한 전압강하

○ V : 단자전압

○ E : 유기기전력

○ Ia : 전기자 전류

○ Ra : 전기자 권선 저항

○ If : 계자전류

○ I : 부하전류

③ 특징

○ 잔류자기가 없으면 발전 불가능

○ 운전 중 전기자회로 반대로 하면 안 됨

○ 운전 중 계자회로 갑자기 열면 안 됨

○ 운전 중 서서히 단락 → 처음에는 큰 전류가 흐르나 종래에는 소전류가 흐름

⑹ 종류 2-2. 직권 발전기 : 전기자 권선과 계자 권선이 직렬로 접속

① 등가회로

② 단자전압 및 전류 

 

 

③ 특징

○ 잔류자기가 없으면 발전 불가능

○ 운전 중 전기자회로 반대로 하면 안 됨

○ 무부하시에는 자기여자로 전압 확립 ×

⑺ 종류 2-3. 복권 발전기 : 직렬 계자 권선과 병렬 계자 권선이 모두 설치

① 등가회로

② 단자전압 및 전류

 

 

○ Φs : 직권계자권선에 의한 자속

○ Φf : 분권계자의 자속

○ Ra : 전기자권선 저항

○ Rs :직권계자권선 저항

○ Ia : 전기자 전류

○ I : 부하전류

○ n : 속도

○ k := pZ / a

⑻ 전압 변동률 ε 

 

 

① Vn : 정격전압

② V0 : 무부하전압

 

 

7. 직류 발전기의 병렬 운전 [목차]

⑴ 병렬 운전의 목적

⑵ 병렬 운전 조건

① 전압 및 극성이 같을 것 : 병렬운전이므로 전압이 같아야 함은 당연

② 외부 특성 곡선이 어느 정도 수하 특성일 것

③ 용량이 같을 시 : 각 발전기의 외부 특성 곡선이 같을 것

④ 용량이 다를 시 : %부하전류로 나타낸 외부 특성 곡선이 거의 일치할 것

⑶ 분권 발전기 병렬 운전 시 부하의 분담 : 전류 중심으로 생각 

① 저항이 같으면 유기전압이 큰 측이 부하를 많이 분담

② 유기전압이 같으면 부하는 전기자 회로 저항에 반비례해서 분담

⑷ 직권계자가 있는 직류 직권발전기와 직류 복권발전기는 병렬운전을 안정히 하기 위하여 균압선 설치

 

 

8. 직류 전동기의 구조 및 원리 [목차]

⑴ 원리 : 플레밍의 왼손법칙

⑵ 역기전력 Ec 

 

 

⑶ 회전수와 토크

① 회전력 P 

 

 

② 회전수 N 

 

 

 

9. 직류 전동기의 종류 및 특성 [목차]

⑴ 타여자 전동기

⑵ 분권 전동기

① 등가회로

② 회전속도 : 계자 회로가 단선이 되어 자속 Φ가 0이 되면 기계가 파괴될 정도의 과속도에 도달

③ 회전방향 : 공급 전원의 방향을 반대로 하면 계자 전류와 전기자 전류가 반대로 되어 회전방향 불변

○ 유도 전동기는 회전 방향이 반대가 됨

⑶ 직권 전동기

① 등가회로

② 회전 속도와 전기자 전류 : 무구속속도(Run Away Speed), 직권 전동기는 밸트 운전을 하지 않음

③ 토크 : T ∝ Ia2 ∝ 1 / N2 

⑷ 속도변동률 ε 

 

 

① N0 : 무부하속도

② Nn : 정격속도

 

 

10. 직류 전동기의 속도 제어 [목차]

⑴ 분권 전동기의 속도 제어

① 계자제어법 : 계자 권선에 계자 저항기 FR을 직렬 접속

② 직렬저항 제어법 : 전기자 회로에 저항 Rs를 직렬 접속

③ 전압 제어법

○ 직병렬 제어법 : 직류 직권 전동기 2대를 직렬로 접속하면 한 전동기에는 1/2의 전압이 가해지고, 병렬로 접속하면 전 전압이 가해지므로 속도를 제어할 수 있음

○ 워어드 레오나드 방식

○ 일그너 방식 : 보조 전동기로 유도 전동기를 사용하고 그 축에 큰 플라이 휠을 붙인 것

④ 직류 전동기의 속도 제어법 비교

○ 계자 제어법 : 제어 특성 - 정출력 제어, 특징 - 속도제어 범위가 좁음

○ 전압 제어법 : 제어 특성 - 정토크 제어, 특징 - 제어범위↑, 손실 ↓, 정역운전 가능, 설비비↑

○ 직렬 저항법 : 특징 - 효율↓

⑵ 직류 전동기의 속도 제어

① 계자 제어법

② 직렬 저항 제어법

③ 직·병렬 제어법

⑶ 전기적인 제동법

① 발전 제동

② 회생 제동

③ 역전 제동(Plugging 제동) : 급제동시 사용

 

 

11. 손실 효율 및 정격 [목차]

⑴ 손실의 종류 : 총 손실 = 무부하손 + 부하손, 무부하손 = 철손 + 기계손

⑵ 실측효율 η = 출력 / 입력 × 100 (%)

⑶ 발전기 규약 효율 η = 출력 / (출력 + 손실) × 100 (%)

① 입력 = 출력 + 손실

⑷ 전동기 규약 효율 η = (입력 - 손실) / 입력 × 100 (%)

① 출력 = 입력 - 손실

⑸ 정격 : 공칭정격은 전기철도용 전원기기에 사용되는 정격

 

 

12. 특수 직류기 [목차]

⑴ 전기 동력계 : T = mgL

⑵ 단극 발전기 : 일정 방향의 기전력을 발생하여 정류자가 필요 없는 구조의 발전기

⑶ 3선식 발전기

⑷ 증폭기 : 작은 전력의 변화를 큰 전력의 변화로 증폭하는 것; 앰플리다인, 로토트롤, HT 다이나모

⑸ 로젠베르그 발전기 : 분권식, 직권식

 

 

13. 시험법 [목차]

⑴ 토크 측정 시험 : 보조 발전기를 쓰는 방법, 프로니 브레이크를 쓰는 방법, 전기 동력계를 쓰는 방법

⑵ 온도 상승 시험 : 실부하법, 반환부하법(홉킨스법, 카프법, 블론델법)

⑶ 절연물의 허용 온도

 

입력: 2018.02.16 19:15