16. 직류 복권 전동기

Professor Ho's Wiki Site

16. 직류 복권 전동기

목차

가. 실 습 목 표

  • 직류 복권 전동기의 토크 對 속도 특성실습
  • 직류 복권 전동기의 효율 계산

나. 개 요

직류 직권 전동기의 좋은 토크 특성은 저부하시에서 과속되는 성향에 의해 다소 그 의미가 퇴색된다. 이러한 단점은 분권계자를 구조에 추가시킴으로서 해결될 수 있다. 그러한 구조의 전동기는 가동(cumulative) 복권 전동기가 된다.직류 전동기가 플라이휠(flywheel)과 연결되어 사용될 때는 분권 전동기의 정속도 특성이 잘 나타나지 않는데 그 이유는 전동기가 감속되는 경우에도 플라이휠이 기계적 에너지를 유지하려는 역할 때문이다. 특수한 상황 (예: 펀치 프레스 작업)에서는 전동기의 감속 특성이 요구되므로 전동기 속도가 부하의 증가에 따라 감소될 필요가 있으며 누적(cumulative) 직류 복권 전동기는 이런 종류의 작업에 적합하다.
분권계자의 자계에 상응하는 자계를 형성하기 위해 직권계자가 연결될 수도 있는데, 이는 차동(differential)복권 전동기 구조라고 부른다. 이 경우 부하가 증가함에 따라 전기자전류가 증가하고, 직권계자의 strength를 증가하게 되고, 직권계자는 분권권선에 반대로 작용하기 때문에 전체 자속은 감소되어 속도가 증가한다. 속도의 증가는 일반적으로 (속도를 증가시키는) 부하를 증가시키므로 전동기의 파손을 초래할 수 있다.
차동(differential)복권 전동기는 대개 약한 직권계자로 만들어지는데, 이는 부하시의 분권 전동기의 일반 저속을 보상하므로, 일정 속도를 가지게 된다. 차동복권전동기는 많이 사용되지는 않는다.

다. 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

라. 실 습

1. 전원 공급 장치, 직류 전동기/발전기, 직류전압 전류계, 전기동력계를 이용하여 그림 5-1 과 같이 회로를 꾸민다.
caption
Fig.5-1
주의! 지금 전원을 투입하면 안됨! (그림이 안보이면 여기를 클릭!
타이밍 벨트를 사용하여 직류 전동기/발전기를 전기동력계에 커플링시킨다.전동기는 직권 운전(분권계자권선과 가변 저항기는 사용되지 않았음)을 위해 연결되었으며, 전원 공급 장치의 가변 직류 출력(단자 7 과 N)에 연결된다. 전기동력계는 전원 공급 장치의 고정 120Vdc 출력(단자 1 과 N)에 연결된다.
2. 전기동력계의 조절 손잡이를 반시계방향으로 끝까지 돌린다. (전동기의 최소 시동 부하를 얻기 위해)
3. 다음의 실험을 실행한다.
a) 전원을 켠다. 전동기가 회전하기 시작할 때까지 직류전압을 점차적으로 증가시킨다. 회전 방향에 주목한다. 만일 회전 방향이 시계 방향이 아니면, 전원을 끈 후 직권계자 연결을 바꾼다.
b) 전압을 0 으로 돌린 후 전원을 끈다.
4. 가변 저항기와 직렬 연결된 분권계자를 그림 5-2 와 같이 단자 1 과 4 에 연결한다.
caption
Fig. 5-2
보이지 않으면 여기를 클릭
5. 전원을 켠다. 120Vdc가 되도록 조정한다. 만일 전동기를 지나치게 과속으로 운전하면 이는 차동-복권 상태(differential-compound mode)이기 때문이다. 이 경우 전압을 0 으로 돌린 후 전원을 끈다. 누적-복권 상태(cumulative-compound mode)의 작동을 위해서 분권계자의 연결을 단자 1과 4로 바꾼다.
6. 입력 전압이 정확히 120Vdc 일 때 회전 속도계의 무부하 전동기 속도가 1800r/min 이 되게끔 분권계자 가변 저항기를 조정한다.
7. 다음의 실험을 실행한다.
a) 고정자 하우징에 표시된 눈금이 3 lbf.in가 될 때까지 전기동력계의 조절 손잡이를 변화시켜, 직류 전동기에 부하를 공급한다.(정확히 120Vdc 를 유지하기 위해 필요시는 전원 공급 장치를 재조정한다.)
b) 선 전류와 전동기 속도를 측정한다. 이 값들은 도표 5-1 에 기록한다.
c) 120 Vdc 입력을 유지하며, 도표 상에 열거한 각 토크 값에 대한 선 전류와 전동기 속도를 측정한다.
8. 다음의 실험을 실행한다.
a) 그림 5-3의 그래프 상에 도표 5-1의 전동기 속도를 나타내자.
b) 각 점들을 연결하여 곡선을 그린다.
c) 완성된 그래프는 전형적인 직류 복권 전동기의 속도 對 토크특성을 나타낸다.
Table 5-1
E(volts) I(amperess) SPEED(r/min) TORQYE(lbf-in)
120 0
120 3
120 6
120 9
120 12
caption
Fig. 5-3
9. 아래 식을 이용하여 속도 對 토크 변동율(전부하=9 lbf.in)을 계산한다.
caption

