69

452P

10.20 타여자 분권발전기의 완전한 등가회로

역기전력 = 전기자전류 * 전기자회로저항 + 단자전압

전기자회로저항 = 전기자권선저항 + 보극권선저항 + 보상권선저항

70

452P

분권발전기를 정상상태로 가정하고

전기자회로에 키르히호프의 전압법칙을 적용하면

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453P

72

453P

분권전동기의 완전한 등가회로

보극과 보상권선을 가지는 분권전동기의 완전한 등가회로에서

정상상태로 가정하고 전기자회로에 키르히호프의 전압법칙을 적용하면

전기자역기전력 = 단자전압 – 전기자전류 * 전기자회로저항

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453P

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259P

유전

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454P

10.22 직류전동기의 일반적인 속도방정식-. 기본적인 속도방정식에 전기자회로에 대한 키르히호프의 전압법칙을 대입

식 (10-19)로부터

전동기회전수 = 역기전력 / (극자속 * 전동기상수)

조건 : 극자속은 0이 아니다.

전동기회전수 = (단자전압 – 전기자전류 * 전기자회로저항) / (극자속 * 전동기상수)

조건 : 극자속은 0이 아니다.

76

455P

-. 가속에 필요한 충분한 토크가 생성되는 것을 전제로 하였을 때

전동기의 여러가지 정수의 변화에 대한

일반적인 경향을 나타내며, 정상상태 속도를 계산하는데 적용할 수 있다.

주의 :

-. 경부하 분권전동기의 분권계자회로가 개방되면

기기는 위험스러운 높은 속도까지 가속된다.

-. 계자회로가 개방될 때 자속은 순간적으로 영으로 떨어지지 않는다.

-. 극철의 히스테리시스는 과도한 원심력으로 기기가 파손될 정도의 속도까지

가속하기에 충분한 잔류자속을 공급한다.

-. 자속의 감소에 의한 역기전력의 감소는 전기자전류의 증가

전기자전류의 증가가 BpIa(극자속밀도 * 전기자전류)를 증가시키게 되면

전동기는 가속된다. (식 10-17 참조)

77

455P

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455P

기준속도직류전동기의 기준속도(Base speed)

명판에 적혀 있으며, 정격전압, 정격축부하, 정격운전온도, 전기자와 분권계자에

직렬의 추가저항이 없는 상태에서의 속도를 의미한다.

직류기를 기준속도 이상으로 가속시키려면

-. 유기토크가

풍손과 마찰손에 의한 토크를 포함한 축에 걸리는 부하토크보다 커야 한다.

-. 속도를 감속시키려면

유기토크는 축부하, 마찰손, 풍손의 합에 의한 토크보다 적어야 한다.

유기토크를 변화시키려면 자속밀도나 전기자전류를 변화시켜야 한다.

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455P

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259P

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457P

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457P

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458P

10.23 속도 조절과정에서의 과도특성

전기자제어

1. 직류전동기의 속도를 기준속도 이하로 낮추기 위해서는

가감저항기나 저항기를 전기자에 직렬로 삽입한다.

2. 전기자와 직렬로 저항기를 삽입하면 전기자전류가 감소하고, 발생토크도 감소하며 회전속

도는 줄어든다.

기기가 감속함에 따라 역기전력이 감소하고, 전기자전류는 증가한다.

3. 전기자전류에 의한 발생토크가 풍손과 마찰손을 포함한 축에 걸리는 부하토크와

같게되는 t2 시간까지 증가했을 때, 전동기는 더 이상 감속하지 않으며 낮아진

새 정상상태 속도를 유지하며 운전된다.

4. 속도의 감소에 따른 풍손과 마찰손의 감소는 상대적으로 매우 작다.

최종 정상상태의 전기자전류는 저항기가 삽입되기 전의 상태에서의 값과 같다.

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459P

1. 전기자전류 감소

2. 발생토크 감소(전기자전류 감소)

3. 회전수 감소(전기자전류 감소)

4. 역기전력 감소(회전수 감소)

5. 전기자전류 증가(역기전력 감소)

6. 발생토크 증가(전기자전류 증가)

7. 회전수 감소(전기자전류 증가)

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458P

분권계자제어-. 직류전동기의 속도를 기준속도 이상으로 증가시키기 위해서는

저항기나 가감저항기를 분권계자회로에 직렬로 삽입한다.

-. 분권계자회로의 유도성시정수(Inductive time constant)는

계자전류의 급격한 변화를 방해한다.

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460P

1. 극자속 감소 (∵계자전류 감소)

2. 역기전력 감소(∵극자속 감소)

3. 전기자전류 증가 (∵역기전력 감소)

4. 토크 증가((∵전기자전류 증가)

5. 회전수 증가(전기자 전압강하 증가)

6. 역기전력 증가(회전수 증가)

7. 전기자전류 감소(역기전력 증가)

8. 토크 감소 (∵ 전기자전류 감소)

9. 회전수 안정

전동기는

내부에서 유기되는 토크가 부하토크보다

큰 기간 동안에만 가속된다.

