12. 직류 전동기 I

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목차

12. 직류 전동기 I

1. 실습목적

  • 직류 전동기/발전기의 구조 관찰.
  • 권선 저항 측정.
  • 각 권선의 공칭 전류 용량 고찰.

2. 개 요

직류 전동기는 다른 전동기보다 속도 조절이나 높은 토크를 제공하는데 그 성능이 탁월하다. 직류 전동기는 고정자와 회전자를 포함하는데 회전자에는 전류가 흐르는 도체 부분이 존재하며 이를 전기자라고 하고, 고정자는 자계를 발생하는 역할을 하므로 계자라고 불린다.

고정자는 각 극(Pole)당 1 개 이상의 권선을 갖고 있으며, 이들은 직류전류를 운송하도록 설계되어 자계(Magnetic field)를 형성하게 된다. 전기자와 그 권선은 계자에서 발생한 자계의 경로에 설치되며, 권선이 전류가 흐를 때 토크가 발생하여 전동기가 회전한다. 전기자 권선과 같이 있는 정류자는 기계적 장치로서 특정한 공간상에 위치할 때 전기자의 전류를 항상 같은 방향으로 흐르게 한다. 만일 정류자가 없다면 전기자에 흐르는 전류의 방향이 특정 공간에서 일정한 방향으로 지속적으로 유지되지 않으므로 전동기가 회전하지 않게 된다.

3. 준 비 물

  • 직류 전동기/발전기 EMS 8211
  • 전원공급장치 (0-120Vdc) EMS 8821
  • 직류전압전류계(20/200V,500mA,2.5A) EMS 8412
  • 리드선 EMS 8941

4. 실 습

1. 전동기, 가변 저항기, 결선 단자, 결선 등에 주목하며, 직류 전동기/발전기 EMS 8211 의 구조를 살핀다. 내부 구조의 관찰이 가능하도록 특수하게 제작되었다.
2. 모듈의 후면에서 전동기를 볼 때
a) 전기자 권선을 찾는다.
b) 고정자 극을 찾는다.
c) 몇 개의 고정자 극이 있는가?
d) 분권계자권선(작은 지름)을 찾는다.
e) 직권계자 권선(큰 지름)을 찾는다.
3. 모듈의 정면에서 전동기를 볼 때
a) 정류자를 찾는다.
b) 대략 몇 개의 정류자 막대(bar)가 있는가?
c) 몇 개의 브러시가 있는가?
d) 브러시의 중립 위치는 전동기 몸체에 적색 선으로 표시되어 있다.
f) 브러시는 브러시 조정 레버를 적색 선의 우측 또는 좌측으로 이동시키므로 써 정류자에 위치되어질 수 있다.
4. 모듈의 표면 판을 볼 때
a) 분권계자권선은 단자____와____으로 연결된다.
b) 직권계자 권선은 단자____와____으로 연결된다.
c) 각 권선의 전류 정격은 모듈의 표면에 표시되어 있다. 이 사실만으로 a) 와 b)를 답하여라.
d) 브러시(정류자 편간(segment)과 전기자 권선)는 단자____와____으로 연결된다.
5. 분권계자 전류의 조절을 위하여 모듈 표면에 가변 저항기가 장착되어 있다.
a) 가변 저항기는 단자____과____으로 연결된다.
b) 정격 저항 값은?
6. 전압계-전류계를 사용하여 전동기 권선의 각 저항들을 측정한다.
a) 값을 이용하여 각 권선의 전력 손실을 계산한다.
b) 전원공급장치,직류전압전류계,직류전동기/발전기를 그림 1-1 과 같이 연결한다.

파일:1번그림.jpg

Fig. 1-1

7. 전원 공급 장치를 켠다.
a) #0-500mAdc 메타상에 분권계자권선이 0.3A 가 될 때까지 dc 전압을 서서히 증가시킨다.(이것은 분권계자권선의 공칭 전류 값이다.)
b) 분권계자권선간의 전압을 측정, 기록한다.

E(분권계자) =____Vdc

c) 전압을 0으로 돌린 후 전원을 끈다.
d) 분권계자권선의 저항을 계산한다.

R(분권계자) = \frac{E}{I} = ____/____ = ____Ω

e) 분권계자권선의 전력 손실 I2R을 계산한다.
P(분권계자) = I2R = ____ ×____= ____ W
8. 그림 1-2 와 같이 연결한다.

파일:2번그림.jpg

Fig. 1-2

a) 전원을 켠다. 5Adc 메타상에 직권계자 권선이 3A 가 될 때까지 dc 전압을 서서히 증가시킨다.(이것은 직권계자 권선의 공칭 전류 값이다.)
b) 직권계자 권선간의 전압을 측정, 기록한다.

E (직권계자) =____Vdc

c) 전압을 0 으로 돌린 후 전원을 끈다.
d) 직권계자 권선의 저항을 계산한다.

R(직권계자) = \frac{E}{I} =____/____=____Ω

e) 직권계자 권선의 전력 손실 I2R을 계산한다.

P(직권계자) = I2R =____ ×____= ____ W

9. 그림 1-3 과 같이 연결한다.

파일:3번그림.jpg

Fig. 1-3

a) 전원을 켠다. 5Adc 메타상에 전기자 권선이 2A 가 될 때까지 dc 전압을 서서히 증가시킨다.(이것은 전기자권선의 공칭전류 값이다.)
b) 전기자 권선간의 전압을 측정, 기록한다.

E(전기자) =____Vdc

c) 전압을 0으로 돌린 후 전원을 끈다.
d) 전기자 권선(브러쉬 포함)의 저항을 계산한다.

R(전기자) = \frac{E}{I} =____/____ =____ Ω

e) 전기자(브러쉬 포함)의 전력 손실 I2R을 계산한다.

P(전기자) = I2R = ____/____ = ____W

10. 전기자 권선을 좌측으로 약 90o 회전시킨다.
a) 브러쉬는 서로 다른 정류자 편간들과 접촉한다.
b) 실습 9 을 반복한다.
c) E =____Vdc, R =____ Ω, P =____W

5. 실습평가

1. 만일 분권계자권선이 120Vdc에 의해 여자 된다면 전동기의 분권 계자 전류는?
2. 만일 전동기의 직권계자권선에 3Adc 의 전류가 흐른다면 그 결과 떨어지는 전압 값은?
3. 만일 가변 저항기가 분권계자권선 및 선간 전압 120Vdc 와 직렬 연결되어 있다면, 전동기로부터 얻을 수 있는 분권계자전류 변화(variations)는? I최소 = ____Adc I최대 = ____Adc
4. 모든 권선들, 심지어는 전동기의 정류자 조차도 구리로 만들어진다. 그 이유는?
5. 전동기의 브러쉬가 구리 대신에 탄소(카본)로 만들어지는 이유는?
6. 만일 전동기의 직권계자권선이 120Vdc 전원에서 직접 연결된다면
a) 어떤 전류가 흐를 것인가?
b) 전력 손실 (와트)는?
c) 전력 손실은 모두 열로 바뀌겠는가?
d) 만일 전류가 수분 동안 정지(sustain)된다면, 권선에는 어떤 변화가 초래될까?
7. 공칭전류 또는 공칭전압의 의미는?
8. 만일 전동기의 전기자권선과 직권계자권선이 120Vdc 전원에서 직렬로 연결된다면, 시동 전류는?
9. (브러쉬를 포함한) 전기자 저항은 실질적으로 전기자의 모든 회전 위치에서 같은가?
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