10. 전기동력계의 조절 손잡이를 시계 방향으로 끝까지 돌린다. (복권 전동기의 최대 시동 부하를 얻기 위해)
11. 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 발생토크를 측정, 기록한다.
E = _____________ V
토크 = _____________ lbf.in
c) 전압을 0 으로 돌린 후 전원을 끈다.
12. 다음의 실험을 실행한다.
a) 실습 11 에서의 선 전류는 복권 전동기의 등가 직류 저항에 의해서만 제한된다.
b) 모든(full) 선간 전압(120Vdc)이 직류 복권 전동기에 공급되었을 때 시동 전류의 값을 계산하여라.
시동전류 = ____________ A

마. 실 습 평 가

1. 토크가 9 lbf.in일 때 직류 복권 전동기에 의해 발생된 마력을 계산하여라.
 hp =\frac{{(r/min) (lbf.in) (1.59)}}{{100,000}}\
2. 1 마력이 746 와트일 때, 평가 1 에서의 전동기의 등가와트 출력은?
3. 평가 1 에서의 전동기의 전력 입력(power input)은 몇 와트인가?
4. 2,3 의 결과를 이용하여, 평가 1 에서의 전동기의 효율을 계산하여라.
5. 평가 1 에서의 전동기의 손실은 몇 와트인가?
6. 시동 전류는 일반 전부하 전류보다 얼마나 큰가?
7. 직류 복권 전동기는 직류 분권 전동기보다 안정되어 있으며, 그 시동 특성 또한 좋다.설명하시오.
8. 아래의 관점에서 볼 때 복권, 직권, 분권 전동기를 비교하여라.
a) 시동토크
b) 시동전류
c) 효 율
d) 속도변동율
9. 그림 5-2 의 연결은 “장분권(long shunt)”이라고 불린다. 반면, 분권계자권선이 전기자에 직접 연결된 것을 “단분권(short shunt)"이라 한다. 단분권직류복권전동기의 운전과 장분권 운전의 차이는?

정 답

실 습 7. b) & c)

E(volts) I(amperess) SPEED(r/min) TORQYE(lbf-in)
120 0.35 1800 0
120 0.95 1510 3
120 1.40 1400 6
120 1.80 1300 9
120 2.2 1210 12
8. a) & b)
caption

9. 38.5 % 11. b) 38, 16.4 12. b) 9.5

실습평가 1. hp = 1300 × 9 × 1.59 / 100000 = 0.18603
2. pout = 0.186 × 746 = 138.756 W
3. Pin = 120 × 1.80 = 216 W
4. % 효율 = (139 / 216) × 100 = 64.4 %
5. 216 - 139 = 77 W
6. 9.5 / 1.8 = 5.28배
7. 분권권선은 무부하 속도를 제한하는 속도변동율에 필요한 일정 자계를 공급한다.
직권권선은 토크를 증가시킴으로써 시동 특성을 개선한다.
8. a) 분권 전동기의 시동토크는 낮은 반면, 직권 전동기와 복권 전동기의 시동토크는 높다.
b) 분권 전동기의 시동 전류는 직권 전동기와 복권 전동기의 시동 전류보다 52 % 높다.
c) 9 lbf.in 의 토크時, 모든 전동기의 효율은 같다.
d) 분권 전동기의 속도변동율은 비교적 좋은 반면, 복권 전동기의 속도변동율은 저조하며 직권 전동기의 속도 변동율은 매우 저조하다.

개인 도구