1. 직류 전동기
ㅇ 사용 전원을 직류로 하는 전동기
ㅇ 구성 : (전기적) 고정자, 회전자, (기계적) 정류 장치
2. (구성) 전기적 구성
ㅇ 고정자 : 영구자석 또는 전자석 (계자 : 자속 발생)
- 고정되어 자속 발생
- 계자 권선 : 고정자에 감겨 있으면서, 직류 전류가 공급됨
- 한편, 대부분의 직류 전동기는, 고정자 주요 극 사이에 보극이라 불리는 돌극을 갖음
ㅇ 회전자 : 코일 (전기자 : 자속 끊음)
- 고정자 자속과의 상호작용에 의해 회전력이 생김
- 전기자 권선 : 회전자에 감겨 있으면서, 탄소 소재 브러시를 통해 정류된 전류가 흐름
3. (구성) 기계적 구성
ㅇ 직류에 의해 회전하는 회전자 권선에 교류가 흐르게되어, 이에따른 기계적 정류 작용이 부가됨
ㅇ 기계적 정류 장치
- 회전자의 브러시(Brush) 및 정류자(Commutator)에 의한 정류 작용 및 그에따른 토크가 발생됨
. 브러시 : 회전자에 감겨진 권선에 전류가 흐를 수 있게 함
. 정류자 : 회전자에 붙여지어, 회전자와 함께 회전됨
- 전류 방향 및 회전 방향
. 회전하는 정류자에 의해, 회전자 권선 내 전류의 흐름이 바꾸어지며,
. 회전자 도선의 전류 방향이 회전과 상관없이 언제나 동일하게 유지됨
. 만일, 입력 dc 전류의 방향을 바꾸면, 회전 방향이 반대로 바뀌어짐
※ 힘(토크),자계,전류 방향 : 플레밍 왼손 법칙 참조
4. 직류 전동기의 특징
ㅇ 속도 제어용 모터
- 속도 제어가 쉽고, 속도 제어 범위가 넓음
- 속도 제어 방식 종류
. 자계 전류를 제어하는 자속 조정 방식 (계자 저항 제어)
. 전기자 전류에 대한 저항 조정 방식 (전기자 저항 제어)
. 전기자 단자 전압 조정 방식 (전기자 전압 제어)
.. 최대 토크에 영향 주지 않고, 광범위한 속도 조정 가능 (대표적)
* 속도 제어용 전동기로써, 우수한 성능을 가지므로, 많이 쓰여짐
* 성능 비교 척도 : 속도 변동률
ㅇ 선형적 비례 동작
- 회전 속도 : 전기자 코일 전압에 선형 비례
- 회전력(토크) : 전기자 코일 전류에 선형 비례
ㅇ 소음,마모 등 발생
- 브러시(Brush) 및 정류자(Commutator) 등 기계적 접점을 가지므로 소음,마모 등 발생
- 따라서, 고속 응용에 부적합, 정기적인 유지보수 필요 등
ㅇ 기동 토크가 큰 편임
- 따라서, 직류 전동기에서는, 적절한 보호 장치가 필요
. 손상 원인 : 단락, 장시간 과부하, 과다 기동 전류 등
ㅇ 출력 효율 양호, 가격 저렴
ㅇ 응용 상의 특징
- 직류가 아닌 교류를 사용하는 송배전 계통 하에서도, 직류 전동기를 많이 사용하는 이유
. 자동차,항공기 등의 내부는, 모두 직류를 사용하기 때문
. 광범위한 속도 제어가 필요한 곳에서는, 직류 전동기를 선호함
- 例) 직류 구동 전기차, 배터리 구동 전기자동차, 금속 압연기, 지게차, 전철 등
5. 직류 전동기의 구분
※ ☞ 직류 전동기 구분 참조
- 타 여자 방식
- 자 여자 방식 (분권 전동기, 직권 전동기, 복권 전동기)
- 브러시리시 모터
6. 직류 전동기의 특성
※ 직류 전동기의 대표적인 특성 곡선 3가지
ㅇ 속도 - 토크 곡선 : 속도 안정성, 부하 반응
- (정 속도 구동 및 가변 속도 구동 판단)
ㅇ 속도 - 전류 곡선 : 부하 전류 증가 시 회전 속도 저하 여부
- (과부하 상황 판단, 보호회로 설계 기준)
ㅇ 토크 - 전류 곡선 : 전류에 비례한 토크 발생 여부
- (기동 능력, 부하 대응 성능 판단)
7. 직류 전동기의 정격
※ 온도 상승 한도를 초과 않는 범위에서, 다음 3개로 구분
ㅇ 연속 정격 : 연속으로 사용시 온도 상승 한도를 초과 않는 정격
ㅇ 반복 정격 : 주기적으로 운전,정지를 반복시 온도 상승 한도를 초과 않는 정격
ㅇ 단시간 정격 : 단시간 집중 운전시 온도 상승 한도를 초과 않는 정격
8. [참고사항]
ㅇ 대형 직류 전동기는, 기동기(starter) 필요 : 기동 시 전류 과다 문제 때문
- 기동 시 전기자 반작용 전압이 없음
. 정지 상태에서는 전동기 회전 않으므로, → 유도 기전력(역기전력)이 0
. 전기자 저항이 작으므로, 공급 전압 전체가 전기자에 그대로 걸려, 큰 순간 전류 흘러, 손상
- 기동기 역할
. 기동 저항 삽입 : 전기자 회로에 저항을 일시 삽입해, 기동 전류 제한
. 단계적 저항 제거 : 회전 속도가 증가하며 역기전력이 생기면, 저항을 순차적으로 제거
. 기동 차단 기능 : 일정 속도에 도달 못하면, 전동기를 정지시켜 안전 확보