빅초이의 자본주의생존기

직류 전동기와 발전기의 기본 원리

• 발전기는 전기를 생성하는 장치이며, 전동기는 전기를 소비하여 기계적 동력을 생성하는 장치이다.
• 역기전력은 전동기에서 전기를 소비할 때 발생하는 전압으로, 유도 전동기에서는 중요한 개념이다.

역기전력 공식

전동기에서 역기전력의 크기를 구하는 일반적인 공식은 다음과 같다:

여기서,

• ( Eb ) : 역기전력 (V)
• ( Φ ) : 자속 (Wb)
• ( A ) : 전기자의 병렬 회로수
• ( P ) : 극수
• ( Z ) : 도체 수
• ( N ) : 분당회전수 (RPM)

또는 다른 표현으로:

시중에 나오는 모터의 경우 극수, 도체수, 병렬 회로수는 정해져 있는 경우가 많기 때문에 k는 상수로 표현하기도 한다.

k의 경우 첫번째 공식에서 분자에서 N과 Φ 자속을 제외한 나머지 부분으로 한다.

직류 전동기의 회전 원리

• 플레밍의 법칙에 따라 전동기의 , 전류, 자속 등의 방향을 알 수 있다.
  • 오른손 법칙: 발전기
  • 왼손 법칙: 전동기 -> 엄지 : 힘, 중지 : 전류, 검지 : 자속

* 직류 전동기 회전 속도 구하는 공식

속도 제어법

1. 전압 제어법: 단자 전압(V)을 조절하여 속도를 제어하는 방법이다. 가장 널리 사용된다.
2. 계자 제어법: 계자(자속)를 조절하여 속도를 제어하는 방법이다. 정출력 제어로 불리며, 자속이 감소하면 속도가 증가한다.
3. 저항 제어법: 저항(R)을 조절하여 속도를 제어하는 방법이다. 효율이 낮아 많이 사용되지 않는다.

제동 방법

1. 발전 제동: 전기를 끊어 관성으로 발생하는 에너지를 저항을 통해 소비한다.
2. 회생 제동: 생성된 전기를 다시 저장하거나 사용한다.
3. 역상 제동(플러깅): 전압의 극성을 반대로 걸어 급격히 정지시킨다.

토크

• 토크는 회전력을 의미하며, 전동기의 출력과 속도에 의해 결정된다.
• 기동 토크: 전동기가 초기 상태에서 필요한 큰 힘으로, 크레인 등 무거운 장비에 사용된다.

* 토크 구하는 공식

직권 전동기와 분권 전동기

• 직권 전동기: 계좌와 전기자가 직렬로 연결되어 힘이 세지만, 무부하 운전을 하면 속도가 너무 높아질 위험이 있다.
• 분권 전동기: 계좌와 전기자가 병렬로 연결되어 일정한 속도를 유지한다.

효율

• 실측 효율: 입력에 대한 출력의 비율로, 입력 분의 출력이다.
• 규약 효율: 전동기의 경우 입력을 두 번 사용하고, 발전기의 경우 출력을 두 번 사용하여 계산한다.

주요 문제 풀이

1. 직류 전동기의 속도 제어 방법
   • 전압 제어법, 계좌 제어법, 저항 제어법
2. 제동 방법
   • 발전 제동, 회생 제동, 역상 제동
3. 토크 계산
   • 토크 = 출력 / 속도

직류 전동기의 속도와 토크 특성

• 속도와 토크는 직류 전동기의 중요한 특성으로, 다양한 제어 방법과 제동 방법이 존재한다.
• 각 제어 방법과 제동 방법은 전동기의 용도와 상황에 따라 선택된다.