아낌없이 주는 나무

전기기사, 소방설비기사, 공조설비 등의 시험에서 단골로 출제되는 펌프 · 송풍기 · 배연기 등을 구동하는 전동기의 축동력을 구하는 식이 어떻게 유도되는지 알아 보자.

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전동기의 축동력을 구하라는 문제에서 축동력의 단위 출력을 W(kW)로 구하라고 제시하는데 여기서 W는 일률의 단위이다. 일률은 단위 시간당 일의 양을 표시하는 것을 일을 할 수 있는 능력의 크기를 말하며 일률의 단위 [J/s]를 말한다.

즉, W = J/s 이다.

물리에서 일이란 어떤 물체에 힘을 가하여 일정한 거리를 이동시키는 것을 말한다.

일이란 일 = 힘 × 거리를 말하며 기호로 표시하면 J = N · h 로 표시할 수 있다.

여기서 힘의 단위 N은 1㎡에 1㎏의 힘이 가해지는 것 ㎏/㎡를 나타태고 기호 h을 거리를 나타내고 미터단위계에서는 m로 나타낸다.

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이제 힘이라는 용어가 나오게 되는데 힘은 뉴톤의 제1 운동법칙에서 출발한다. 전에 게시물에서 이야기했듯이 뉴톤은 만물은 원래 상태를 유지하려는 경향이 있는데 이를 관성이라고 했다. 힘은 이러한 관성을 변화시키는 작용의 크기라고 하였다. 여기서 그 유명한 힘은 질량 × 가속도, 기호로는 F = ma 라는 식이 나오게 된다.

여기서, 질량(Mass)이란 관성의 크기를 나타내는 것이고, 가속도는 관성을 변화 정도를 나타내는 말이다. 따라서 질량(관성의 크기) × 가속도(관성의 변화정도)를 하면 관성을 변화시킨 작용력의 크기를 알 수 있게 된다. 질량(Mass)의 단위는 g, ㎏을 쓰고 가속도의 단위로는 m/s2을 쓴다.

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그런데, 펌프나 배연기, 송풍기 등은 지구에서 물이나 공기를 끌어 올리거나 배출하는 것으로 가속도는 지구의 중력속도를 사용하게 되고 기호로는 g라 하고 지구의 중력가속도는 9.8 m/s2​ 이다. 따라서 지구에서 일을 할 때 물체에 가해지는 힘, F = mg 로 나타낸다.

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이제 우리는 지구에서 일을 하기 위해 물체에 가는 힘이 F = mg 로 나타냄을 알았고 지구에서 중력가속도 g = 9.8 m/s2 임을 알고 있다. 이제 힘을 구하려면 질량(Mass)을 알려면 물체의 질량을 매번 측정해야 하는 번거로움이 있다. 질량을 나타내는 방법으로는 "질량 = 밀도 × 부피" 라는 방법이 있다. 밀도= 질량/부피 이므로 질량/부피 × 부피하면 질량이 되는 것은 당연하다. 펌프의 경우에는 물을 펌핑하는 것이므로 이 공식을 사용하는데 물의 밀도는 1㎥ =1,000㎏, 1ℓ = 1㎏, 1㏄ = 1g 이라는 것을 잘 알고 있기 때문이다.

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또한, 배연기, 송풍기는 공기를 배출하는 장치이므로 공기의 질량을 구하기 힘드므로 공기압을 수두로 측정하여 공기에 가해지는 힘과 질량 등을 표현하다. 여기서, 수두란 압력을 물의 높이로 표시한 것이다.

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지금까지 이야기한 내용을 정리해 보자.

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펌프의 축동력 구하는 식​

위식을 이용하여 물 1㎥를 1초 동안에 1m 높이로 끌어 올리는데 필요한 동력을 구하는 식을 미터 단위계 [MKS]로 나타내면 다음과 같다.​

위 식에서 일반적으로 펌프의 축동력 구하는 식은 다음과 같이 간략화하여 사용한다.​

펌프의 축동력을 구할 때 양수량을 분당 양수량 ㎥/min으로 제시할 때는 다음과 같이

나타낸다. 방법은 위식과 동일하며 물량 산정식을 ㎥/s로 변형하여 산정한다.​

송풍기, 배연기용 전동기의 축동력 구하는 식

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송풍기, 배연기에 쓰이는 전동기의 축동력에 대하여 알아 보자.

여기에는 까다로운 걸림돌이 있다. 바로 공기의 밀도의 문제이다. 공기의 밀도는 측정하기도 힘들고 그 숫자도 사용하기 힘들다. 이런 문제를 해결하기 위해 고안해 낸 것이 바로 공기의 압력 수두로 나타내는 것이다. 압력은 밀도, 중력가속도와 높이로 나타낼 수 있기 때문이다. 즉 공기 압력수두 P [Aq] = γ H = ρ · g · H 로 나타낼 수 있기 때문이다.

이제 축동력을 식으로 표현해 보자.​

여기서, 공기의 밀도는 매우 작기 때문에 ㎜Aq 단위로 산정을 하게 되며 이를 MKS 단위계로 변환을 하게 되는데 ㎜Aq = 9.8 gfm = 9.8/1,000 ㎏fm = 1/102 ㎏fm 가 된다.

또한 풍량이 분당 단위(㎥/min)로 주어지면 이는 초당 단위 (㎥/s)로 변환하여 주어야 하므로 60초로 나누어 주면 된다.

이제 송풍기, 배연기 등의 전동기 용량을 산정하는 식을 정리해 보자.​

종합해 보면 펌프용 전동기나 송풍기, 배연기용 전동기를 동력, 축동력을 구하는 식의 근본 원리는 같다는 것을 알 수 있다.

전동기 동력 P [W] = ρ · V · g · H / s

                              = ρ · g · V · H / s 이다.

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#축동력 #전동기 #출력 #운동법칙 #밀도 #비중량 #송풍기 #펌프 #배연기 #압력 #수두

3. 직류 분권전동기의 계자 저항을 운전 중에 증가시키는 경우 일어나는 현상으로 옳은 것은 ?

    ① 자속 증가            ② 속도 감소                 ③ 부하증가                     ④ 속도 증가

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[해설] 계자저항증가 → 계자전류감소 → 자속 감소 → 회전속도 증가​

4. 다음중 동기발전기 단절권의 특징이 아닌 것은 ?

