전기기능사 · 전기기기 과목
전기기능사 동기기 개념 정리
중요도 ★★★★☆ · 20% (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
동기기 단원은 발전소에서 전기를 만드는 동기발전기와 속도가 일정한 동기전동기를 다룹니다. 동기속도 공식과 발전기 병렬운전 조건이 가장 자주 나옵니다.
동기기는 동기속도로 돌아가며, 동기속도는 주파수에 120을 곱하고 극수로 나눈 값입니다. 60Hz에 4극이면 1800rpm 입니다. 발전기 여러 대를 함께 돌리는 병렬운전을 하려면 기전력의 크기·위상·주파수·파형이 같아야 하며, 용량은 달라도 됩니다.
동기전동기는 속도가 일정하고 역률을 조정할 수 있지만 스스로 기동하지 못합니다. 동기전동기를 무부하로 돌려 역률 조정에만 쓰는 것이 동기조상기로, 과여자로 운전하면 콘덴서처럼, 부족여자로 운전하면 리액터처럼 동작합니다.
핵심 개념
동기속도
동기기가 도는 속도로 Ns = 120 × f ÷ P [rpm]입니다. f는 주파수, P는 극수이며, 60Hz 4극이면 1800rpm 입니다.
외우는 요령'백이십 에프 나누기 피'. 극수가 많을수록 천천히 돕니다.
병렬운전 조건
동기발전기를 병렬로 운전하려면 기전력의 크기, 위상, 주파수, 파형이 같아야 합니다. 발전기 용량이 같을 필요는 없습니다.
외우는 요령'크·위·주·파'를 한 번에 외우고, '용량은 달라도 된다'를 꼭 따로 기억하세요.
동기전동기
부하가 바뀌어도 동기속도로 일정하게 돌고 역률을 조정할 수 있는 전동기입니다. 다만 스스로 기동하지 못해 따로 기동 방법이 필요합니다.
외우는 요령'속도는 꾸준, 출발은 남의 도움'.
동기조상기
무부하로 돌리는 동기전동기로 계통의 역률을 조정합니다. 과여자로 운전하면 앞선 전류가 흘러 콘덴서처럼, 부족여자로 운전하면 뒤진 전류가 흘러 리액터처럼 동작합니다.
외우는 요령'과여자 = 앞선다 = 콘덴서'. 과(過)와 앞(前)을 짝지어 외우세요.
자주 나오는 포인트
- 병렬운전 조건에 '용량이 같을 것'을 끼워 넣은 오답 선지가 단골입니다.
- 주파수와 극수를 주고 동기속도를 구하는 계산이 거의 매번 나옵니다.
- 동기조상기의 과여자·부족여자 동작을 서로 바꿔 묻습니다.
- 동기전동기는 기동 토크가 없어 스스로 기동하지 못한다는 점을 묻습니다.
대표 문제 3개
검수를 마친 예상문제 가운데 이 단원의 대표 문제입니다.
문제 1. 극수가 4극이고 주파수가 60Hz인 동기발전기의 동기속도는 몇 rpm인가?
- ① 1200rpm
- ② 1800rpm
- ③ 2400rpm
- ④ 3600rpm
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정답: ② 1800rpm
핵심: 동기속도 Ns = 120 × 주파수 ÷ 극수
동기속도는 회전 자기장이 1분 동안 도는 횟수입니다. 주파수와 극수만 알면 구할 수 있습니다.
- 공식: Ns = 120 × f ÷ P
- 숫자 대입: Ns = 120 × 60 ÷ 4
- 120 × 60 = 7200
- 7200 ÷ 4 = 1800
- 답: 1800rpm
60Hz 에서는 2극 3600, 4극 1800, 6극 1200rpm 으로 외워 두면 빠릅니다.
틀린 선지
- ① 1200rpm: 6극일 때의 값입니다.
- ③ 2400rpm: 계산 실수로 나오기 쉬운 값입니다. (60Hz 에서는 나오지 않는 속도)
- ④ 3600rpm: 2극일 때의 값입니다.
문제 2. 동기발전기를 병렬로 운전하기 위한 조건이 아닌 것은?
- ① 기전력의 크기가 같을 것
- ② 기전력의 위상이 같을 것
- ③ 기전력의 주파수가 같을 것
- ④ 발전기의 용량이 같을 것
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정답: ④ 발전기의 용량이 같을 것
핵심: 병렬운전 조건: 크기·위상·주파수·파형이 같을 것
발전기 여러 대를 함께 돌리는 것을 병렬운전이라고 합니다. 발전기끼리 전류가 오가며 싸우지 않으려면 만들어 내는 전압의 모양이 똑같아야 합니다.
병렬운전 조건 (기전력의):
- 크기가 같을 것
- 위상(파형이 오르내리는 시점)이 같을 것
- 주파수가 같을 것
- 파형이 같을 것
정답 ④가 조건이 아닌 이유: 용량(출력)은 달라도 됩니다. 큰 발전기와 작은 발전기를 함께 돌려도 문제없습니다.
문제 3. 동기전동기의 특징으로 옳은 것은?
- ① 기동 토크가 커서 스스로 쉽게 기동한다.
- ② 부하에 따라 속도가 크게 변한다.
- ③ 계자 전류를 조절해 역률을 조정할 수 있다.
- ④ 직류 전원이 필요 없어 구조가 간단하다.
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정답: ③ 계자 전류를 조절해 역률을 조정할 수 있다.
핵심: 동기전동기: 속도 일정, 역률 조정 가능, 자기 기동 불가
동기전동기는 회전 자기장과 똑같은 속도(동기속도)로 도는 전동기입니다.
장점
- 속도가 항상 일정합니다.
- 계자 전류(여자 전류)를 조절해 역률을 조정할 수 있습니다. 역률 1로 운전할 수도 있습니다.
단점
- 스스로 기동하지 못해 따로 기동 장치가 필요합니다.
- 계자에 넣을 직류 전원이 필요합니다.
틀린 선지
- ① 기동 토크가 0이라 스스로 기동하지 못합니다.
- ② 부하가 변해도 속도는 일정합니다.
- ④ 계자를 만들기 위한 직류 전원이 꼭 필요합니다.