직류전동기 사전보고서 (직류 분권 전동기의 부하 특성, 직류 직권 전동기의 토오크 대 속도에 관한 탐구 및 효율 계산, 직류 복권 전동기의 토오크 대 속도에 관한 탐구 및 효율 계산, 귀한 제어 방식에 의해 속도

목차

실험지시서 3 - 직류 분권 전동기의 부하 특성
[1] 제목
[2] 목적
[3] 관련 이론
[4] 사용 기구 및 재료
[5] 주의 사항
[6] 실험방법
[7] 연구 고찰 사항


실험지시서 4 - 직류 직권 전동기의 토오크 대 속도에 관한 탐구 및 효율 계산
[1] 제목
[2] 목적
[3] 관련 이론
[4] 사용 기구 및 재료
[5] 주의 사항
[6] 실험방법
[7] 연구 고찰 사항


실험지시서 5 - 직류 복권 전동기의 토오크 대 속도에 관한 탐구 및 효율 계산
[1] 제목
[2] 목적
[3] 관련 이론
[4] 사용 기구 및 재료
[5] 주의 사항
[6] 실험방법
[7] 연구 고찰 사항


실험지시서 7 - 귀한 제어 방식에 의해 속도 제어를 하면 전동기의 부하가 변화하더라도 안정된 운전을 하게 됨을 확인함에 있음
[1] 제목
[2] 목적
[3] 관련 이론
[4] 사용 기구 및 재료
[5] 주의 사항
[6] 실험방법
[7] 연구 고찰 사항


<참 고 자 료>
1. 분권전동기
2. 직류 전동기
3. 분권 전동기
4. 전력의 흐름과 효율
5. 토크-속도 특성 곡선
6. 전기자 전압 제어
7. 전기자 저항제어
8. 직권 전동기
9. 직류 복권 전동기