   ① 고조파를 제거해서 기전력의 파형이 좋아진다.

   ② 코일단이 짧게 되므로 재료가 절약된다.

   ③ 전절권에 비해 합성 유기기전력이 증가한다.

   ④ 코일간격이 극 간격보다 작다.

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[해설] 단절권 (Short pitch winding)

   ㉠ 코일 피치 βπ 가 자극피치 π 보다 작은 권선법이다. (β =5/6 정도)

   ㉡ 전절권에 비하여 파형 (고조파 제거) 개선, 코일 단부 단축, 동량 감소 및 기계길이가 단축되지만 유도 기전력이

         감소한다.

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5. 동기발전기의 병렬운전 중에 기전력의 위상차가 어떻게 되는가 ?

   ① 위상이 일치하는 경우보다 출력이 감소한다.

   ② 부하분담이 변한다.

   ③ 무효순환전류가 흘러 전기자 권선이 과열된다.

   ④ 동기화력이 생겨 두 기전력의 위상이 동상이 되도록 작용한다.

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[해설] 기전력의 위상차에 의한 발생 현상

   ㉠ 동기발전기 A, B가 병렬운전 중 A기의 유도 기전력 위상이 B기 보다 δs 만큼 앞선 경우 전압 Es = Ea - Eb 에 의하여

        두발전기 사이에 횡류 Is = Es / 2Z [A]가 흐르게 된다.

   ㉡ 횡류 Is 는 유효전류 또는 동기화 전류라고 하며, 상차각 δs 의 변화를 원상태로 돌아가려고 하는 Is 에 의한 전력은

        동기화 전력이라고 한다.

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6. 다음 중 동기 전동기에 관한 설명에서 잘못된 것은 ?

   ① 기동권선이 필요하다.              ② 난조가 발생하기 쉽다.

   ③ 여자기가 필요하다.                 ④ 역률을 조정할 수 없다.

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[해설] 동기전동기 → 동기조상기

  ㉠ 동기전동기는 V곡선 (위상특성곡선)을 이용하여 역률을 임의로 조정하고, 진상 및 지상전류를 흘릴 수 있다.

  ㉡ 이 전동기를 동기 조상기라 하며, 앞선 무효전력은 물론 뒤진 무효전력도 변화시킬 수 있다.

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7. 50 [Hz] 용 변압기에 60 [Hz]의 같은 전압을 가하면 자속밀도는 50 [Hz] 때의 몇 배인가 ?​

[해설] 변압기의 주파수와 자속밀도 관계

   ㉠ 유기기전력 E = 4.44 fNφm 에서 전압이 같으면 자속밀도는 주파수에 반비례한다.

   ㉡ 주파수는 6/5 배로 증가하면 자속밀도는 5/6배로 감소한다.

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8. 변압기의 권선법 중 형권은 주로 어디에 사용되는가 ?

   ① 소형변압기           ② 중형변압기            ③ 특수변압기                   ④ 가정용 변압기

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[해설] 변압기의 권선법

  ㉠ 형권 : 목제권형이나 절연통에 코일을 감은 것을 조립하는 것으로 중형(대형기)에 내철형, 외철형에 모두 쓰인다.

  ㉡ 직권 : 철심에 직접 저압권선을 감고 절연 후 고압 권선을 감는 법으로 소형 내철형에 쓰인다.

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9. 일정 전압 및 일정 파형에서 주파수가 상승하면 변압기 철손은 어떻게 변하는가 ?

   ① 증가한다.        ② 감소한다.           ③ 불변이다.          ④ 어떤 기간 동안 증가한다.

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[해설] 유기기전력 E = 4.44 fNφm [V] 에서,

   전압이 일정하고 주파수 f 만 높아지면 자속 φm 이 감소, 즉, 여자전류가 감소하므로 철손이 감소하게 된다.

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10. 절연유를 충만시킨 외함 내에 변압기를 수용하고, 오일의 대류작용에 의하여 철심 및 권선에 발생한 열을 외함에 전달

       하여 외함의 발산이나 대류에 의하여 열을 대기로 발산시키는 변압기의 냉각방식은 ?

   ① 유입 송유식           ② 유입 수냉식             ③ 유입 풍냉식             ④ 유입 자냉식

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[해설] 변압기의 냉각 방식

   ㉠ 건식 자냉식 (AN) : 공기에 의하여 자연적으로 냉각하는 방식

   ㉡ 건식 풍냉식 (AF) : 강제로 통풍하여 냉각 효과를 크게 한 것

   ㉢ 유입 자냉식 (ONAN) : 절연 기름을 채운 외함에 변압기 본체를 넣고 기름의 대류 작용으로 열을 외기 중에 발산시키는

                                              방법

   ㉣ 유입 풍냉식 (ONAF) : 방열기가 붙은 유입 변압기에 송풍기를 붙여서 강제로 통풍시켜 냉각 효과를 높인 것

   ㉤ 송유 풍냉식 (OFAF) : 외함 위쪽에 있는 가열된 기름을 펌프로 외부에 있는 냉각기를 통하여 나오도록 한 다음, 냉각된

                                          기름을 외함의 밑으로 돌려 보내는 방식

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11. 다음 그림의 변압기 등가회로는 어떤 회로인가 ?

   ① 1차를 1차로 환산한 등가회로                     ② 1차를 2차로 환산한 등가회로

   ③ 2차를 1차로 환산한 등가회로                     ④ 2차를 2차로 환산한 등가회로

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[해설] 2차를 1차로 환산한 등가회로​

32. 용량 P [kVA]인 동일 정격의 단상 변압기 4대로 낼 수 있는 3상 최대 출력 용량 Pm은 ?​

13. 다음중 농형 회전자에 비뚤어진 홈을 쓰는 이유는 ?

   ① 출력을 높인다.        ② 회전수를 증가시킨다.         ③ 소음을 줄인다.       ④ 미관상 좋다.

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[해설] 농형 회전자 (Squirrel - cage rotor)

   ㉠ 구리 또는 알루미늄 도체를 사용한 것으로, 단락 고리와 냉각용의 날개가 한 덩어리의 주물로 되어 있다.

   ㉡ 비뚤어진 홈 (skewed slot)

       ⊙ 회전자가 고정자의 자속을 끊을 때 발생하는 소음을 억제하는 효과가 있다.

