목차
1. 직류전동기 I
◎ 실습목적
◎ 개요
◎ 준비물
◎ 실습
2. 직류 전동기 Ⅱ
3. 직류 분권 전동기
◎ 실습목적
◎ 개요
◎ 준비물
◎ 실습
2. 직류 전동기 Ⅱ
3. 직류 분권 전동기
본문내용
이 최대 전류를 인입(drawing)한다)
전기자 전압은 거의 전원 선간 전압과 같다. 결론적으로, 직권 전동기의 속도는 전적으로 부하 전류에 의해 결정된다. 속도는 큰 부하가 걸릴 때 느리고, 무부하시 매우 빠르다.
사실상 많은 직권 전동기들이 만일 무부하시 작동된다면, 너무도 빠르게 회전하므로 자체 파손된다. 빠른 속도로 인한 큰 힘이 회전자를 분리시켜 버리므로, 위험성이 높다.
모든 직류 전동기의 토크는 전기자 전류와 자계의 합성(product)에 달려 있다. 따라서 직권 전동기의 경우, 시동시와 같이 전기자 전류가 높을 때 토크는 매우 크다.
직권 전동기는 큰 관성 부하의 시동에 적합하며, 특히 전기 버스, 기차 등에서 구동 전동기로써 사용된다.
◎ 준비물
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
◎ 실습
1. 전원 공급 장하다, 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.
이 순간 전원을 공급하지 말 것!
2. 전기동력계의 조절 손잡이를 중간 위치에 놓는다. (직류 전동기의 시동 부하를 공급하기 위해)
3. 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. 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.
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. 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.
6. 아래 식을 이용하여 속도 對 토크 변동율(전부하 = 9 lbf.in)을 계산한다.
속도 변동율 = ____________ %
7. 전기동력계의 조절 손잡이를 시계 방향으로 끝까지 돌린다. (직권 전동기의 최대 시동 부하를 얻기 위해)
8. 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. 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
◎ 실습평가
토크가 9lbf.in 일 때 직권 직류 전동기에 의해 발생된 마력을 계산하여라.
아래 식을 이용하여라.
2. 1 마력이 746 와트 일 때, 평가 1에서의 전동기의 등가 와트 출력은?
3. 평가 1에서의 전동기의 전력 입력(power input)은 몇 와트인가?
4. 2,3의 입력 및 출력 전력을 이용하여 평가 1 에서의 전동기의 효율을 계산하여라.
※ 관련 이론
1. 직류 전동기란?
- 사전적 의미는 계좌권선에 직류를 흐르게 하여 여자시킨 전자석 또는 자극이다. 회전 부분은 철심과 이 철심에 있는 슬롯(slot)에 넣은 코일과 전원에서 보내지는직류를 교류로 바꾸어서 보내는 작용을 하는 정류자 등으로 구성되어 있다.
- 일반적 의미는 직류전동기란 직류전력을 받아서 기계적 동력을 발생하는 회전기계를 말하며 전동기 단자에 전기적 에너지를 입력시켜 회전축으로부터 기계에너지를 얻는 회전기라 할 수 있다.
2. 직류 전동기의 종류
- 직류 전동기에는 타여자 전동기와 자여자 전동기 두 가지로 나뉜다.
1. 타여자 전동기
- 전기자 권선과 계자극 권선이 별도로 분리되어 있다.
2. 자여자 전동기
a) 분권 전동기
- 계자극 권선과 전기자 권선이 병렬로 연결된 직류전동기이다.
- 부하변동에 따른 속도변화가 적다. (정속도 특성을 가진다.)
- 컨베이어 벨트, blower, 공작기계 등에 사용된다.
b) 직권 전동기
- 계자극 권선과 전기자 권선이 직렬로 연결된 직류전동기이다.
- 기동 토크가 크고, 부하가 적어지면 속도는 상승하여 완전 무부하로 되면 속도가 무한에 가까워져서 위험하다.
- 변속도 특성 때문에 제어용으로 부적합하고, 자동차의 시동전동기, 크레인, 전동차등에 사 용된다.
c) 복권 전동기
- 전기가 권선과 직렬 및 병렬로 연결된 계자극 권선을 가지고 있다.
- 가동 복권 전동기와 차동 복권 전동기로 나뉜다.
3. 직류 전동기의 회전 원리
- 직류전동기의 기본구조는 그림과 같이 외측에 정지되어 있는 계자와 내측에서 회전하는 전기자로 크게 나눌 수 있다. 계자는 자속을 발생시키기 위한 것으로 전자석을 이용하고 있으며, 최근에는 영구자석을 계자로 이용하는 PM(permanent magnet)형 전동기가 소용량 용을 중심으로 이용되고 있다.전기자는 전기자철심에 권선을 감은 코일 과 코일에 전류를 공급하기 위한 정류자(commutator)가 회전축에 일체형으로 구성되어 회전하고 있다. 이 정류자에 외부로부터 브러쉬(brush)가 접촉되어 전동기에 전류를 공급하게 된다.
