14. 직류 분권 전동기

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목차

1. 실습목적

  • 분권 직류 전동기의 토크 對 속도에 관한 실습
  • 분권 직류 전동기의 효율 계산

2. 개 요

직류 전동기의 속도는 주로 전기자 전압과 자계에 의해 좌우된다. 분권 전동기의 경우, 전기자권선과 계자 권선은 모두 직류 전원에 병렬로 연결된다. 만일 직류 선간 전압이 일정하다면, 전기자전압과 계자력 (field strength)은 일정하다. 그러므로 분권 전동기는 일정 속도로 운전하게 된다.
전동기의 부하가 증가함에 따라 전동기의 운전 속도가 감소되는 경향이 있는데, 그 이유는 전기자권선의 저항 때문이다. 낮은 전기자 권선저항을 갖는 분권 전동기는 권선 저항에 따른 전압강하가 작으므로 거의 일정한 속도로 운전하는 것처럼 보인다.
다른 모든 에너지 변환 장치와 마찬가지로 직류 분권 전동기의 효율도 100% 가 못된다. 이는 전동기에 공급된 모든 전력이 모두 기계적인 에너지로 전환되지는 않는다는 것을 의미한다. 입력과 출력 사이의 에너지의 차이는 다양한 형태의 손실로 소모되며, 이는 기계의 효율을 구하는데 필요하다.

3. 준 비 물

  • 전원공급장치 (120Vac,0-120Vdc)-----EMS 8821
  • 직류전압전류계 (200V,5A)---------------EMS 8412
  • 직류 전동기/발전기-------------------------EMS 8211
  • 전기동력계-------------------------------------EMS 8911
  • 회전속도계-------------------------------------EMS 8920
  • 리드선-------------------------------------------EMS 8941
  • 타이밍 벨트------------------------------------EMS 8942

4. 실 습

1. 전원 공급 장치, 직류 전동기/발전기, 직류전압 전류계, 전기동력계를 이용하여 그림 3-1 의 회로를 꾸민다. 전동기는 분권계자 운전을 위해 연결되며, 전원 공급은 가변 dc 출력(단자 7 과 N)으로 연결된다. 전기동력계는 전원 공급 120Vac 고정 출력(단자 1 과 N)으로 연결된다. 타이밍 벨트를 사용하여 직류 전동기/발전기에 전기동력계를 커플링 시킨다.
파일:Fig3-1.jpg
Fig3-1
주의! 지금 이 순간에는 전원을 투입하면 안됨!

2. 분권계자 가변 저항기의 조절 손잡이를 시계 방향으로 끝까지 돌린다.
(최대의 분권계자 여자를 위해) 브러쉬가 중립 위치에 있는가를 확인한다.

3. 전기동력계의 조절 손잡이를 반시계방향으로 끝까지 돌린다.
(직류 전동기에 최소 시동 부하를 공급하기 위해)

4. 전원 공급 장치를 켠다. 가변 출력 전압이 120Vdc 가되도록 조절한다. 회전 방향에 주목한다. 만일 회전 방향이 시계 방향이 아니면, 전원을 끈 후 분권계자 결선을 바꾼다.

5. 다음의 실험을 실행한다.
a) 무부하시 전동기 속도가 회전속도계상에 1800r/min 이 되도록 분권계자 가변 저항기를 조정한다.
(전압계 상에 정확히 120Vdc가 나타나도록 한다.)
b) 전류계 상에 전동기의 속도가 1800r/min 이 되었을 때, 선 전류를 측정한다. 측정값들을 도표 3-1에 기록한다.

6. 다음의 실험을 실행한다.
a) 고정자 하우징에 표시된 눈금이 3 lbf.in 가 될 때까지 전기동력계의 조절 손잡이를 변화시켜, 직류 전동기에 부하를 공급한다.
(정확히 120Vdc를 유지하기 위해 필요시는 전원 공급 장치를 재조정한다. )
E(volts)I(amps)SPEED(r/min)TORQUE(lbf-in)
120 0
120 3
120 6
120 9
120 12


b) 선 전류와 전동기 속도를 측정한다. 이 값들을 도표 3-1에 기록한다.
c) 120Vdc 입력을 유지하며, 도표 상에 열거한 각 토크값에 대한 선 전류와 전동기 속도를 측정한다.
d) 전압을 0 으로 돌린 후 전원 공급 장치를 끈다.

7. 다음의 실험을 실행한다.
a) 그림 3-2 의 그래프 상에 도표 3-1 의 전동기 속도를 나타내자.
b) 각 점들을 연결하여 곡선(curve) 을 그린다.
c) 완성된 그래프는 전형적인 직류 분권의 속도 對 토크 특성을 나타낸다.

8. 아래 식을 이용하여 속도 對 토크 변동율(전부하=9 lbf.in)을 계산한다.
파일:%변동률.jpg
속도 변동율 = _______________ %
파일:Fig3-2.jpg
Fig3-2

9. 전기동력계의 조절 손잡이를 시계 방향으로 끝까지 돌린다. (분권 전동기의 최대 시동 부하를 얻기 위해)

10. 다음의 실험을 실행한다.
a) 전원을 켠 후 전동기가 3 A의 선 전류를 인입(drawing)할 때까지 직류전압을 점차적으로 증가시킨다.
전동기는 매우 천천히 돌거나 또는 돌지 않아야 한다.
b) 직류전압과 발생 토크를 측정, 기록한다.
E = ________________ V
토크 = ________________ lbf.in
c) 전압을 0 으로 돌린 후 전원을 끈다.

11. 다음의 실험을 실행한다.
a) 실습 10에서의 선 전류는 분권 전동기의 등가 직류 저항에 의해서만 제한된다.
b) 모든(full)선간 전압(120Vdc)이 분권 직류 전동기에 공급되었을 때 시동 전류의 값을 계산하여라.
시동 전류 = _____________ A

5. 실습평가

1. 토크가 9 lbf.in 일 때 분권 직류 전동기에 의해 발생된 마력(hp)을 계산하여라.
아래의 식을 이용하여라.
hp = \frac{{(r/\min )(lbf.in)(1.59)}}{{100,000}}

2. 1 마력이 746와트 일 때, 평가 1 에서의 전동기의 등가 와트 출력은?

3. 평가 1 에서의 전동기의 전력 입력(power input)은 몇 와트인가?

4. 입력 및 출력 전력이 와트일 때, 평가 1 에서의 전동기의 효율을 계산하여라.
% 효율 = (출력 power / 입력 power) × 100

5. 평가 1 에서의 전동기의 손실은 몇 와트인가?

6. 이러한 손실들이 발생할 수 있는 곳들을 열거하시오.

7. 만일 냉각 팬이 전동기의 샤프트에 장착된다면, 손실은 감소하겠는가? 설명하시오.

8. 손실이 바람직하지 않은 이유를 두 가지 열거하시오.

9. 시동 전류는 일반 전부하 전류보다 얼마나 큰가?

개인 도구