        ⊙ 기동특성, 파형을 개선하는 효과가 있다.

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14. 슬립 4%인 유도전동기의 등가 부하저항 (R)은 2차 저항 (r)의 몇 배인가 ?

    ① 5                  ② 19                 ③ 20                      ④ 24

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[해설] 등가 부하저항​

<참고> 유도전동기의 2차 저항 r2, 슬립 s 일 때 기계적 출력에 상당한 등가저항 R을 나타내는 식은​

15. 3상 유도전동기에서 회전자가 슬립 s로 회전하고 있을 때 2차 유기 전압 E2s 및 2차 주파수 f2s 와 s와의 관계는 ?

      (단, E2는 회전자가 정지하고 있을 때 2차 유기 기전력이며, f1은 1차 주파수이다.)​​

[해설] 슬립 s에서의 2차 권선 회전자에 유도되는 기전력의 실횻값 E2s 과 주파수 f2s는

    ㉠ 회전자 유도 기전력 : E2s = sE2 [V]

    ㉡ 슬립 주파수 : f2s = sf1 [Hz]

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16. 농형 유도전동기의 기동법과 가장 거리가 먼 것은 ?

   ① 기동보상기법          ② 2차 저항 기동법             ③ 전전압 기동법            ④ Y-△기동법

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[해설] 2차 저항 기동법은 권선형 유도전동기에 적용된다.

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17. 다음 중 보기의 설명에서 빈칸 ㉠ ~ ㉢ 에 알맞은 말은 ?

【 보기】

   ① ㉠ 감소, ㉡ 증가, ㉢ 좋아지게              ② ㉠ 감소, ㉡ 감소, ㉢ 좋아지게

   ③ ㉠ 감소, ㉡ 증가, ㉢ 나빠지게              ④ ㉠ 증가, ㉡ 감소, ㉢ 나빠지게

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[해설] 권선형 유도 전동기에서 비례추이 원리에 의해 2차 저항을 증가시키면 기동전류는 감소하고, 기동토크는 증가한다.             2차 회로의 역률이 좋아지게 되고 최대토크는 일정하다.

   ※ 비례추이 (Proportional shift) : 토크 속도 곡선이 2차 합성저항의 변화에 비례하여 이동하는 것을 토크 속도 곡선이

                                                       비례 추이 한다고 한다.

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18. 다음 그림과 같은 분상 기동형 유도전동기를 역회전시키기 위한 방법이 아닌 것은 ?

   ① 원심력 스위치를 개로 또는 폐로 한다.

   ② 기동권선이나 운전 권선의 어느 한 권선의 단자 접속을 반대로 한다.

   ③ 기동권선의 단자 접속을 반대로 한다.

   ④ 운전권선의 단자 접속을 반대로 한다.

​

[해설] 분상 기동형 단상 유도전동기는 기동권선이나 운전권선의 어느 한 권선의 단자 접속을 반대로 하면 역회전된다.

   ※ 기동시 Cs 는 폐로 (ON) 상태에서 일단 기동이 되면 원심력이 작용하여 Cs는 자동적으로 개로 (OFF)가 된다.

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19. 다음 중 트라이 액 (TRIAC)의 기호는 ?

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[해설]    ① DIAC              ② SCR                  ③ TRIAC                   ④ GTO

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20. 다음 그림은 유도전동기 속도 제어 회로 및 트랜지스터의 컬렉터 전류 그래프이다.

      ⓐ 와 ⓑ 에 해당하는 트랜지스터는 ?

   ① ⓐ 는 TR1 과 TR2, ⓑ 는 TR3 과 TR4

   ② ⓐ 는 TR1 과 TR3, ⓑ 는 TR2 과 TR4

   ③ ⓐ 는 TR2 과 TR4, ⓑ 는 TR1 과 TR3

   ④ ⓐ 는 TR1 과 TR4, ⓑ 는 TR2 과 TR3

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[해설] ⓐ : 대각선 방향의 TR 2개 → TR1 과 TR4

ⓑ : 반대쪽 대각선 방향의 TR 두개 → TR2 과 TR3

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[정답] 1. ①    2. ④     3. ④     4. ③     5. ④     6. ④     7. ②     8. ②     9. ②      10. ④

          11. ③    12. ④     13. ③    14. ④     15. ①     16. ②     17. ①     18. ①    19. ③    20.④

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#발전기 #직류발전기 #중성축 #보극 #브러시 #분권전동기 #단절권 #병렬운전 #순환전류 #권선법 #형권 #변압기 #동기전동기 #파형 #변압기 #등가회로 #농형회전자 #역회전

1. 지상 50[m]에 위치하고 있는 60 [㎥]의 탱크가 있다. 20[kW]의 전동기로 물을 가득 채우고자 할 때 물이 가득 찰 때까지의

     소요되는 운전시간은 몇 분인가 ?  단, 효율은 70[%]이고 여유계수는 1.2 이다.

[답안작성]

2. 지상 20[m]의 위치에 500 [㎥]의 저수조가 있다. 이 저수조에 양수하기 위하여 20[HP]의 전동기를 사용한다면 몇 분 후에

    저수조에 물이 가득차겠는가 ?  단, 펌프효율은 75[%]이고 여유계수는 1.2 이다.​

3. 토출량 2,400 [ℓ/min], 양정 90[m]인 스프링클러 설비용 가압펌프의 동력은 몇 kW인가 ? 단, 펌프의 효율은 0.6이고

     축동력 전달계수는 1.1이다.​

4. 유량(토출량)이 3 [㎥/min], 전양정이 75 [m]인 소화전 펌프 전동기의 용량은 몇 [kW] 인가 ? 단, 펌프효율 η= 80 [%],

    역률은 75[%] 여유계수는 1.1이다.​

5. 토출량(유량) 2,400[ℓ/min], 양정 100 [m], 효율 0.6, 여유계수 1.1인 스프링클러설비용 펌프 전동기의 용량[HP]을

    구하시오.​

6. 8층 건물에 습식 스프링클러설비가 설치되어 있고, 폐쇄형 헤드의 기준개수가 10개이며, 층고가 3.8[m], 유량이

    80[ℓ/min]이다. 효율이 60[%]인 펌프로 부터 최고의 헤드까지 양수하고자 할 때 펌프모터의 용량 [kW]은 ? 단, 펌프로

    부터 최고의 살수헤드까지의 수직거리는 30 [m], 배관의 마찰 손실은 20[m], 전달계수는 1.1 이다.

