직류전동기 속도·토크 특성

개념 정의

직류전동기는 부하가 바뀔 때 속도와 토크가 어떻게 변하는지를 보는 기계다.

속도특성은 계자 자속을 일정하게 할 때 부하 전류에 따른 속도 변화다.

토크특성은 전기자 전류에 대한 발생 토크의 변화를 나타낸다.

역기전력과 기본 식

전기자 도체가 자계를 끊으면 전압이 유도되며, 이를 역기전력이라 한다.

역기전력은 기계상수 K, 자속 Φ, 회전속도 N에 비례한다.

토크는 자속과 전기자 전류의 곱에 비례한다.

단자전압 V는 역기전력과 전기자 저항 강하의 합이다.

속도특성과 수하특성

이제 속도특성이 계자 자속 조건에 따라 어떻게 갈리는지 본다.

분권 전동기는 자속이 거의 일정해 완만한 수하 특성을 보인다.

직권 전동기는 자속이 부하 전류에 비례해 부하 증가 시 속도가 급감한다.

복권 전동기는 분권과 직권의 중간 특성을 가진다.

직권은 무부하에서 속도가 과도하게 올라갈 위험이 있어 부하와 직결해 운전한다.

계산 예제

분권 전동기 예제로 식을 숫자에 대입해 본다. 단자 전압은 200V다.

전기자 전류 20A에서 역기전력은 200 - 20 × 0.5 = 190V이다.

부하 전류가 2배인 40A가 되면 역기전력은 180V로 줄어든다.

분권은 자속이 일정하므로 속도는 역기전력 비율만큼 바뀐다.

N' = 1500 × 180/190 ≈ 1421rpm이다. 약 5% 떨어지는 수하 특성이다.

종류별 특성 비교

앞 문제의 정답은 195V다. 전류가 작을수록 전압 강하가 줄어든다.

이제 시험에서 나오는 방식으로 세 종류의 특성을 비교한다.

분권은 자속이 일정해 정속도 특성을 보이고, 토크는 전기자 전류에 비례한다.

직권은 부하가 늘면 속도가 급격히 떨어져 기동 토크가 크다.

복권은 분권과 직권의 중간 특성을 가진다.

기동 토크가 필요하면 직권, 속도 일정이 필요하면 분권을 고른다.

정리

마지막으로 핵심을 정리한다.

속도는 역기전력에 비례하고 자속에 반비례한다. 식과 기호 정의를 함께 쓴다.

분권은 정속도, 직권은 고토크·저속, 복권은 중간 특성이다.

부하 특성에 맞춰 전동기 종류와 제어 방식을 고른다.