직권전동기

이번에는 직권전동기를 알아 봅시다.

분권 전동기와 다르게 계자권선과 회전자권선이 직렬로 연결되어 있는 것이 특징입니다.

입력전류는 두개의 저항의 합에 의해 결정됩니다.

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1. 직권 전동기 설명

직권전동기

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◎ 부하시 (부하가 연결되었을 때)

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직권전동기는 계자권선을 회전자권선과 직렬로 연결되어 있기 때문에

계자전류 If와 회전자 전류 Ia 는 같은 값을 가집니다.

따라서 계자전류는 입력전류 I와 같고,

역기전력은 아래와 같이 구할 수 있습니다.

I = Ia = If

V = E + Ia · Ra + If · Rf

E = V - Ia ( Ra + Rf )

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2. 속도

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전동기의 속도는 역기전력을 이용하여 구할 수 있습니다.

E = k φ N

속도 N에 대하여 정리하고

위에서 구한 역기전력 E ( E = V - Ia (Ra + Rf))를 통해 구합니다.

이 때 단순한 관계식으로 보면,

저항 Ra와 Rf는 φ에 비해 매우 작아 생략이 가능하며

속도는 자속 φ 에 반비례함을 알 수 있습니다.

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3. 무부하 운전금지

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직권전동기의 속도에 대한 식을 살펴 봅시다.

무부하시에는 If가 매우 작아져 자속 φ 가 "0"에 가까워 지는데

이 때 속도 N은 매우 커지기 때문에 위험속도에 도달할 수 있습니다.

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(직권전동기에 부하와 연결을 벨트로 할 경우,

풀어지는 사고로 무부하 상태가 될 수 있으므로

벨트 사용을 금지하고 톱니나 체인을 사용합니다)

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분권전동기와 비슷하게 계자권선 단락의 원인으로 무부하 운전을 금지합니다.

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* 직권전동기는 무부하시(계자권선 단선) 위험속도에 도달하기 때문에 무부하 운전 금지

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4. 돌림힘 토크

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모터에서 발생하는 토크는 효율을 무시하고

출력 Power(토크와 속도)와 입력 Power(전압과 전류)가 동일하다고 가정합니다.

이 때 출력식을 쓰면 다음과 같습니다.

토크에 대하여 다음과 같이 정리합니다.​

따라서 토크는

토크 τ = k′ Φ Ia​ ​

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여기서 발생하는 자속 φ 는 계자전류에 비례하여 다음과 같이 정의됩니다.

따라서 토크는 전류 Ia의 제곱에 비례하고 속도 N의 제곱에 반비례합니다.

직권전동기의 전류는 계자와 회전자 둘다 동시에 같은 값으로 영향을 줍니다.(I=Ia=If)

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그렇기 때문에 토크와 관련있는 각각의 전류가 하나만 변해도

두개 모두가 변하기 때문에 제곱으로 변한다고 볼 수 있습니다.

또한 속도 N은 전류 If에 반비례하기 때문에

토크와도 제곱에 반비례한다고 보시면 됩니다.

낮은 속도(기동)에 토크가 매우 크나,

속도의 증감에 따라 토크의 변동률이 크다는 것을 알 수 있습니다.

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5. 직권전동기 특징

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① 기동토크가 크다

② 속도변동률이 크다.

③ 토크변동률이 크다.