[답안작성]

  ① 전양정 = 실양정 + 배관마찰손실 + 헤드개수 10

  ② 양수량 = (80 × 10) / (1,000×60) = 0.013 [㎥/sec]​

7. 용량이 300[㎥/min]이며 풍압이 35[㎜Hg]인 제연설비용 팬[FAN]을 설치하려고 한다. 이 팬을 운전하는 전동기의 소요

     동력은 몇 [kW]인가 ? 단, 팬(FAN)의 효율은 70[%]이고, 여유계수는 1.21이다.

[답안작성]​

8. 역률 0.6, 출력 20[kW]인 전동기 부하에 병렬로 전력용 콘덴서를 설치하여 역률을 0.9 로 개선하려고 한다. 이 때 소요

    되는 전력용 콘덴서의 용량은 몇 [kVA]가 필요한가 ?​

9. 폭 15 [m], 길이 20[m]인 사무실의 조도를 400[lx]로 할 경우, 전 광속 4,900[lm]의 형광등 40[W/2등용] 시설할 경우

    비상용 발전기에 연결되는 부하는 몇 [VA]이며 이 사무실의 회로는 몇 회로로 하여야 하는가 ? (단, 사용전압은 220[V]이

    며, 40[W] 형광등 1등당 전류는 0.15[A], 조명률은 50[%], 감광보상률은 1.3으로 한다.

  ① 부하​

  ② 회로수

10. 길이 15[m], 폭 10[m]인 방재센타의 조명률은 50[%], 전광속 2,400[lm], 조도를 400[lx]로 하고자 할 경우 형광등이 몇

       등 있어야 하는가 ? 단, 층고는 3.6[m] 이며 조명유지율은 80[%]이다.​

11. 가로 6[m], 세로 9[m], 광원의 높이 3[m]인 사무실에 조명등 (광속 2,500[lm], 40[W])을 시설하여 50[lx]로 하고자 할 때,

      방의 실지수를 구하시오. 또한 설치하여야 할 조명등의 수는 몇 개가 필요한가 ? (단, 조명률은 50[%]이고, 감광보상률

      은 1.25 이다)

  ① 실지수 = (X · Y) / H (X+Y) = (6×9) / 3 × (6+9) = 1.2

  ② 조명등의 수​

12. 지상 25[m] 되는 곳에 수조가 있다. 이 수조에 분당 20[㎥]의 물을 양수하는 펌프용 전동기를 설치하여 3상 전력을 공급

      하고자 할 때 단상변압기 2대를 V결선하여 이용하고자 한다. 단상변압기 1대의 용량[kVA]을 구하시오. (단, 펌프의

      효율이 70[%] 이고, 펌프측 동력에 15[%]의 여유를 두고, 펌프용 3상 농형 유도전동기의 역률은 85 [%]이다.)

13. 20[W] 피난구 유도등 10개가 AC 220 [V]에서 점등되었다면 공급전류는 몇 [A]인가 ? 단, 유도등의 역률은 60[%]이고,

      충전전류는 무시하며 전원공급방식은 단상 2선식이다.

   ▣ 회로전류 = 부하용량 / 공급전압 = 유효전력 / (공급전압 × 역률) = (20 × 10) / (220 × 0.6) = 1.52 [A]

​

14. 3 ф, 380[V], 60[Hz], 2P, 79[HP]의 스프링클러 펌프와 직결된 전동기가 있다. 이 전동기의 동기속도를 구하시오.

  ▣ 전동기 동기속도 Ns = 120 f / P = (120 × 60) / 2 = 3,600 [rpm]

​

15. 유도전동기의 부하에 사용할 비상용 자가발전기를 설치하려고 한다. 다음 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오.

  <조건>

   ⊙ 기동용량 : 300 [kVA]

   ⊙ 기동시 전압강하 : 20 [%]

   ⊙ 과도 리액턴스 25 [%]

 가. 발전기 용량은 이론상 몇 [kVA] 이상이어야 하는가 ?

 나. 발전기용 차단기의 차단용량은 몇 [MVA] 이상이어야 하는가 ? (단, 차단기 용량의 여유용량은 25[%]로 계산한다)​

16. 전동기의 주파수 50[Hz], 극수가 4일 때 회전속도가 1,440[rpm]이다. 주파수가 60[Hz]로 하면 회전속도는 몇 rpm이

       되는가 ? (단, 슬립은 50[Hz]와 동일하다)

17. P형 수신기와 감지기와의 배선회로에서 감지기가 동작할 때의 전류는 몇 [mA]인가 ? 단, 감시전류는 1.15[mA], 릴레이

       저항은 500[Ω], 종단저항은 20[kΩ]이다.​

18. P형 수신기와 감지기와의 배선회로에서 종단저항은 11[kΩ], 릴레이 저항은 550[Ω], 배선회로의 저항은 50 [Ω]이다.

      회로전압이 24[V]일 때 각 물음에 답하시오.

 가. 감시전류는 몇 [mA]인가 ?​

 나. 작동시(화재시) 전류는 몇 [mA]인가 ? (단, 감지기의 작동시 배선저항은 무시한다)​

19. 20[℃]에서 저항온도계수가 0.00393을 갖는 경동선의 저항이 100[Ω]이다. 온도가 100[℃]로 상승하였을 때 경동선의

      저항값은 몇 [Ω] 이겠는가 ?

    저항 R2= R1[1+ αt1 (t2- t1)] = 100 × [1+0.00393×(100-20)]=131.44 [Ω]

​

20. 단면적이 4[㎟]이고 길이가 1[㎞]인 경동선의 전기저항[Ω]을 구하시오.​

21. 다음 그림의 회로에서 단자 A, B에서의 합성정전용량을 구하시오.

