직류전동기 특징과 종류

정의와 원리

직류전동기는 직류 전원을 받아 정류 작용으로 전류 방향을 전환하며 회전력을 얻는 전동기다.

전기자 전류와 계자 자속의 상호작용으로 힘이 생기고, 그 힘이 회전축에 토크를 만든다.

정류 작용은 기계적 정류와 전자 정류로 나뉘며, 이 차이가 종류를 가른다.

브러시형 구성

브러시형 직류전동기는 계자, 전기자, 정류자, 브러시로 이루어진다.

계자는 자속을 만들고, 전기자는 힘을 받아 토크를 만든다.

정류자는 회전하는 전기자 권선의 전류 방향을 바꾸고, 브러시는 고정된 외부 회로와 정류자를 잇는다.

속도 계산 예

가상의 예로 직류 분권 전동기의 속도를 계산해 보자.

역기전력은 단자전압에서 전기자 저항 강하를 뺀 값이다. 대입하면 200 V가 된다.

역기전력을 K_e φ로 나누면 속도가 나온다. 결과는 200 rpm이다.

부하 전류가 커지면 강하가 커져 속도가 내려간다. 이것이 분권 전동기의 수하 특성이다.

종류와 결선

직류전동기는 계자를 만드는 방식과 전기자·계자의 결선에 따라 나뉜다.

타여자는 별도 전원으로 계자를 여자하고, 자여자는 전기자 전류로 계자를 여자한다.

분권은 속도가 거의 일정하고, 직권은 시동 토크가 매우 크다.

복권은 직권과 분권의 특성을 절충해 기동 토크와 속도 안정성을 함께 얻는다.

브러시리스형 비교

브러시리스 직류전동기(BLDC)는 같은 원리를 쓰되 정류를 전자회로로 한다.

회전자 위치는 홀 센서로 검출하고, 인버터가 고정자 권선에 전류를 순서대로 공급한다.

계자는 영구자석이 맡아 회전자에 권선이 없으므로 브러시와 정류자의 마모가 없다.

그래서 보수가 거의 필요 없고, 전자 정류라 제어 응답이 빠르다.

정리

직류전동기는 정류 방식과 계자 방식에 따라 종류가 나뉜다.

브러시형은 기계적 정류, BLDC는 전자적 정류라는 차이를 먼저 쓴다.

직권 전동기는 무부하 운전 시 속도가 과도하게 올라가므로 무부하 운전 금지 조건을 함께 적는다.