전기기사 10강

전기기기의 첫 강은 직류기(직류 발전기·전동기)다. 유기기전력과 토크 공식, 전기자 반작용이 핵심이다.

같은 구조의 기계가 에너지 변환 방향에 따라 발전기 또는 전동기가 된다.

이 강의 목표는 다음과 같다.

• 유기기전력 공식을 안다.
• 직류 전동기의 토크·속도 특성을 이해한다.
• 전기자 반작용과 대책을 안다.

1. 유기기전력

직류 발전기가 만드는 기전력은 자속과 회전수에 비례한다.

E = P·Z·Φ·N / (60·a) [V]

P는 극수, Z는 도체수, a는 병렬회로수다.

2. 토크와 속도

직류 전동기의 토크는 자속과 전기자 전류에 비례한다.

T = P·Z·Φ·Ia / (2π·a) [N·m]
N ∝ (V − Ia·Ra) / Φ (속도)

3. 전기자 반작용과 여자 방식

전기자 전류가 만드는 자속이 주자속을 왜곡·감소시키는 것이 전기자 반작용이다. 보극·보상권선으로 대책한다. 여자 방식은 타여자·분권·직권·복권으로 나뉜다.

핵심 공식·용어

• 유기기전력: E = PZΦN/(60a).
• 토크: T = PZΦIa/(2πa).
• 속도: N ∝ (V−IaRa)/Φ.
• 전기자 반작용: 보극·보상권선으로 대책.

예제

예제) 분권 전동기와 직권 전동기 중 기동토크가 크고 전동차·기중기에 쓰이는 것은?

해설) 직권 전동기다. 직권은 전기자와 계자가 직렬이라 전류가 자속을 함께 키워 기동토크(T ∝ Φ·Ia)가 매우 크다. 반면 분권은 자속이 거의 일정해 정속도 특성을 가진다.

샘플 문제

문) 직류 발전기의 유기기전력 E는 회전수 N과 어떤 관계인가?

• (A) N에 반비례
• (B) N에 비례
• (C) N²에 비례
• (D) N과 무관

정답: (B). E = PZΦN/(60a)로 유기기전력은 회전수 N에 비례한다(자속 Φ가 일정할 때). 회전이 빠를수록 더 큰 기전력이 유도된다.

정리

• 유기기전력 E = PZΦN/(60a) — N에 비례.
• 토크 T = PZΦIa/(2πa).
• 분권=정속도, 직권=큰 기동토크.
• 전기자 반작용은 보극·보상권선으로 보정.

다음 강에서는 변압기를 다룬다.