직류전동기 속도 제어와 전기적 제동

정의

직류전동기의 전기적 제동은 전동기를 발전기나 저항 부하로 동작시켜 감속하는 방법이다.

회전 에너지를 전기 에너지로 바꾸어 감속하므로 기계식 브레이크처럼 마찰로 멈추지 않는다.

속도 제어와 제동은 모두 전기자와 계자 회로를 어떻게 연결하고 조절하느냐의 문제다.

속도 제어 방식

직류전동기의 속도는 전기자 단자전압, 전기자 저항 강하, 자속으로 정해진다.

전압 제어는 계자를 일정하게 두고 단자전압을 바꾼다. 기준속도 이하에서 쓴다.

계자 제어는 계자전류를 줄여 자속을 약하게 하므로 기준속도 이상에서 쓴다.

저항 제어는 직렬저항으로 전압강하를 키운다. 구조는 간단하지만 저항손이 커 효율이 낮다.

예제 계산

정격 상태를 기준으로 두 방식의 감속 결과를 계산해 보자.

전압 제어는 Va를 100 V로 낮춘다. 역기전력은 90 V가 되어 속도는 약 710 rpm이다.

저항 제어는 Va를 200 V로 두고 0.8 Ω을 추가한다. 속도는 약 1184 rpm이다.

저항 제어는 추가 저항에서 2 kW의 열손실이 생긴다. 전압 제어에는 이 손실이 없다.

전기적 제동 3종

회생제동, 발전제동, 역전제동은 전동기를 발전기로 동작시키는 제동 방법이다.

회생제동은 발전 전력을 전원으로 되돌려 재사용한다. 전원이 받을 수 있어야 한다.

발전제동은 전원을 끊고 전기자를 제동저항에 접속해 에너지를 열로 소모한다.

역전제동은 제동력이 커서 빠르게 정지시킨다. 과전류가 흐르므로 제한저항이 필수다.

세 방식 모두 정지 상태는 유지하지 못한다.

제동 에너지 흐름

제동 시 전동기가 발생한 전력을 어디로 보내느냐에 따라 방식이 나뉜다.

회생제동은 전력을 전원으로 되돌려 재사용하므로 에너지를 회수한다.

발전제동은 전원을 끊고 저항에서 열로 소비한다. 회수되는 에너지는 없다.

두 방식의 전류 방향과 에너지 흐름을 구분해 써야 한다.

헷갈리는 점과 정리

자주 틀리는 점은 계자 제어의 속도 영역이다. 계자 제어는 기준속도 이상에서 쓴다.

역전제동을 저항제동과 혼동하는 실수가 많다. 전원과 역기전력이 함께 작용한다.

전기적 제동은 정지 상태를 유지하지 못한다. 기계식 브레이크를 함께 고려한다.

정리하면 속도는 전압·계자·저항 제어로, 제동은 회생·발전·역전제동으로 나뉜다.

정답은 역전제동이다. 정지 직전까지 제동토크를 유지해 빠르게 정지시킨다.

역전제동은 과전류가 크므로 전류 제한저항과 정지 검출이 필수다.