전기기능사 · 전기기기 과목
전기기능사 직류기 개념 정리
중요도 ★★★★☆ · 25% (추정)
AI가 새로 쓴 글 가운데, 작성과 분리된 AI 검증(다시 읽고 사실·수치 확인)을 통과한 단원만 싣습니다. 틀린 곳을 발견하면 알려 주세요.
개요
직류기 단원은 직류 발전기와 직류 전동기의 구조와 종류별 성질을 다룹니다. 직류기는 계자, 전기자, 정류자 세 부분으로 이루어지며, 각 부분이 하는 일을 묻는 문제부터 전동기 종류별 특성까지 고르게 나옵니다.
직류 전동기 가운데 직권전동기는 기동 토크가 크지만 부하가 없으면 속도가 위험할 만큼 올라가므로 벨트로 운전하지 않습니다. 분권전동기는 부하가 바뀌어도 속도가 거의 일정합니다.
전기자에 흐르는 전류가 계자의 자속을 흐트러뜨리는 현상을 전기자 반작용이라 하며, 가장 효과적인 대책은 보상권선이고 보극도 함께 씁니다. 유도기전력은 극수, 도체 수, 자속, 회전수를 곱하고 60과 병렬회로 수를 곱한 값으로 나누어 구하며, 병렬회로 수는 파권이 2, 중권이 극수와 같습니다.
핵심 개념
직류기의 3요소
계자는 자속을 만들고, 전기자는 기전력을 만들며, 정류자는 전기자의 교류를 직류로 바꿉니다.
외우는 요령'자속은 계자, 기전력은 전기자, 바꾸는 건 정류자'. 이름 끝 글자 '자'로 묶어 외우세요.
직권전동기
계자권선과 전기자를 직렬로 이은 전동기입니다. 기동 토크가 커서 전동차·크레인에 쓰이지만, 무부하가 되면 속도가 위험하게 올라가므로 벨트 운전을 하지 않습니다.
외우는 요령'직권은 힘센 대신 고삐가 풀리면 폭주'. 벨트가 끊기면 무부하가 되니 벨트 금지입니다.
분권전동기
계자권선과 전기자를 병렬로 이은 전동기로, 부하가 바뀌어도 속도가 거의 일정합니다.
외우는 요령'분권은 꾸준히 같은 속도'. 정속도가 필요한 곳에 씁니다.
전기자 반작용
전기자 전류가 만든 자속이 계자 자속을 비틀고 약하게 만드는 현상입니다. 대책으로 보상권선(가장 효과적)과 보극을 둡니다.
외우는 요령'반작용엔 보상과 보극', 두 대책 모두 '보'로 시작합니다.
직류기의 유도기전력
E = (P × Z × Φ × N) ÷ (60 × a)입니다. P는 극수, Z는 도체 수, Φ는 자속, N은 회전수[rpm], a는 병렬회로 수이며 파권은 a = 2, 중권은 a = 극수입니다.
외우는 요령'파권은 둘, 중권은 극수만큼'. 문제에서 감는 방식을 먼저 확인하세요.
자주 나오는 포인트
- 직권전동기의 벨트 운전 금지 이유(무부하 때 위험 속도)를 묻는 문제가 단골입니다.
- 직류기 3요소와 각각의 역할을 바꿔 놓은 선지가 자주 나옵니다.
- 전기자 반작용의 가장 효과적인 대책은 보상권선입니다.
- 유도기전력 계산에서 파권(a = 2)과 중권(a = 극수)을 바꾸는 실수를 조심하세요.
헷갈리는 것 비교: 직권전동기와 분권전동기
| 구분 | 직권전동기 | 분권전동기 |
|---|---|---|
| 계자 연결 | 전기자와 직렬 | 전기자와 병렬 |
| 특징 | 기동 토크가 큼 | 속도가 거의 일정 |
| 주의 | 무부하·벨트 운전 금지 | - |
대표 문제 3개
검수를 마친 예상문제 가운데 이 단원의 대표 문제입니다.
문제 1. 기동 토크가 커서 전동차나 크레인처럼 무거운 것을 출발시키는 곳에 주로 쓰이는 직류 전동기는?
- ① 직권전동기
- ② 분권전동기
- ③ 타여자전동기
- ④ 차동 복권전동기
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ① 직권전동기
핵심: 직권전동기: 기동 토크가 가장 크다 (전동차·크레인)
직권전동기는 계자 코일과 전기자가 한 줄(직렬)로 연결되어 있습니다. 출발할 때 큰 전류가 계자에도 그대로 흘러 자속이 강해지므로 기동 토크(출발할 때 돌리는 힘)가 매우 큽니다.
틀린 선지
- ② 분권전동기: 부하가 변해도 속도가 거의 일정한 것이 특징입니다. 기동 토크는 직권보다 작습니다.
- ③ 타여자전동기: 계자 전원을 따로 써서 속도를 넓은 범위로 조절하는 데 씁니다.
- ④ 차동 복권전동기: 두 계자의 자속이 서로 줄이는 방향이라 기동 토크가 작습니다.
문제 2. 직류 직권전동기를 벨트로 부하에 연결해 운전하면 안 되는 이유로 가장 알맞은 것은?
- ① 벨트의 마찰 때문에 손실이 지나치게 커진다.
- ② 벨트가 벗겨지면 무부하가 되어 속도가 위험하게 높아진다.
- ③ 벨트가 미끄러지면 역률이 나빠진다.
- ④ 벨트를 걸면 기동 토크가 작아진다.
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ② 벨트가 벗겨지면 무부하가 되어 속도가 위험하게 높아진다.
핵심: 직권전동기는 무부하가 되면 위험 속도 → 벨트 운전 금지
직권전동기는 부하가 가벼워질수록 전류가 줄고, 전류가 줄면 자속도 함께 줄어 속도가 계속 올라갑니다. 부하가 아예 없어지면(무부하) 속도가 한없이 올라가 전동기가 부서질 수 있습니다.
벨트는 벗겨지거나 끊어질 수 있어서 갑자기 무부하가 될 위험이 있습니다. 그래서 직권전동기는 벨트 대신 기어나 체인으로 직접 연결합니다.
틀린 선지
- ① 벨트 손실은 금지 이유가 아닙니다.
- ③ 역률은 교류에서 쓰는 개념이라 직류 전동기와 관계없습니다.
- ④ 벨트를 건다고 기동 토크가 작아지지 않습니다.
문제 3. 직류 발전기에서 전기자에 생긴 교류를 직류로 바꿔 주는 부분은?
- ① 계자
- ② 전기자
- ③ 정류자
- ④ 계철
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ③ 정류자
핵심: 직류기 3요소: 계자, 전기자, 정류자(교류→직류)
직류 발전기도 안에서 회전하는 코일에는 사실 교류가 만들어집니다. 이것을 밖으로 꺼낼 때 직류로 바꿔 주는 부품이 정류자입니다. 정류자는 브러시와 맞닿아 돌아가면서 전류의 방향을 한쪽으로 맞춰 줍니다.
틀린 선지
- ① 계자: 자속(자석의 힘)을 만드는 부분입니다.
- ② 전기자: 자속을 끊으면서 기전력(전압)을 만드는 회전 부분입니다.
- ④ 계철: 자극을 붙잡아 주고 자속이 지나가는 길이 되는 바깥 틀입니다.