전기자 전압은 거의 전원 선간 전압과 같다. 결론적으로, 직권 전동기의 속도는 전적으로 부하 전류에 의해 결정된다. 속도는 큰 부하가 걸릴 때 느리고, 무부하시 매우 빠르다.
사실상 많은 직권 전동기들이 만일 무부하시 작동된다면, 너무도 빠르게 회전하므로 자체 파손된다. 빠른 속도로 인한 큰 힘이 회전자를 분리시켜 버리므로, 위험성이 높다.
모든 직류 전동기의 토크는 전기자 전류와 자계의 합성(product)에 달려 있다. 따라서 직권 전동기의 경우, 시동시와 같이 전기자 전류가 높을 때 토크는 매우 크다.
직권 전동기는 큰 관성 부하의 시동에 적합하며, 특히 전기 버스, 기차 등에서 구동 전동기로써 사용된다.
◎ 준비물
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
◎ 실습
1. 전원 공급 장하다, 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.
이 순간 전원을 공급하지 말 것!
2. 전기동력계의 조절 손잡이를 중간 위치에 놓는다. (직류 전동기의 시동 부하를 공급하기 위해)
3. 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. 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.
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. 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.
6. 아래 식을 이용하여 속도 對 토크 변동율(전부하 = 9 lbf.in)을 계산한다.
속도 변동율 = ____________ %
7. 전기동력계의 조절 손잡이를 시계 방향으로 끝까지 돌린다. (직권 전동기의 최대 시동 부하를 얻기 위해)
8. 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. 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
◎ 실습평가
토크가 9lbf.in 일 때 직권 직류 전동기에 의해 발생된 마력을 계산하여라.
아래 식을 이용하여라.
2. 1 마력이 746 와트 일 때, 평가 1에서의 전동기의 등가 와트 출력은?
3. 평가 1에서의 전동기의 전력 입력(power input)은 몇 와트인가?
4. 2,3의 입력 및 출력 전력을 이용하여 평가 1 에서의 전동기의 효율을 계산하여라.
※ 관련 이론
1. 직류 전동기란?
- 사전적 의미는 계좌권선에 직류를 흐르게 하여 여자시킨 전자석 또는 자극이다. 회전 부분은 철심과 이 철심에 있는 슬롯(slot)에 넣은 코일과 전원에서 보내지는직류를 교류로 바꾸어서 보내는 작용을 하는 정류자 등으로 구성되어 있다.
- 일반적 의미는 직류전동기란 직류전력을 받아서 기계적 동력을 발생하는 회전기계를 말하며 전동기 단자에 전기적 에너지를 입력시켜 회전축으로부터 기계에너지를 얻는 회전기라 할 수 있다.
2. 직류 전동기의 종류
- 직류 전동기에는 타여자 전동기와 자여자 전동기 두 가지로 나뉜다.
1. 타여자 전동기
- 전기자 권선과 계자극 권선이 별도로 분리되어 있다.
2. 자여자 전동기
a) 분권 전동기
- 계자극 권선과 전기자 권선이 병렬로 연결된 직류전동기이다.
- 부하변동에 따른 속도변화가 적다. (정속도 특성을 가진다.)
- 컨베이어 벨트, blower, 공작기계 등에 사용된다.
b) 직권 전동기
- 계자극 권선과 전기자 권선이 직렬로 연결된 직류전동기이다.
- 기동 토크가 크고, 부하가 적어지면 속도는 상승하여 완전 무부하로 되면 속도가 무한에 가까워져서 위험하다.
- 변속도 특성 때문에 제어용으로 부적합하고, 자동차의 시동전동기, 크레인, 전동차등에 사 용된다.
c) 복권 전동기
- 전기가 권선과 직렬 및 병렬로 연결된 계자극 권선을 가지고 있다.
- 가동 복권 전동기와 차동 복권 전동기로 나뉜다.
3. 직류 전동기의 회전 원리
- 직류전동기의 기본구조는 그림과 같이 외측에 정지되어 있는 계자와 내측에서 회전하는 전기자로 크게 나눌 수 있다. 계자는 자속을 발생시키기 위한 것으로 전자석을 이용하고 있으며, 최근에는 영구자석을 계자로 이용하는 PM(permanent magnet)형 전동기가 소용량 용을 중심으로 이용되고 있다.전기자는 전기자철심에 권선을 감은 코일 과 코일에 전류를 공급하기 위한 정류자(commutator)가 회전축에 일체형으로 구성되어 회전하고 있다. 이 정류자에 외부로부터 브러쉬(brush)가 접촉되어 전동기에 전류를 공급하게 된다.
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