  [답안작성]​

22. 알칼리축전지의 정격용량은 60[Ah], 상시부하 3[kW], 표준전압 100[V]인 부동충전방식의 충전기의 2차 출력은

      몇 [kVA]인가 ?​

23. 3상 3선식 380[V]로 수전하는 곳의 부하전력이 95[kW], 역률이 85 [%], 구내배선의 길이는 150[m]이다. 전압강하를

       8[V]까지 허용하는 경우, 배선의 굵기를 계산하고 이를 표준규격품으로 답하시오.​

24. 제어반으로 부터 배선거리는 90 [m]의 위치에 기동용 솔레노이드 밸브가 접속되어 있다. 사이렌이 명동될 때의

      솔레노이드의 단자전압을 구하시오. (수신기는 정전압 출력이라고 하고 전선은 2.5[㎟], 사이렌의 정격전력은 48[W],

       전압강하는 없다고 가정하며, 2.5[㎟] 동선의 ㎞당 전기저항은 5[Ω]이다)

25. 수신기와 200[m] 떨어진 장소의 지구경종 4개를 동시에 명동시킬 경우 선로의 전압강하는 몇 [V]인가 ? (단, 경종의

       용량은 24 [V], 1.44[VA], 수신기와 경종의 연결전선은 1.5[㎟] 연동선이며 전기저항은 다음 표와 같고 주위온도는

        20[℃]라 한다)

[답안작성]

   ▣ 전류 : I = 1.44 × 4 / 24 = 0.24 [A]

   ▣ 전압강하 : e = 2 I · R = 2 × 0.24 × (12.1 / 1,000) ×200 = 1.16 [V]

​

26. 경비실에서 460[m]의 거리에 위치한 공장(지상 7층, 지하 1층, 연면적 5,000[㎥])이 있다. 각 층별로 2회로씩 사용하며

       (총 16회로), 경종 50 [mA/개], 표시등 30 [mA/개]의 전류가 소모된다. 다음 각 물음에 답하시오. (단, 여기서 사용되는

       전선은 HFIX  2.5 [㎟]로 한다)

  가. 표시등의 총 소요전류는 몇 A인가 ? 소요전류 I = 30 × 16 = 480 [mA] = 0.48[A]

  나. 공장의 지상 1층에서 화재발생시 경종의 소요전류는 몇 [A]인가 ?

      ▣ 발화층, 그 직상 4개층 및 지하층 경보 : I = 50 × 2 × 6 = 600[mA] = 0.6 [A]

  다. 지상 1층에서 화재발생시 경비실에서 공장까지의 전압강하는 몇 [V]인가 ?​

  라. 자동화재탐지설비의 화재안전기준에 의하면 지구음향장치는 정격전압의 80 [%]에서 음향을 발할 수 있어야 한다.

        위 문항 다에서의 전압강하 결과치로 판단할 경우 음향을 발할 수 있는지 여부를 계산과정과 함께 설명하시오.

    ① 지구음향장치의 최소 작동전압 V1 = 24 × 0.8 = 19.2 [V]

    ② 출력전압 V2 = 24 - 7.07 = 16.93 [V]

    [답] 지구 음향장치는 정격전압의 80[%]의 전압(19.2[V]) 이상에서 작동한다. 그러나 출력전압이 최소 작동전압 보다

           낮으므로 음향을 발할 수 없다.

 마. 표시등 및 경종에 사용되는 전선의 종류를 쓰시오.

     ▣ HFIX : 450/750 [V] 저독성 난연 폴리올레핀 절연전선

 바. 우선경보방식의 기준에 대하여 쓰시오.

   ① 특정소방대상물 중 11층 이상 (공동주택은 16층 이상)에 적용

27. 단상 2선식 100[V]에 사용하는 정격소비전력 3[kW]인 전열기의 부하전류를 측정하기 위하여 50/5 변류기를 사용하였

       다. 전류계의 지시값은 몇 [A] 이겠는가 ?

   ▣ 전류 : I = P / V = 3 × 103 / 100 = 30 [A]

   ▣ 측정치 : 전류값 × 변류비 = 30 × 5/50 = 3 [A]

​

28. 전로의 절연열화에 의한 화재사고를 방지하기 위하여 절연저항을 측정하여 전로의 유지보수에 활용하여야 한다.

      절연저항 측정에 관한 다음 각 물음에 답하시오.

 가. 220 [V] 전로에서 전선과 대지 사이의 절연저항이 0.2[MΩ]이라면 누설전류는 몇 [mA] 인가 ?

 나. 감지기 회로 및 부속회로의 전로와 대지 사이 및 배선 상호간의 절연저항을 1경계구역 마다 직류 250 [V]의 절연저항

       측정기로 측정하는 경우 몇 [MΩ] 이상이 되도록 하여야 하는가 ? 0.1 [MΩ]

​

29. 참값이 24 [A]인 전류를 측정하였더니 24.5 [A] 이었다. 이 때 오차율[%]을 계산하시오.​

30. AC 220 [V]를 사용하는 전선로에 비상조명용 부하가 14,500 [VA] 걸려 있다. 이 전선로 분기회로의 최소수는 몇 회로인

      가 ? (단, 차단기의 용량은 15[A]이다.)​

31. 비상용 전원설비를 축전지설비로 하고자 한다. 사용부하의 방전전류-시간특성곡선이 그림과 같을 때 다음 각 물음에

       답하시오.

       (단, 용량환산시간 K값은 K1 =0.85(3분), K2=0.53(10분), K3 = 0.70(20)이다.)

 가. 보수율의 의미를 설명하고 그 값은 보통 얼마로 하는지 밝히시오.

   ▣ 보수율은 축전지의 용량저하를 감안하여 축전지의 용량 산정시 여유를 두는 정도를 말함

   ▣ 보수율은 보통 0.8을 쓴다.

나. 축전지와 부하를 충전기에 병렬로 접속하여 사용하는 충전방식은 ? 부동충전방식

다. 축전지의 용량은 몇 [Ah] 이상의 것을 택하여야 하는가 ?​

#전동기 #양정 #가압펌프 #스프링클러 #헤드 #풍량 #풍압 #효율 #조명률 #감광보상율

#형광등 #조도 #실지수 #유도전동기 #피난구 #주파수 #감지기 #릴레이 #저항값 #축전지 #정전용량 #알칼리축전지 #전압강하 #솔레노이드 #저항 #경종 #소비전력 #발화층

【전동기 기동법】

1. 유도전동기의 기동법

  ① 직입기동법 (전전압기동법) : 전원 전압으로 직접 기동하는 방법

    ▣ 전동기 단자에 전전압을 직접 인가하여 기동하는 방법으로 주로 소형 전동기에 사용되며 전동기기

        용량이 5.5 [kW] 미만에 사용된다.

