직류전동기의 원리와 특성 속도제어방식


직류전동기의 원리와 특징, 속도제어방식

직류전동기의 원리 및 구성

1)작동원리

  • 다음의 그림에서 코일변 ①, ②에는 반시계방향으로 코일을 회전시키려는 힘 F가 작용하고 있다
  • 플래밍의 왼손법칙에서 힘 F에 의하여 코일 90°회전했을 때 브러시와 정류자의 작용에 의해 코일에 흐르는 전류의 방향이 반대로 되고 이 코일에는 다시 동작한 방향의 힘 F가 계속해서 작용하여 코일은 반시계 방향으로 회전을 계속하게 된다.

2)구성

  • 계자
    계자철심과 계자권선으로 이루어져 전자석을 만들고,
    자속(자계)을 만들어 내는 역할을 한다
  • 전기자
    전기자 철심과 전기자 권선으로 이루어져 있으며,
    전류를 공급해 주는 역할을 한다
  • 정류자
    교류를 직류로 변환하여 전기자 권선에 전류를 공급한다
  • 브러시
    외부 전력을 정류자에 기전력을 공급해 주는 역할을 한다.

직류전동기의 특징

  • 광범위한 속도제어가 용이하며 속도제어를 하는 경우에도 효율이 좋다
  • 기종 및 가속 Torque를 임의로 선택할 수 있어 토크 효율이 좋다
  • 유도전동기에 비해 고가이다.
  • 정류자와 브러시가 있기 때문에 정기적인 점검 및 보수가 피룡하다
  • 정류자를 갖고 있기 때문에 고속화나 고전압화에 제한이 있다
  • 광범위하고 높은 정밀도의 속도제어가 가능하며,
    여자 방식에 따라 다른 특성이 나타나기 때문에 부하에 대한 적응성이 뛰어나다
  • 기동 토크가 커서 가변속제어나 큰 기동 토크가 요구되는 용도에 사용된다
  • 구조가 복잡하고 유지보수의 측면에서 불리하다

직류전동기의 종류 특성

직류전동기 속도제어 방식

\[N=\frac{V−I_αR_α}{Kϕ}\]\[E=KϕN\]\[E=V−I_αR_α\]

1)저항에 의한 속도제어

  • 원리
    전기자 저항의 값을 조절하여 속도를 조절하는 방법이다
  • 특징
    • 저항 증가 시 동손이 증가하여 열손실이 증가한다
    • 효율이 떨어진다

2)계자에 의한 속도제어

  • 원리
    • 계자에 형성된 자속의 값을 제어하여 속도를 제어하는 방법
    • 타여자의 경우 타여자 전원의 값을 조절하여 자속의 수를 증감할 수 있다
    • 자여자 분권의 경우는 계자의 설치된 저항의 값을 변화하여 흐르는 계자전류의 값을 조절할 수 있다
  • 특징
    • 계자 저항에 흐르는 전류가 적어 전력손실도 적다
    • 조작이 간편하다
    • 세밀하고 안정된 제어가 가능하다
    • 제어의 폭이 좁다는 단점이 있다

3)전압에 의한 속도제어

  • 원리
    전압의 값 V가 증가하여 속도를 제어하는 방법
  • 특징
    설비의 비용이 많이 드는 단점
  • 워드-레오너드 방식
    • 부하의 변동이 거의 없을 경우(정부하)사용하는 방법
  • 일그너방식
    • 부하의 변동이 심할 경우 사용하며
    • 부하의 변동에 영향을 받지 않기위해 무거운 쇠 추(플라이 휠)를 설치하여 사용하는 방식으로,
    • 부하의 변동이 심한 대용량 압연기나 승강기 등에 사용
  • 직,병렬제어법
    • 정격이 같은 전동기를 직,병렬로 접속하여 전동기에 인가되는
    • 전압을 단계적으로 나누어 속도를 제어하는 방법이며,
    • 직류직권 전동기의 속도제어를 위해 사용하는 방식
  • 초퍼 제어법
    • 반도체 사이리스터를 이용하여 직류전압을 직접 제어하는 방식으로
    • 전기철도의 속도제어를 할 때 많이 사용

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