빅초이의 자본주의생존기

1. 동기기의 정의와 원리

• 동기기는 교류 발전기라고도 부른다.  대부분의 교류 발전기는 회전 계자형을 사용하여 안정적이고 구조가 간단하다는 특징이 있다. 
• 동기 속도란 발전기에서 자석이 회전하면서 생기는 속도이다. 아래 공식으로 계산할 수 있으며, 여기서 (f)는 주파수(Hz), (P)는 극수를 뜻한다.

2. 동기기의 특성

• 동기기(교류 발전기)는 전기자를 고정시키고 계자 자극을 회전시켜 기전력을 만들어 내는 특징이 있다.

  

• 전기자 반작용은 전기자 전류가 자속을 변화시키는 현상이다. 교차 자화 작용(횡축 반작용), 감자 작용(직축 반작용), 증자 작용(직축 반작용)이 있다.
• 교차 자화 작용은 기자력과 자속이 직각이 되는 현상이다.
• 감자 작용은 자속이 감소되어 유도 기전력이 작아지는 현상이다.
• 증자 작용은 자속이 증가되어 유도 기전력이 커지는 현상이다.

전기자 반작용 문제는 위 그래프를 이해하면 관련 문제를 모두 해결할 수 있다고 한다. 그래프의 오른쪽 상단에 표시된 감자 작용부터 시작하며 1사분면이다. 1사분면과 4사분면은 전동기를, 2사분면과 3사분면은 발전기를 나타낸다.

1사분면의 전압(V)부터 크기가 반시계 방향으로 이동함에 따라 점점 커진다고 생각하면 된다. 예를 들어, 발전기에서 감자 작용이 일어나는 시점을 묻는 문제를 생각해 보면, 감자 작용은 2사분면에 위치한다. 이는 전압(V)이 전류(I)보다 클 때 발생하는 현상이다. 

- 정리 : 1사분면(I > V), 2사분면(V > I), 3사분면(I > V), 4사분면(V > I)

3. 전기자 권선법

• 집중권과 분포권: 집중권은 기전력이 크지만 고주파가 발생하여 분포권이 선호됨. 분포권은 파형 개선에 유리하다.
• 전절권과 단절권: 전절권은 유기 기전력이 크지만, 단절권이 고주파 제거와 파형 개선에 유리하여 주로 사용된다.
• 권선법에서는 분단(분포권, 단절권)이 주로 사용된다.

4. 출제 문제 정리

1. 동기 발전기에서 계자 자속에 의한 유기 기전력과 전기자에 흐르는 부하전류가 동상인 경우의 전기자 반작용은? 

-> 교차 자화 작용(역률100%)

유도전동기의 특성

1. 비례추이

• 정의: 슬립(s)과 2차 저항(R) 사이의 비례 관계를 이용하여 전동기의 기동 특성 및 속도 제어를 가능하게 하는 특성을 비례추이라 한다.
• 기동 시: 2차 저항을 증가시키면 슬립이 증가하여 기동 전류가 줄어들고 기동 토크가 증가함. 이를 통해 보다 원활한 기동이 가능해진다.
• 속도 제어: 2차 회로에 저항을 넣어 슬립을 조절하여 전동기의 속도를 제어할 수 있다. 이는 주로 기중기, 권상기, 승강기 등에서 사용된다.

2. 원선도

• 정의: 유도 전동기의 특성을 나타내는 그래프. 전류 및 회전력, 역률, 효율, 슬립, 토크 등을 구할 수 있다.
• 작성 방법: 구속 시험과 무부하 시험을 통해 전동기의 특성을 파악하고 원선도를 작성할 수 있다.

3. 유도전동기의 출력

4. 토크 특성

• 토크와 전압의 관계: 유도 전동기의 토크는 공급 전압의 제곱에 비례한다. 전압이 절반으로 감소하면 토크는 1/4로 감소한다.
• 최대 토크: 최대 토크의 크기는 변하지 않으며, 토크의 발생 시점만 변한다.

4. 유도 전동기 토크를 구하는 공식

이 공식은 토크를 출력 전력과 회전 속도에 따라 계산하는 간단한 방법이다.

문제 예시

1. 문제: 유도 전동기의 출력 전력이 1500W이고 회전 속도가 1500rpm일 때, 토크를 구하라.
2. 풀이:

출제 문제 정리

1. 문제: 비례추이를 이용하여 속도 제어가 되는 전동기는?
   • 답: 권선형 유도 전동기.
2. 문제: 권선형 유도 전동기에서 2차 저항을 2배로 하면 슬립은 어떻게 되는가?
   • 답: 슬립도 2배 증가.
3. 문제: 권선형 유도 전동기에서 최대 토크의 크기는 저항의 변화에 따라 어떻게 되는가?
   • 답: 최대 토크의 크기는 변하지 않음.

단상유도 전동기의 원리와 기동법

주요 개념

1. 단상유도 전동기와 3상유도 전동기의 차이점:
   • 3상유도 전동기: 회전자계가 생성되어 원판이 회전한다.
   • 단상유도 전동기: 단상 파형만 존재하여 초기 기동을 위한 기동 장치가 필수적이다.
2. 교번자계:
   • 단상유도 전동기에서 자기장이 좌우로만 움직이는 것을 뜻한다. 회전 방향을 결정하지 못하고 양쪽으로 회전하려는 힘이 같다.
3. 기동장치:
   • 보조 코일 및 기동용 콘덴서: 주 코일 외에 보조 코일을 추가하고, 보조 코일에 기동용 콘덴서를 연결하여 회전 자계를 만든다.
   • 기동용 콘덴서: 초기 기동 시에만 필요하며, 원심력 스위치로 일정 속도 도달 후 분리된다.
4. 기동 방식의 종류(토크 순서): 
   • 반발형: 기동 토크가 가장 크다. 반발 기동형과 유도형이 있으며, 기동형이 토크가 가장 크다. 
   • 콘덴서 기동형: 중간 정도의 기동 토크, 역률과 효율이 좋음. 역률과의 효율이 좋다는 언급 되는 문제가 자주 출제되는 경향이 있다.

     

   • 분상기동형: 토크가 작은 편. 원심력 걔폐기를 이용하며, 회전 방향을 바꾸기 위해선 주권선과 보조권선 중 하나를 전원에 반대로 접속시킨다.

     

   • 셰이딩 코일형: 가장 작은 기동 토크. 회전 방향을 바꿀 수 없는 단점.
   • 반콘분셰를 기억하자. 토크의 크기와 관련된 문제가 출제된다고 한다.
5. 단상 직권 정유자 전동기:
   • 만능 전동기, 유니버설 전동기라고도 하며, 교류와 직류에서 모두 사용 가능하다.

주요 출제 문제 정리

1. 단상유도 전동기의 역회전 방법: 주 코일 또는 보조 코일의 방향을 반대로 한다. 둘 다 방향을 바꿔선 안된다.
2. 보조 코일의 역할: 기동 토크를 생성하기 위함.
3. 원심력 스위치 작동 시기(분상기동형): 동기 속도의 80% 내외에서 작동.
4. 단상유도 전동기의 용도: 선풍기, 펌프, 헤어드라이기 등.
5. 역률과 효율이 좋은 전동기: 콘덴서 기동형.
6. 기동 토크 순서: 반발 기동형 > 반발 유도형 > 콘덴서 기동형 > 분산기동형 > 셰이딩 코일형.
7. 기동장치에 의한 분류: 분산기동형, 콘덴서 기동형, 셰이딩 코일형.