15. 직류 직권 전동기

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목차

1. 실습목적

  • 직류 직권 전동기의 토크 對 속도의 특성 실습
  • 직류 직권 전동기의 효율 계산

2. 개 요

직류 분권 전동기는 전기자 전압과 자계가 무부하에서부터 전 부하까지 변화가 없기 때문에 정속도 유지 특성이 좋지만, 직권 전동기의 경우는 상황이 다르다. 직권 전동기의 경우, 자계는 전기자 권선을 지나 흐르는 전류에 의해 형성되며 그 결과 전동기 부하의 변화에 따라서 자계의 세기가 영향을 받는다. 즉, 전동기 부하가 작을 때는 전류가 적게 흐르고 자속도 약해지며, 전동기 부하가 클 때는 전류가 많이 흐르므로 자속도 커지게 된다. 전기자 전압은 거의 전원의 전압과 같은 수준이다. 또한 직권 전동기의 속도는 부하전류에 반비례하므로 무부하시에는 빠르게 회전하게 되어 자체 파손될 위험이 높다.
모든 직류 전동기의 토크는 전기자 전류와 자계의 곱(product)에 달려 있다. 따라서 직권 전동기의 경우 부하전류의 제곱에 비례하며 기동시에 높은 부하 전류는 높은 기동토크를 제공하게 된다. 이러한 이유로 직권 전동기는 관성이 큰 대상의 시동에 적합하며, 특히 전기 버스, 기차 등에서 구동 전동기로써 사용된다.

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. 직류 전동기/발전기, 직류전압 전류계, 전기동력계를 사용하여 그림 4-1 과 같이 회로를 꾸민다. 타이밍 벨트를 사용하여 직류 전동기/발전기를 전기동력계에 커플링 시킨다. 전동기는 직권 운전(분권계자권선과 가변 저항기는 사용되지 않았음)을 위해 연결되었으며, 가변 직류 출력(단자 7 과 N)에 연결된다.

Fig. 4-1
주의! 지금 이 순간에는 전원을 투입하면 안됨!

2. 전기동력계의 조절 손잡이를 중간 위치에 놓는다. (직류 전동기의 시동 부하를 공급하기 위해)

3. 다음의 실험을 실행한다.
a) 전원을 켠다. 전동기가 회전하기 시작할 때까지 직류전압을 점차적으로 증가시킨다. 만일 회전 방향이 시계 방향이 아니면 전원을 끈 후 직권계자 연결을 바꾼다.
b) 가변 전압이 정확히 120Vdc 가 되도록 조정한다.

4. 다음의 실험을 실행한다.
a) 고정자 하우징에 표시된 눈금이 12 lbf.in 가 될 때까지 전기동력계의 조절 손잡이를 변화시켜 직류 직권 전동기의 부하를 조정한다. (정확히 120Vdc 를 유지하기 위해 필요시는 전원 공급 장치를 재조정한다. )
b) 선 전류와 전동기 속도를 회전 속도계를 사용하여 측정한다. 이 값들을 도표 4-1 에 기록한다.
E(volts)I(amps)SPEED(r/min)TORQUE(lbf-in)
120 0
120 3
120 6
120 9
120 12

c) 120Vdc 입력을 유지하며, 도표 상에 열거한 각 토크 값에 대한 선 전류와 전동기 속도를 측정한다.
d) 전압을 0 으로 돌린 후 전원 공급 장치를 끈다.

5. 다음의 실험을 실행한다.
a) 그림 4-2 의 그래프 상에 도표 4-1 의 전동기 속도를 나타내자.
b) 각 점들을 연결하여 곡선(curve)을 그린다.
c) 완성된 그래프는 전형적인 직류 직권 전동기의 속도 對 토크 특성을 나타낸다.
파일:Fig4-2.jpg
Fig4-2

6. 아래 식을 이용하여 속도 對 토크 변동율(전부하 = 9 lbf.in)을 계산한다.
파일:%변동률.jpg
속도 변동율 = ____________ %

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

8. 다음의 실험을 실행한다.
a) 전원을 켠 후 전동기가 3 A의 선 전류를 인입(drawing)할 때까지 직류 전압을 점차적으로 증가시킨다.
전동기는 천천히 돌아야 한다.
b) 직류 전압과 발생 토크를 측정, 기록한다.
E = _______________ V
토크 = _______________ lbf.in
C) 전압을 0 으로 맞춘 후 전원을 끈다.

9. 다음의 실험을 실행한다.
a) 실습 8 에서의 선 전류를 직권 전동기의 등가 직류 저항에 의해서 제한된다.
b) 전(full)선간 전압(120Vdc)이 직권 전동기에 공급되었을 때 시동 전류의 값을 계산하여라.
시동 전류 = __________ A



5. 실습평가

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

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

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

4. 2,3의 입력 및 출력 전력을 이용하여 평가 1 에서의 전동기의 효율을 계산하여라.

5. 평가 1 에서의 전동기의 손실은 몇 와트인가?

6. 시동 전류는 일반 전 부하 전류보다 얼마나 큰가?

7. 아래의 관점에서 볼 때 직류 분권과 직류 직권 전동기를 비교하여라
a) 기동 토크
b) 기동 전류
c) 효율
d) 속도 변동율

개인 도구