  ② Y - △ 기동법

    ▣ 전동기에는 코일만 많이 감겨 있고 저항이 없으므로 코일에 의한 리액턴스가 발생하기전에는 초기 전류가 많이

         흐르므로 초기 기동전류를 작게 하기 위하여 전동기에 Y(Star)결선을 하여 기동하고, 정격운전(가속)이 된 후에는

         △(Delta)결선으로 변환하는 기동법으로 Y결선시 기동전류는 기동운전시의 1/3배로 작아지게 된다.

         주로 전동기용량이 5.5 ~37 [kW] 에서 사용되나 37[kW] 이상의 경우에도 사용하는 경우가 있다.

  ③ 기동보상기 기동법

    ▣ 기동용 3상 단권변압기 (기동보상기)로 전압을 감압하여 기동하는 방법으로 Y결선으로 기동을 하고 회전수가

         상승함에 따라 △ 결선으로 변경하는 기동방식이다.

         주료 전동기 용량이 22[kW] 이상에서 사용된다.

  ④ 리액터 기동법

    ▣ 기동보상기의 일종인 리액터를 이용하여 기동을 하며 리액터가 고가이며 조작이 복잡하며 리액터를 접속하여

          기동전류를 억제하여 기동하는 방법이다.

  ⑤ 반반 기동법 (단상전동기)

    ▣ 단상 유도전동기의 기동법으로 고정자가 여자되면 단락된 회전자 권선에 전압이 유기되고, 이 전압에 의해 전류가

         흐르고 자계가 형성되어 고정자권선이 만드는 자계와 상호작용으로 반발력이 발생한다. 기동토크는 전부하 토크의

         400~500% 정도이다.

​

【역률개선용 진상 콘덴서】

​

1. 방전코일을 설치하지 않는 경우

  ▣ 하나의 차단기로 부하와 진상콘덴서를 동시에 개폐하는 경우로서 부하에 있는 코일을 통하여 잔류전하를 방전시키므

      로 방전코일을 설치하지 않아도 된다.

  ※ 전동기에는 유도성 리액턴스가 많이 발생하므로 이 유도성 리액턴스를 상쇄하여 전동기의 역률을 개선하고자 콘덴서

      를 설치하게 되는데 전동기에 직접 콘덴서를 설치하는 경우이다.

2. 방전코일을 설치하지 않는 경우

  ▣ 하나의 차단기로 부하와 진상콘덴서를 동시에 개폐하지 않는 경우로서 방전코일을 설치하여 잔류전하를 방전시켜야

       한다.

   ※ 콘덴서를 전동기에 직접 연결하지 않고 회로에 연결하는 경우에는 콘덴서에 잔류 전하가 남게 되어 이를 제거하기

       위하여 방전코일을 선로간에 연결하여야 한다.

       즉 콘덴서에 축적되는 진상전류를 유도성 리액턴스로 다시 상쇄하게 된다.

【 출제 예상 문제 】

1. 역률개선용 콘덴서에 추가로 방전코일을 설치하여야 하나 실제 방전코일을 설치하지 않는 이유를 쓰시오.

   ▣ 부하에 있는 코일에서 발생하는 유도성 리액턴스가 잔류전하를 방전시키므로

​

2. 3상 380 [V] 30[kW] 스프링클러 펌프용 유도전동기이다. 기동방식은 일반적으로 어떤 방식이 이용되며 전동기의 역률이

     60[%]일 때 역률을 90[%]로 개선할 수 있는 전력용 콘덴서의 용량은 몇 [kVA]이겠는가 ?

  ① 기동방식 : Y-△ 기동방식 (이론상 기동보상기법)

  ② 전력용 콘덴서의 용량​

3. 콘덴서 회로의 주변기기에 대한 설명이다. 다음 각 물음에 답하시오.

  가. 투입시 과전압으로 부터 보호하고 개방시 콘덴서의 잔류전하를 방전시키며 콘덴서를 회로에서 분리시켰을 경우

        잔류전하를 방전시켜 위험을 방지하기 위한 목적으로 사용되는 것을 무엇이라고 하는가 ? 방전코일

  나. 제5 고조파에 따른 파형을 개선하는 기기를 무엇이라고 하는가 ? 직렬 리액터

​

4. 콘덴서 회로에 방전코일을 넣는 이유는 ? 콘덴서에 축적된 잔류전하를 방전시키기 위해

【 정류회로 및 전기 회로 】

​

1. 브리지형 정류회로

가. 콘덴서가 있는 회로

  ▣ 정류회로에 콘덴서를 설치하면 전하를 축적하게 되며 정류시에 파형을 완만하게 해 주는데 이를 콘덴서에 의한

       평활작용이라고 한다.

나. 콘덴서가 없는 회로

  ▣ 콘덴서가 없는 회로에서는 콘덴서에 의한 평활작용이 없게 되어 교류전압의 파형이 거의 그대로 나타나게 된다.

[참고] 단상반파정류회로

  ▣ 반파정류회로의 경우에는 파형이 끊어지는 단점이 있다.

【 세그먼트 구성 】

​

1. 세그먼트 구성회로

가. 세그먼트 회로

  ▣ 전광판 등의 숫자를 나타내는 구성회로로서 발광다이오드를 통해 구성한다.

나. 세그먼트 구성도

  ▣ 숫자판에서 각 구간에 발광다이오드를 설치하여 숫자를 나타낼 수 있다.

【 트랜지스터 (Transistor) 】

  ▣ 규소나 게르마늄으로 만들어진 반도체를 세 겹으로 접합하여 만든 전자회로의 구성요소로서 전류나 전압 흐름을 조절

        하여 증폭 및 스위치 역할을 한다.

【출제 예상 문제】

1. 다음은 브리지 정류회로 (전파정류회로)의 미완성 도면이다. 다음 각 물음에 답하시오.

  가. 정류 다이오드 4개를 사용하여 회로를 완성하시오.

  나. 회로내에서 C의 역할을 쓰시오 : 직류전압을 일정하게 하기 위하여

       ▣ 평활작용 : 정류의 파형을 완만하게 하기 위하여

​

2. 브리지형 전파정류회로와 출력전압의 파형을 그리시오 (단, 입력은 사용전원이다.)

3. 그림은 자동화재탐지설비의 R형 수신기 중에서 지구표시등회로의 일부분이다.

