481P

11.2 분권전동기(shunt motor)-. 분권전동기는 정속도 전동기이다.

-. 하지만,

부하가 증가할 때 전기자반작용에 의한 미약한 계자의 약화에 의하여

속도가 약간 증가 할 수 있다.

-. 주된 응용분야 :

원심력펌프, 팬과 같은 낮은 기동 토크가 요구되는 부하

482P

11.3 복권전동기(Compound motor)-. 분권계자권선 위로

직권계자권선(series field winding)이라는 굵은 권선을 갖는다.

-. 직권계자권선은 전기자권선과 직렬로 연결되어,

전기자전류에 비례하는 기자력이 발생되며, 분권계자기자력과 같은 방향의 자속발생

-. 산업용의 복권전동기는

정격부하에서 총기자력의 50% 정도를 직권계자에서 얻는다.

483P

복권전동기의 회로도

421P

안정화된 분권전동기(stabilized-shunt motor) -. 복권전동기중에서 전기자반작용에 의한

등가감자기자력(Equivalent damagnetization)을 상쇄시키기에 충분한 기자력을

제공하면서 아주 미약한 속도저하특성을 갖도록 설계된 직권계자를 갖는 전동기

-. 직권계자권선은 극당 0.5에서 1.5권수를 가지며

정격부하에서 총 계자기자력 중 대략 3%에서 10% 정도를 담당한다.

-. 속도는 부하 증가에 따라 미약한 강하만이 있으며, 거의 일정하게 운전된다.

-. 용도 :

일정속도 및 중간정도의 기동토크가 요구되는 분야

483P

11.4 차동결선에 대한 주의-. 직권계자권선과 분권계자권선의 연결은 기자력이

서로 더해지는 방향(화동결선)으로 결선

반대방향으로 결선(차동결선 : differential connection)시에는

-. 직권계자기자력은 분권계자기자력을 상쇄하는 방향이 된다.

부하가 증가하면 총기자력이 감소하게 되고, 속도가 과도하게 증가하게 된다.

-. 유도성시상수(inductive time constant)의 차이로 초기 전원투입 시

직권계자전류는 분권계자전류보다 빨리 자속을 형성하여, 전동기는 잘못된 방향으로

회전하기 시작

오결선 시 부하 및 극당 직권계자의 권수에 따른 유형

1. 속도가 줄다가 멈추게 되고, 과전류보호기기가 모선으로부터 기기를 차단

2. 속도가 줄다가 멈추며, 반대방향으로 회전하고 위험할 정도의 고속으로 가속

3. 속도가 줄다가 멈추고, 다시 반대로 돌다가 속도가 줄어 멈추며, 다시 반대로 도는

운전을 차단기가 작동하여 모선에서 분리되기 전까지 반복한다.

484P

11.5 복권전동기의 역전-. 복권전동기 또는 안정화된 분권전동기의 회전방향의 역전

전기자권선의 전원연결을 바꾸거나,

직권 및 분권계자권선 두 개의 전원연결을 반대로 한다.

484P

-. 직권계자만 반대로 연결하거나, 분권계자만 반대로 결선하면 차동결선이 된다.

-. 전기자권선, 보극권선, 보상권선은 모두 한 개의 선로로 취급하여

마치 한 단위인 것처럼 접속을 반전시켜야 한다.

-. 보극권선과 보상권선을 반대로 하지 않은 채 전기자권선만 반대로 연결하면

정류자와 브러쉬 접촉면에서 심한 아크를 발생한다.

484P

11.6 직권전동기(series motor)-. 기본자속을 제공하는 분권권선이 없고 굵은 직권계자로 설계

분권계자권선이 없기 때문에 축에 부하가 제거된 채로 운전하면

1. TD＞Tload가 되어 위험할 정도의 속도까지 가속된다.

2. 역기전력이 증가하면서 전기자전류는 감소하기 시작하고, 직권계자자속이 감소한다.

속도의 증가와 자속의 감소라는 상반된 동작이 동시에 일어남으로 역기전력이

속도에 비례하여 증가하지 못하고, Ia 는 속도증가에 따라 천천히 감소한다.