본문내용

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
n 계자 제어의 특성
저전력의 계자회로에서 수행하기 때문에 적용하기 쉽고 비용이 적게 든다.
계자 회로의 인덕턴스가 크기 때문에 계자회로의 전류 변화가 느려 속도 응답이 늦다.
7. 전기자 저항제어
v 계자 전류(If)와 단자 전압 Vt: 고정(constant)
v 속도제어 : 전기자 회로의 저항을 바꾸어서 속도제어, 저항 조정기(Rae)를 이용해 전류를 조정
n 속도는 식(4.42)로부터
(4.47)
(4.46)
여기서 : 무부하 속도
n 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.
n 그림 4.54c는 일정 토크 운전을 할 때의 속도 저항특성 곡석이다.
n 그림 4.54d에서와 같이 일정 토크에서 외부 저항 Rae 를 변화시킴으로써 속도는 0에서부터 기준속도까지 제어 할 수 있다.
n 전기자 저항 제어의 특성
설치하기 쉽다.
Rae에서 발생하는 저항손실 때문에 효율이 낮다.
Rae 는 가격이 비싸다.
8. 직권 전동기
그림 4.55 직권 전동기, (a) 결선도 (b)속도 토크 곡선
n 외부 저항 Rae
① 전기자와 직렬로 연결
② 직권 직류 전동기의 속도를 제어
n 자속 Φ
권선수 Nsr인 직권 계자 권선에 흐르는 전기자 전류에 의해서 발생
n 속도 토크 큭성 곡선
전동기의 기본식 (4.9), (4.17)에서
(4.9)
(4.17)
여기서 선형적인 자기 회로라면
(4.49)
(4.50)
(4.51)
식(4.51)에서 직권 직류 전동기는 교류전류나 직류 전류의 방향에 관계없이 달일 방향의 토크를 발생시키는 것을 의미한다.
그림 4.55a로부터
(4.52)
(4.53)
(4.54)
※ Rae가 고정되었다면 속도는 토크의 제곱근에 반비례한다.
※ 저속에서는 큰 토크를 발생하며, 고속에서는 작은 토크가 발생한다.
※ 큰 기동 토크가 필요한곳(전철, 자동차 시동기, 크레인, 믹서)에 사용된다.
9. 직류 복권 전동기
복권 직류전동기는 분권과 직권계자를 모두 가지고 있는 전동기이다. 이 전동기의 회로도는 그림 9-24와 같다. 두 코일에 나타난 점들은 변압기의 점들과 같은 의미를 가지고 있다. 여기에서도 보통 전기회로에서 흔히 쓰이는 점이 쓰였다. 점 안으로 흘러들어가는 방향의 전류는 양의 기자력을 갖는다. 만일 전류가 양 코일의 점 있는 쪽으로들어가면 합성기자력은 더 많은 전체 기자력이 되기 위해서 더해지며 이것이 화동복권이다. 만일 전류가 한쪽 계자코일 쪽으로 흘러 들어가고 다른 계자코일의 점에서 흘러나온다면 합성기자력은 감소해 질 것이다. 그림 9-24에서 원형점들은 전동기의 화동복권을 말하고 사각점들은 차동복권을 나타낸다. 복권 직류전동기에서 키르호프 전압법칙 공식은 다음과 같다.
VT = EA + IA(RA + RS)
복권 직류전동기에서 각 전류는 다음 관계식으로 나타낸다.
IA = IL - IF
IF = VT / RF
▶ 화동 복권 직류전동기의 토오크-속도 특성
화동 복권 직류전동기에서는 늘 일정한 일정자속성분과 전기자전류(혹은 부하)에 따라변하는 나머지 자속성분이 있다. 따라서 화동 복권 직류전동기는 자속이 늘 일정한 분권 직류전동기보다는 기동토오크가 높지만 자속 전체가 전기자전류에 비례하는 직권직류전동기보다는 낮다.
어떤 의미로는 화동 복권 직류전동기는 분권과 직권 전동기의 가장 좋은 점만을 취해서 조합한 형태라고 할 수 있다. 이 전동기는 직권 전동기와 같이 기동을 위한 여분의 토오크를 가지고 있을 뿐 아니라 분권 전동기와 같이 무부하에서도 정격속도를 넘지 않는다.
부하가 적은 경우에 직권 계자는 매우 적은 영향을 주어서 전동기가 마치 분권 직류전동기처럼 동작하게 한다. 부하가 매우 커지면 직렬계자 자속의 영향력이 매우 커지면서 토오크-속도 특성이 직권 전동기의 그것과 비슷해진다. 각 전동기의 토오크-속도특성을 비교한 것이 그림 9-25이다. 화동복권 직류전동기의 특성 곡선을 그래프 해석으로 찾는 것은 앞의 분권, 직권전동기에서의 접근법과 비슷하다. 이와 같은 해석은 다음 예제에서 설명 될 것이다.
▶ 차동 복권 직류전동기의 토오크-속도 특성
차동 복권 직류전동기에서는 분권기자력과 직권기자력이 서로 반대 방향이다. 이것은전동기 부하가 증가할 때 IA는 증가하고 자속은 감소한다는 것을 의미한다. 그러나 자속이 감소하면서 속도는 증가하게 된다. 이 속도의 증가는 또 다른 부하의 증가가 되므로 더 큰 IA의 증가와 자속의 감소를 불러오고 이는 다시 속도의 증가를 초래한다. 이결과로 차동복권 직류전동기는 점점 불안정해져서 탈주하게 된다. 이러한 결정적인 단점 때문에 차동복권 직류전동기는 일반적인 사용에는 적합하지 않다.
더욱이 이 전동기를 기동하는 것은 불가능하다. 기동시에는 전기자전류와 직렬 계자전류가 매우 높다. 직권 자속이 분권 자속에서 빼지는 반대 방향이기 때문에 직권 자속 방향이 자극의 자기적 극성과는 실제로 반대가 될 수 있기 때문이다. 이때 전동기는 보통 그냥 정지해 있거나 과도한 전기자 전류 때문에 내부가 타면서 잘못된 방향으로 천천히 회전하게 될 것이다. 이 전동기를 기동하기 위해서는 직권 계자를 단락시켜서 일반적인 분권 전동기와 같은 상태에서 기동시켜야 한다.
차동복권 직류전동기는 안정성 문제 때문에 거의 사용하지 않는다. 그렇지만 차동복권 직류전동기에서 전원의 극성을 바꾸면 화동복권 발전기가 될 수 있기 때문에, 화동복권 발전기가 시스템에 전력을 공급하는 데 쓰일 때는 전력이 반대로 들어올 경우에 대비해서 회로를 접속을 끊을 수 있는 역방향 전원차단회로를 구비해야 한다. 한편양 방향의 전력 변환이 가능한 어떤 전동기-발전기세트도 차동 복권 직류전동기로 쓸 수는 없으므로 화동 복권 직류전동기로도 쓸 수 없다.
차동 복권 직류전동기의 전형적인 단자전압 특성이 그림 9-26에 있다.

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