    다이오드 메트릭스 회로를 사용하여 경계구역을 표시하고자 할 때 다이오드를 추가하여 회로를 완성하도록 하라.

     (단, 그림의 1~8은 1~8 경계구역을 의미한다)

[답안작성]

4. 트랜지스터는 그 접합형태에 따라 npn 트랜지스터와 pnp 트랜지스터 2종류로 나눈다. 다음 트랜지스터의 구조를

     참조하여 기호(심벌)를 그리시오.

[답안작성]

#전동기 #기동법 #기동보상기 #리액터 #콘덴서 #방전코일 #직렬리액터 #역률

#정류회로 #세그먼트 #다이오드 #트랜지스터 #파형 #자동화재탐지설비

#경계구역 #메트릭스 #게르마늄 #규소

2. 3상 전원에서 6상 전압을 얻을 수 있는 변압기의 결선방법은 ? ④

  ① 우드브리지 결선            ② 메이어 결선               ③ 스코트 결선                 ④ 환상결선

[해설] 환상결선 : 3상 전원에서 6상 전압을 얻을 수 있는 변압기의 결선방법

​

3. 동기발전기의 병렬운전조건으로서 옳지 않은 것은 ? ④

   ① 상회전방향이 같을 것                         ② 발생전압의 크기가 같을 것

   ③ 기전력의 위상이 같을 것                    ④ 회전수가 같을 것

[해설] 동기발전기의 병렬운전 조건 : 기전력의 크기가 같을 것, 기전력의 위상이 같을 것,

            #기전력 의 주파수가 같을 것, 기전력의 파형이 같을 것, 상회전 방향이 같을 것

​

4. 직류발전기의 자극수 4, 전기자 도체수 500, 각 자극의 유효자속수 0.01[Wb], 회전수 1800[rpm]인 경우 #유기기전력 은

    얼마인가 ? (단, 전기자 권선은 파권이다.) ④

   ① 100 [V]                ② 150 [V]                    ③ 200 [V]                 ④ 300 [V]

[해설] #직류발전기 의 유기기전력의 크기​

5. 3상 유도전동기의 기동법이 아닌 것은 ? ③

   ① Y-△ 기동법              ② 기동보상기법                  ③ 1차저항 기동법                  ④ 전전압기동법

[해설] 3상 유도전동기의 기동법

   가. 농형 : 전전압기동법(직입기동법), Y-△ 기동법, 리액터 기동법, 기동보상기법, 콘도르퍼 기동법

   나. 권선형 : 2차 저항법

​

6. 서보전동기에 필요한 특징을 설명한 것으로 옳지 않은 것은 ? ②

   ① 정·역회전이 가능하여야 한다.

   ② 직류용은 없고 교류용만 있다.

   ③ 저속이며 원활한 운전이 가능하여야 한다.

   ④ 급가속, 급감속이 쉬워야 한다.

[해설] #서보전동기 (Servo motor)

   ▣ 직류전동기와 교류전동기가 있다. 정·역회전이 가능하다.

   ▣ 급가속, 급감속이 가능하다. 저속운전이 용이하다.

​

7. 농형 유도전동기의 속도 제어방법이 아닌 것은 ? ③

   ① 주파수를 변경하는 방법                     ② 극수를 변경하는 방법

   ③ 2차 저항을 제어하는 방법                  ④ 전원전압을 바꾸는 방법

[해설] 농형유도전동기의 속도 제어방법 : 주파수를 변경하는 방법, 극수를 변경하는 방법 전원전압을 바꾸는 방법

​

8. 다음 사항 중 직류전동기의 제동법이 아닌 것은 ? ③

   ① 역전제동             ② 발전제동              ③ 정상제동                   ④ 회생제동

[해설] 직류전동기의 제동법

   가. #발전제동 : 직류전동기를 발전기로 하고 운동에너지를 저항기 속에서 열로 바꾸어 제동하는 방법

   나. #역전제동 : 운전 중에 전동기의 전기자를 반대로 전환하여 역방향의 토크를 발생시켜 급속히 제동하는 방법

   다. #회생제동 : 전동기를 발전기로 하고 그 발생전력을 전원으로 회수하여 효율을 좋게 제어하는 방법

​

9. 직류 전동기 속도 제어 중 전압제어방식이 아닌 것은 ? ④

① 워드 레오너드방식              ② 일그너 방식              ③ 직병렬법          ④ 정출력제어방식

[해설] 직류 전동기의 속도 제어 (전압제어방식)

           ▣ 워드 레오너드방식, 일그너방식, 직병렬식, 쵸퍼제어법

​

10. 다음 단상 유도전동기 중 기동토크가 가장 큰 것은 ? ④

    ① 세이딩 코일형           ② 콘덴서 기동형            ③ 분상 기동형                ④ 반발 기동형

[해설] 기동토크가 큰 순서 : 반,콘,분,세

          ▣ 반발기동형 > 반발유도형 > 콘덴서 유도형 > 분상기동형 > 세이딩 코일형

​

11. 0.5[kV]의 수신기용 변압기가 있다. 변압기의 철손이 7.5[W], 전부하 동손이 16[W] 이다. 화재가 발생하여 처음 2시간은

      전부하 운전되고 다음 2시간은 1/2의 부하가 걸렸다고 한다. 이 4시간에 걸친 #전손실 전력량은 몇 [Wh]인가 ? ①

      ① 70               ② 76                 ③ 82                       ④ 94

[해설] 전손실 전력량​

14. 3상 유도전동기가 회전하는 기본적인 원리는 ? ③

   ① 2전동기설              ② #브론덴 법칙                  ③ 전자유도작용                 ④ #표피현상

[해설] 3상 유도전동기 : 3상 유도전동기가 회전하는 기본적인 원리는 전자유도작용 때문이다.

​

15. 단상 변압기의 3상 결선 중 △-△ 결선의 장점이 아닌 것은 ? ④

   ① 변압기 외부에 제3고조파가 발생하지 않아 통신장애가 없다.

   ② 제3고조파 여자전류 통로를 가지므로 #정현파 전압을 유기한다.

   ③ 변압기 1대가 고장나면 V-V결선으로 운전하여 3상 전력을 공급한다.

   ④ 중성점을 접지할 수 있으므로 고압의 경우 이상전압을 감소시킬 수 있다.

  [해설] 변압기 △-△ 결선의 장점

    ▣ 변압기 외부에 제3고조파가 발생하지 않아 통신장애가 없다.