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461P

10.24 계자감소에 의해 속도를 증가시킬 때의 예방조치

-. 분권계자전류를 급격히 감소시키면

매우 큰 전기자전류가 발생하고 만일 차단기나 다른 보호장치가 작동하지 않는다면

정류자와 브러쉬가 손상을 입을 수 있다.

-. 분권계자의 가감저항기 제어를 통한 속도변화는 천천히 이루어져야 한다.

대형의 고관성기기가 소형기기에 비하여 손상을 입기 쉽다.

소형기기는 빨리 가속되어 역기전력이 증가하고 전기자전류도 빨리 감소한다.

분권계자에 의한 최대 허용가능한 속도는

-. 원심력, 정류상의 문제들에 의해 제한된다.

-. NEMA에는 산업용 직류전동기의 속도조절 정격을 제시

-. 일반적으로

기준속도의 25%에 해당하는 비상과속상태에서 1분 동안만 견딜 수 있다.

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461P

기계적출력과 발생토크직류전동기에서 발생되는 기계적출력은

전기자회로에 들어오는 총입력에서 전기자회로에서의 동손을 뺀 값과 같다.

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461P

양변에 Ia를 곱하여 간략히 하면

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462P

식(10-30)은

인가전압이 역기전력과 반대방향으로 전기자에 흐를 때 발생하는 기계적 일이다.

가해진 힘과 마찰력이 서로 반대방향이면서

크기가 같을 때 일정한 속도로 움직이는 물체와 유사하다.

마찰력과 반대방향으로 물체를 움직임으로써 일을 하게 되는 것이다.

93

462P

전동기 명판과 NEMA발생토크와 회전자속도로 표현되는 출력

식(10-33)은 회전하고 있는 직류기에만 적용된다.

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463P

직류기가 정지하여 있거나, 기동하지 못했다면 속도는 0이 되고, 역기전력도 0이 되어

식(10-33)은 부정이 된다.

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463P

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464P

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464P

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464P

10.26 손실과 효율

직류전동기의 전력 흐름

-. 철손은

전기자와 자극에서 발생하는 히스테리시스손실과 와전류손실의 합이다.

-. 표류부하손은

정류를 거치는 코일에서의 손실과 전기자의 저항손실에서 고려하지 않은

구리선에서의 와전류손을 포함한다.

-. 표류부하손은

전체출력의 약 1% 정도이다.

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465P

브러쉬접촉강하(Brush contact drop) 또는 브러쉬강하(Brush drop)

-. 크기는 상대적으로 작다.

-. 두개의 브러쉬를 포함하며, 모든 부하에서 일정하다.

0.5V : 금속-흑연 브러쉬의 경우

2.0V : 전기흑연브러쉬 또는 흑연 브러쉬

효율

직류기의 전체 효율은 다음과 같다.

100

464P

분권전동기의 전력흐름도

101

465P

타여자분권발전기의전력흐름도

102

466P

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467P

104

467P

105

467P

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259P

10.27 직류전동기의 기동

회전자구속(Blocked-rotor 또는 Locked-rotor)

-. 전동기에 전압이 인가될 때

전동기와 축부하의 관성은 갑작스러운 회전을 방해한다.

이 효과는 회전자가 물리적으로 구속되어 있는 것과 같다.

이러한 조건에서의 전류와 발생토크 값을 회전자구속이라 한다.

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468P

전기자에 흐르는 전류는

회전자 구속시 속도는 0으로 역기전력이 없으므로 회전자구속시의 전류는

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468P

수동기동기

분수마력을 제외한 직류전동기는 기동할 때

-. 전기자회로의 기동전류를 제한하기 위한 기동저항이 필요

-. 기동저항은 역기전력이 전기자전류를 안전한 값으로 충분히 커질 때까지

회로에 접속

-. 기동저항의 값은 기동토크의 요구량에 따라

정격전류의 150%에서 250%까지로 전류를 제한하도록 선택

분권계자는 기동 시 전전압(Full line voltage)에 연결되어야

토크를 발생하기 위한 전기자전류가 상대적으로 적어진다.

109

469P

• 레버를 움직여 첫 번째 접점에서 가감저항기의 모든 저항이 전기자와 직렬 접속

• 기기가 가속되면 레버는 운전위치로 천천히 이동, 과열에 의한 저항기의 손상을 방지

하기 위하여 레버는 중간위치, 기동위치에서 너무 오래있으면 안 된다.

• 저항기는 단시간정격이며, 속도제어용으로 사용해서는 안 된다.

110

469P

홀딩코일

-. 홀딩코일은 모든 저항이 제거된 후에도

가감저항기의 레버를 운전위치에 잡아두는 역할을 한다.

-. 분권계자코일과 직렬로 접속되어, 계자회로가 개방되면

코일의 에너지를 제거하여 스프링이 레버를 OFF영역으로 잡아당기도록 한다.

-. 스프링은 전압에 문제가 있거나 레버가 중간위치에 머물러 있게 되면

레버를 OFF 위치로 되돌려 놓아 가감저항기의 손상을 방지한다.

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