3. 발생되는 토크는 BPIa에 비례하고, 전기자전류와 자속밀도가 빨리 감소할 수

없으므로 부하가 없어지면 가속이 지속되고, 마침내

원심력에 의해 기계가 파손되는 사태에 이른다.

4. 직권전동기는 부하와 솔리드커플링이나 기어에 의해 직접 연결되어야 하며

벨트를 이용한 구동은 허용되지 않는다.

5. 부하의 최소치는 속도를 안전한 값 이내로 제한할 수 있어야 한다.

484P

직권전동기의 회전방향의 역전

-. 전기자-보상권선 선로에 흐르는 전류방향을 바꾸거나 직권계자권선에 흐르는

전류방향을 바꾸면 된다.

485P

11.7 자기포화가 직류전동기 성능에 미치는 영향자기포화에 의한 영향 때문에 극자속은 인가기자력에 비례하지 않는다.

여러 가지 운전조건에 대한 전동기의 특성과 속도의 정확한 값을 알기 위해서는

자화곡선을 사용하여야 하며

각 기계에 대한 자화곡선은 제작사로부터 구할 수 있다.

486P

극자속을 계산하기 위한 총 기자력은

분권계자권선, 직권계자권선, 전기자반작용에 의한 성분을 모두 포함한다.

일반적인 경우, 극의 축방향으로 작용하는 모든 기자력은

주 의

486P

직류전동기의 발생토크 및 속도는

487P

다른 값의 극자속 및 전기자전류가 발생토크 및 기기속도에 미치는 영향을 알아보기

위한 문제를 풀 때

자속 프린징은 무시하고 식(10-17) 및 식(10-26) 비례관계를 이용하면 편리하다.

494P

11.8 선형근사자계의 변화와 관련된 문제를 풀 때

자화곡선이 주어지지 않았다면 자기포화를 무시한다는 가정하에

대략적인 근사값을 얻을 수 있다.

복권전동기의 직권계자의 경우

특히 회전자구속시 라든지 심한 과부하조건하에서는 아주 심한 자기포화현상이

일어날 수 있다.

복권전동기의 회전자구속시 또는 과부하조건하에서 속도 및 토크 값을 구할 때

자기포화효과를 무시하게 되면 기본적으로 오차가 발생할 수 밖에 없다.

총기자력이 정격치보다 낮은 값에서 운전하는 조건에서는

선형가정을 통한 근사를 사용해도

가감저항기의 저항값에 대한 근사치를 얻을 수 있다..

495P

토크 및 속도에 대한 선형근사식은

-. 자속과 자속밀도를 총기자력으로 표현하여 얻을 수 있다.

-. 자기포화효과를 무시하는 것으로 가정할때

식(11-2)와 식(11-4)는

495P

직권전동기-. 직권전동기의 운전범위가 비포화영역이고, 전기자반작용을 무시할 수 있거나

보상권선이 사용된다면

직권전동기에 대한 식(11-6)은

식(11-8)과 같은 조건에서

직권전동기에서 발생되는 토크는 전기자전류의 제곱에 비례한다.

498P

11.9 직류전동기의 정상상태 운전특성비교

일정전압 직류전원으로 운전되는

동일한 토크 및 속도정격을

가지는 분권(shunt), 복권

(compound), 직권(series)전동기

의 정상상태 운전특성곡선이다.

498P

분권전동기(shunt motor)의 속도-. 무부하에서 정격부하에 걸쳐 비교적 일정하며,

이는 분권계자에 의해 제공되는 일정한 자속에 기인한다.

-. 속도변동률은 대략 5% 정도이다.

-. 내부발생토크는 자속밀도와 전기자전류에 관련되어 있다.

-. 분권전동기의 일정계자는

전기자전류의 변화에 거의 선형적으로 변하는 토크를 발생하게 된다.

-. 분권전동기는

정속도가 필요하고, 큰 기동토크는 필요 없는 부하에 폭 넓게 사용된다.