    ▣ 제3고조파 여자전류 통로를 가지므로 정현파 전압을 유기한다.

    ▣ 변압기 1대가 고장나면 V-V결선으로 운전하여 3상 전력을 공급할 수 있다.

​

16. 출력 6[kW], 회전수 1,500[rpm]의 전동기 토크는 몇 [kg·m]인가 ?

    ① 3                    ② 3.9                ③ 4.6                      ④ 5.4

[해설] 전동기 토크​

17. 다음 중 3상 유도전동기에 속하는 것은 ? ①

   ① 권선형 유도 전동기     ② 세이딩코일형 전동기    ③ 분상기동형 전동기     ④ 콘덴서기동형 전동기

[해설] 3상 유도 전동기 : 농형 유도전동기, 권선형 유도 전동기

​

18. 다음 중 단상 변압기의 병렬운전 조건에 필요하지 않은 것은 ? ① 

   ① 용량이 같을 것     ②%임피던스 강하가 같을 것     ③ 극성이 같을 것      ④ 권수비가 같을 것

[해설] 변압기의 병렬운전조건

   ① 권수비가 같을 것   ② 극성이 같을 것   ③ 1·2차 정격전압이 같을 것  ④ %임피던스 강하가 같을 것

​

19. AC 서보 전동기의 전달함수는 어떻게 취급하면 되는가 ? ②

   ① 미분요소와 1차 요소의 직렬결합으로 취급한다.

   ② 적분요소와 1차 요소의 직렬결합으로 취급한다.

   ③ 미분요소와 2차 요소의 병렬결합으로 취급한다.

   ④ 적분요소와 1차 요소의 병렬결합으로 취급한다.

[해설] AC 서보전동기 : 적분요소와 1차 요소의 직렬 결합으로 취급한다.

​

20. 유도전동기의 회전력은 ? ③

    ① 단자전압에 비례한다.                                 ② 단자전압에 반비례한다.

    ③ 단자전압의 제곱에 비례한다.                     ④ 단자전압의 제곱에 반비례한다.

[해설] #유도전동기 의 #회전력​

1. 전동기 용량 산정

가. 양수 펌프용 전동기 용량 P [kW]

나. 권상기용 전동기 용량 P

예제) 양수량 Q=6 [㎥/min], 총양정 H=7.5[m]를 양수하는데 필요한 구동용 전동기의

         출력 P[kW]는 대략 얼마인가 ? (단, 펌프효율 η=75[%], 여유계수는 1.1 이다)

다. 유도전동기의 기동방식

  1) 농형 유도전동기의 기동방식

     ① 전전압 기동법 : 5[kW]

     ② Y-△ 기동법 : 5~15[kW] : 전압 1/√3, 토크, 전류 : 1/3

     ③ 기동보상기법 : 15[kW] 이상

     ④ 리액터 기동법

  2) 권선형 유도전동기의 기동방식

     ① 2차 저항 기동법

     ② 2차 임피던스 기동법

     ③ 게르게스 기동법

            r2 ↑ ⇒ S ↑ ⇒ τ ↑, I ↓

  ※ 직류 전동기의 속도 제어법

     1) 전압 제어법

     ① 일그너법 : 부하 (大)

     ② 워드 레오나드 : 부하 (小)

  2) 계자 제어법

  3) 저항 이용법 : 효율이 낮아 잘 사용 안함

​

2. 부하의 산정 ★★

가. 설비용량

  1) 표준 부하

    ① 건축물 종류에 따른 표준 부하 (P)

   ② 건축물 중 별도 계산할 부분의 표준부하 (Q)

   ③ 표준 부하에 따라 산출한 수치에 별도로 가산하여야 할 용량 [C]

     ▣ 주택, 아파트(1세대 마다)에 대하여 500~1,000 [VA]

     ▣ 상점, 진열장에 대하여 진열장 폭 1[m]에 대하여 300 [VA]

     ▣ 옥외 광고등, 전광사인, 네온 사인 등의 부하 [VA]

​

나. 부하의 용량 산정

예제) 점포가 붙어 있는 점포주택이 그림과 같을 때 주어진 참고자료를 이용하여 예상되는

         설비부하용량을 산정하고 분기회로수는 원칙적으로 몇 회로로 하여야 하는지 산정하시

          오. (사용전압은 220[V]라고 한다.)

다. 분기회로수 산정

   1) 부하설비 용량에 맞는 분기회로수

   2) 분기회로수 계산결과가 소수점 이하가 발생하면 절상

   3) 냉방기기 (에어컨디셔너) 및 취사용 기기의 용량이 110[V] 사용전압에서 1.5[kW]

       사용전압이 220[V]에서 3[kW]이상이면 전용 분기회로로 하여야 한다.

   4) 전류가 주어지지 않은 경우에는 16[A]를 기준으로 한다.

   5) 분기회로의 종류

예제) 어떤 건물의 평면도와 조건이 다음과 같을 때 여기에 배선설계를 하고자 한다.

          이 평면도와 조건들을 이용하여 분기회로수를 결정하시오.

   1) 수전전압은 220 [V]로 한다.

   2) 분기회로 전류는 15[A]를 기준으로 80[%]로 한다.

   3) 주거지역 가산 부하는 1000[VA/세대]로 한다.

   4) 에어컨디셔너의 소비전력은 1.5[kW]로 한다.

라. 설비불평형률

 1) 단상 3선식

   ① 설비불평형률

 ② 단상 3선식 설비불평형률은 40[%] 이하이어야 한다.

 2) 3상 3선식 또는 3상 4선식

   ① 설비불평형률

   ② 3상 3선식의 설비불평형률은 30 [%] 이하 이어야 한다.

[예제] 설비불평형률에 대한 다음 물음에 답하시오.

  (1) 저압, 고압 및 특별고압 수전의 3상 3선식 또는 3상 4선식에서 불평형 부하의 한도는

       단상 접속부하로 계산하여 설비불평형률은 몇 [%] 이하로 하는 것을 원칙으로 하는가?

      30 [%] 이하

  (2) 아래 그림과 같은 3상 3선식 수전인 경우 설비불평형률을 구하시오. (전열부하의 역률

       은 1이며, 전동기의 출력 [kW]를 입력[kVA]로 환산하면 5.2[kVA]이다.

[답안작성]