직류분권전동기의 부하특성(사전)

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로 큰 부하에서는 오히려 약간 빨라진다. 따라서 분권전동기의 속도는 부하의 증가에 대하여 거의 일정한 속도로 운전된다. 그러므로 분권전동기는 정속도 특성을 갖는 전동기라고 한다.
직류 전동기의 토크 는 이므로 부하가 커지면 가 증가하며 의 증가에 비례하여 토크도 증가한다. 모든 에너지 변환장치의 효율은 100%가 못된다. 분권전동기에서도 전동기에 공급된 전력에 비해 기계적으로 전환된 동력 에너지의 양은 적다. 즉 입력에서 손실을 빼는 나머지가 다른 일을 할 수 있는 출력이 되므로 전환되는 동력 에너지는 작다. 입력과 출력 사이의 전력 차이는 열의 형태로 발산되므로 이를 기계의 열손실이라 한다.
(참고) 분권 전동기
전기자 회로와 분권 계자 회로는 일정 직류 전압원 Vt에 병렬로 접속되어 있다.
계자 회로에 외부 계자 조정저항을 삽입하여 전동기의 속도를 조절한다.
계자 회로와 전기자 회로 모두가 일정 직류 전원에 연결되어 있기 때문에 타여자일 때와 분권여자일 때의 결선은 동일하다.
정상상태 동작 방정식
1. 전력의 흐름과 효율
그림 4.49a 내분권 형태의 복권 직류전동기를 표시, (b)는 발전기로 동작하는 직류기의 여러 가지 전력과 손실을 표시, (c)는 전동기로 동작하는 직류기의 여러 가지 전력과 손실을 표시한 것이다.
직류기의 효율은 다음과 같이 표시할 수 있다.
2. 토크-속도 특성 곡선
직류전동기 : 기계적인 부하를 구동하는 데 사용
전동기에 인가된 부하의 크기가 변하더하도 속도가 일정해야 하는 경우
넓은 범위에 걸쳐 속도를 변화시켜야 하는 경우
타여자 직류 전동기의 토크-속도 곡선
(4.39)
(4.40)
(4.41)
(4.42)
단자 전압과 Vt와 자속Ф가 일정하다면 토크-속도 특성 곡선은 그림 4.51과 같다.
속도 변동율이 우수하다.(즉 토크가 증가해도 속도는 크게 감소하지 않는다.)
전기자 반작용이 발생하면 자속 Ф가 감소하기 때문에 속도는 그림4.51보다 더욱 감소한다.
(즉 전기자 반작용은 직류기의 속도 변동율을 증가시킨다.)
속도 제어방식
1.전기자 전압 제어(Vt)
2.계자 제어(Ф)
3.전기자 저항 제어(Ra)
3. 전기자 전압 제어
전기자 회로의 저항(Ra)와 계자 전류(If) : 고정(constant)
속도제어 : 전기자 단자 전압 Vt 변화
전기자 반작용을 무시한 속도식은 다음과 같다
(4.43)
여기서 K1=1/KaФ
K2=Ra/(KaФ)2
부하토크가 일정한 경우(a) : 속도는 단자 전압 Vt에 따라 선형적으로 변한다.
단자 전압이 일정하고 부하 토크가 변하면 속도는 Vt에 의해 조정할 수 있다.(b)
단자 전압을 조정하여 속도가 변할 때 전기자 전류는 일정하므로 식(4.39)에서 다음을 알 수 있다.
즉 Vt가 증가하면 속도가 선형적으로 증가한다.(c)
Ia가 일정하면 토크도 일정하다.(식, 4.40)
전원으로부터 공급되는 입력 전력(P=VtIa)도 일정하다.(c)
Ra를 무시하면 속도가 0일때 Vt,Ea, P 는 0이고, 속도가 증가함에 따라 선형적으로 변한다.(d)
전기자 전압 제어 방식의 특징
속도를 0에서 기준 속도까지 연속적으로 변화시킬 수 있다.
전기자 회로에 가변 직류 전압을 공급해야 하기 때문에 비용이 많이 든다.
4. 계자 제어(Field Control)
전기자 회로의 저항(Ra)와 단자 전압 Vt: 고정(constant)
속도제어 : 계자회로의 계자 전류(If), 계자회로 내의 저항 조정기(Rfc)를 이용해 전류를 조정
자기회로 특성이 선형이라면 자속 Ф는 계자 전류 If 에 비례한다.
(4.44)
(4.45)
무부하시의 속도 ωm : 계자 전류에 반비례한다. 계자 회로가 끊어지면 속도는 위험할 정도로 높아진다.
임의의 If 에 대한 속도 ωm
(4.46)
여기서 : 무부하 속도
If 값이 고정되었을 때 부하 토크가 증가하더라도 속도는 특정범위 내에서 거의 일정하다. (c) If 를 조절하면 속도를 바꿀 수 있다. 따라서 정속도 제어뿐만 아니라 가변속 제어에도 사용될 수 있다.
일정 출력 운전
전기자 전압 제어 : 속도를 0에서 기준 속도까지 변화시킬 때
약계자 방식 : 기준 속도 이상으로 속도를 증가시킬 때 계자 전류를 줄여 출력이 일정하도록 제어
약계자 영역에서는 속도가 증가하면 토크는 감소한다.
, 일정
계자 제어의 특성
저전력의 계자회로에서 수행하기 때문에 적용하기 쉽고 비용이 적게 든다. 계자 회로의 인덕턴스가 크기 때문에 계자회로의 전류 변화가 느려 속도 응답이 늦다.
5. 전기자 저항제어
계자 전류(If)와 단자 전압 Vt: 고정(constant)
속도제어 : 전기자 회로의 저항을 바꾸어서 속도제어, 저항 조정기(Rae)를 이용해 전류를 조정
속도는 식(4.42)로부터
(4.47)
(4.46)
여기서 : 무부하 속도
그림(b)에 전기자 회로의 여러가지 외부 저항치에 대한 속도-토크 특성을 보여주고 있다. 전기자 전류 Ia (결국 토크)가 일정한 상태에서 다양한 속도를 얻기 위해서는 Rae 를 조정한다.
그림 4.54c는 일정 토크 운전을 할 때의 속도 저항 특성 곡석이다.
그림 4.54d에서와 같이 일정 토크에서 외부 저항 Rae 를 변화시킴으로써 속도는 0에서부터 기준속도까지 제어 할 수 있다.
[4] 사용 기구 및 재료
(1) 전원 공급 장치(EMS 8821, A.C 120[V], D.C 0-120[V]) - - - - - - 1대
(2) 직류 전압 전류계 (EMS 8412 200[V] 5[A]) - - - - - - - - - - - - - 1대
(3) 직류 전동 발전기 (EMS 8211) - 1대
(4) 전기 동력계 (EMS 8911) - 1대
(5) 회전 속도계 (EMS 8920) - 1대
(6) 타이밍 벨트 (EMS 8942) - 1대
(7) 리드선 (EMS 8941) - 약간
[5] 주의 사항
(1) 전류계 및 전압계를 회로에 접속할 때는 계기의 비례 눈금의 크기가 맞는가 확인한다.
(2) 전원 공급장치의 스위치를 ON으로 할 때는 전압 조정 손잡이가 0점에 있는가를 확인 하고 0점에 맞추고 스위치를 ON으로 한다.
(3) 전동기에 과부하 전류가 흐르는 상태로 실험 할때에는 실험 시간이

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직류분권전동기,   부하특성,   전동기,   분권전동기