원심펌프, 팬, 권선 릴(winding reel), 컨베이어, 공작도구 등

이들과 유사한 특성의 부하를 구동하는데 사용

499P

복권전동기(compound motor)-. 같은 정격, 같은 기준속도를 갖는 분권전동기에 비하여

정격전류 이상의 전기자전류가 흐르는 영역에서는 큰 토크를 발생한다.

그러나, 높은 토크에서는 속도가 낮아진다.

-. 속도변동률은 일반적으로 15%에서 25% 정도이다.

-. 높은 기동토크를 필요로 하거나, 맥동하는 부하에 폭 넓게 응용된다.

전기삽, 금속쇄광기, 왕복운동하는 펌프, 호이스트, 압축기, 이와 유사한 특성부하

-. 맥동하는 부하에 에너지요구량을 평활하게 한다.

-. 가동동작주기에서

전동기의 속도는 늦어지면서 움직이는 부분에 저장되어 있는 에너지를 방출하고

동시에 큰 내부토크를 발생한다.

-. 회복동작주기에서

전동기는 가속되고 움직이는 부분은 에너지를 회복한다.

따라서

전기시스템으로부터 에너지 필요량은 분권전동기를 사용하는 경우보다 적다.

분권전동기는 운전 중에 일정속도를 유지하려는 경향이 있어 전기시스템으로부터

과도한 전류를 흐르게 한다.

499P

499P

직권전동기(series motor)-. 경부하에 대한 전부하속도의 비율이 높고 큰 기동토크를 갖는다.

호이스트, 전기기관차, 이와 유사한 특성 부하를 구동하는데 사용된다.

속도곡선에서처럼

부하를 완전히 제거하면, 전동기는 폭주하게 된다.

부하와 기어나 솔리드커플링을 통하여 직접 연결되어 있어야 하며

제거될 수 있는 부하나 과속을 유발할 정도로 부하가 줄어들 가능성이 있는 부하에

사용하여서는 안 된다.

499P

11.10 가변전압 구동시스템(adjustable-voltage drive system)-. 분권전동기나 안정화된 분권전동기를 가속, 감속 속도를 제어하기 위해 사용된다.

-. 분권계자에 공급되는 전압은 일정하게 유지하면서

전기자에 공급되는 전압을 조절한다.

워드레오나드(Ward-Leonard)시스템

500P

-. 구동원동기는 디젤엔진이나 터빈 또는 일정한 속도를 제공하는 다른기기

-. 별도의 소형발전기가 여자모선에 전원을 공급한다.

-. 발전기의 가감저항기로 아주 느린 속도부터 기준속도까지

속도를 제어할 수 있으며, 발전기의 극성을 바꾸어 회전방향을 바꿀 수도 있다.

-. 파선은 전동기의 회전방향을 바꾸는 슬라이딩 접점의 위치를 나타내며

두 개의 슬라이딩 접점이 중앙에 있으면 전기자전류는 0이 된다.

비록 현대적인 제어방식들에 의해 사라지긴 했지만

워드레오나드 시스템은 일부 오래된 광산의 호이스트나 전기삽, 압연기 등에 사용

새로운 플랜트나 오래된 플랜트를 현대화 할 때는 구동시스템으로

반도체제어를 사용한다.

501P

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11.11 발전제동, 플러깅, 조깅-. 직류전동기는

회전체에 저장되어 있는 에너지를 전기에너지로 바꾸고

저항기를 통하여 열로 발산시킴으로써 빠르게 속도를 줄일 수 있다.

전동기를 전원으로부터 분리한 후

-. 분권계자가 최대자속을 발생하도록 유지하면서 전기자에 저항을 연결한다.

-. 전동기는 발전기처럼 동작하며, 저항에 전류를 공급하면서 I2R의 비율로 열을 발생.

-. 저항기의 열용량정격은 사용되는 물질과 물리적인 크기에 의하여 결정된다.

-. 저항값 R은 일반적으로 정격전류의 150%에서 300%의 전기자전류가 흐를 수

있도록 선정한다.

-. 렌쯔의 법칙에 따라 발전제동에 의하여 발생되는 전기자전류는 전기자의 움직임을

반대하는 방향이 되고, 이러한 음의 토크 또는 역방향토크가 기기의 속도를 늦춘다.

발전제동은

-. 엘리베이터나 윈치로 무거운 부하를 하강시킬 때, 혹은 전기기관차가 내리막길을

내려갈 때와 같은 경우에 발생하는 능동적 부하상태(Overhauling)에서

속도를 제한하는데 유용하다.

-. 에너지를 저항기로 소모하므로 저항제동(resistive braking)이라고도 한다.

502P

-. 정상 전동기 동작에서 접점 M1과 M2는 닫혀 있고 M3는 열려있다.

-. 발전제동동작 상태에서는 접점 M1과 M2는 열리고 M3는 닫혀 있다.

발전제동(DB dynamic Braking)회로에는 직권계자권선은 포함되지 않는다.

이 권선이 포함되면, 차동권선형태가 되어, 직권계자권선에 흐르는 전류가 분권계자

권선기자력과 반대방향으로 기자력을 형성하여 Ea값이 낮아져 제동효과를 줄인다.

충분히 감속되었을 때 전동기회로는 개방되고,

기기를 완전히 정지시키고자 할 때는 기계적인 브레이크가 필요하다.

전자기적인 자기해제 스프링이 있는 브레이크

503P

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회생제동(Regenerative braking)-. 부하에 저장되어 있는 에너지를 전기에너지로 바꾸어 전기시스템으로 되돌린다.

-. 능동상태의 부하는 주어진 인가전압에서 정상적으로 회전하는 것보다 빠른 속도로

전동기를 회전하여, 인가전압보다 더 큰 기전력을 발생시킨다.

즉, 발전기로 작용한다.

회생제동은

직권전동기의 계자를 직렬 전류제한저항기를 통해 전원에 병렬로 연결하거나,

저전압 직류발전기에 의하여 별도로 여자하지 않으면

직권전동기에서 사용할 수 없다.

504P

플러깅(Plugging)-. 전동기가 정지되기 전에 전동기의 인가저압을 반전시키는 것

-. 플러깅은 긴급정지, 빠른반전, 기기의 큰 관성에 의한 긴 정지시간을 단축에 사용

-. 전동기는 전기자에 인가전압을 반대로 공급함으로써 반전상태로 전환된다.

직권계자권선, 분권계자권선의 전류방향은 반전되어서는 안 된다.

-. 충분한 크기의 저항을

전기자회로에 직렬로 삽입하여 과도한 전류에 의하여 차단기가 작동되거나,

정류자와 브러쉬 접촉면이 손상되는 것을 방지해야 한다.

-. 정상적인 운전

접점M은 닫혀 있고 접점 PL은 열려

있다.

경로는 실선의 화살표

-. 플러깅동작 운전

접점M은 열리고 접점 PL은 닫힌다.

경로는 파선의 화살표이다.

505P

조깅(Jogging) -. 전동기에 아주 단시간동안 전원을 인가하여 회전자를 약간 회전하는 것

-. 조깅은

엘리베이터의 위치를 맞추거나

서로 다른 기기 사이의 위치를 일치시키는데 사용된다.

-. 조깅운전을 할 때는

전기자에 직렬로 저항을 삽입하여 전기자전류를 제한하여야 한다.

506P

11.12 직류전동기 단자표시의 표준 및 결선-. 회전방향은

구동축의 반대방향에서 보았을 떼의 방향이다.

-. 차동결선의 근본적인 위험성 때문에

복권전동기에 표식이 없는 단자가 있다면 연결하기 전에 분권 및 직권권선의

상대적인 극성을 시험하여 결정하고, 적절한 표시를 실시하여야 한다.

506P

NEMA 표준에 따른 직류전동기의 표준단자표식 및서로 다른 회전방향에 대한 적절한 결선(분권전동기)

506P

NEMA 표준에 따른 직류전동기의 표준단자표식 및서로 다른 회전방향에 대한 적절한 결선(복권전동기)