전기산업기사 정류곡선, 동기발전기의 전기자 권선법, 전동기의 제어 방법

전기산업기사 정류곡선, 동기발전기의 전기자 권선법, 전동기의 제어 방법

1️⃣ 정류곡선과 정류의 종류

(1) 정류곡선이란?

• 정류란 교류를 직류로 변환하는 과정을 의미해.
• 정류곡선은 전류가 어떻게 바뀌는지 그래프로 표현한 것이야.

(2) 정류의 종류 및 특징

👉 비유: 물을 통에 붓는 방식 💧
물을 통에 어떻게 붓느냐에 따라 물의 흐름이 달라지는 것처럼, 전류도 정류 방식에 따라 다르게 변함

✅ ① 직선 정류 (Linear Commutation)

• 전류가 직선적으로 변화
• 물이 일정한 속도로 흐르는 느낌
• 특징: 가장 이상적인 정류 방법 (하지만 현실적으로 구현 어려움)

✅ ② 정현파 정류 (Sinusoidal Commutation)

• 전류가 사인파처럼 완만하게 변화
• 물이 파도처럼 부드럽게 흐름
• 특징: 일반적인 정류 방식, 전압 변동이 적음

✅ ③ 부족 정류 (Under Commutation)

• 정류가 너무 빨리 끝남 (완전한 정류가 이루어지지 않음)
• 물을 통에 부었는데, 아직 다 차기 전에 멈춘 느낌
• 특징: 스파크 발생, 전류가 불안정해짐 → 발전기 성능 저하

✅ ④ 과정류 (Over Commutation)

• 정류가 너무 오래 지속됨 (불필요한 전류가 흐름)
• 물을 너무 오래 붓다가 넘치는 상황
• 특징: 역방향 전류 발생 가능 → 과열 및 손상 위험

✅ ⑤ 양호한 정류 (Good Commutation)

• 정류가 적절한 속도로 끝나는 상태 (가장 이상적인 상태)
• 물을 알맞게 채우고 넘치지 않음
• 특징: 스파크 없이 부드럽게 정류됨, 발전기 효율 최적화

(3) 양호한 정류를 얻는 조건

👉 비유: 커피 머신 필터 조절하기 ☕
커피 머신의 필터를 적절하게 조절해야 물이 잘 내려오듯, 양호한 정류를 위해서는 아래 조건이 필요해!

✅ ① 브러시 접촉 저항이 적절해야 함
✅ ② 전기자 반작용을 보상해야 함
✅ ③ 정류판이 적절한 위치에 있어야 함
✅ ④ 보극(Interpoles)을 사용해서 정류 성능을 향상해야 함

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2️⃣ 동기발전기의 전기자 권선법

👉 비유: 실을 감아서 만드는 패턴 🎗️
동기발전기의 전기자 권선(코일을 감는 방식)은 발전기 성능에 큰 영향을 미쳐!

(1) 단절권 (Short Pitch Winding) 특징

✅ 코일을 감을 때 슬롯 간격을 180° 이하로 감는 방식
✅ 고조파를 줄여서 전압 왜곡을 줄일 수 있음
✅ 하지만 기전력이 약간 감소함 (전압이 낮아짐)

(2) 분포권 (Distributed Winding) 특징

✅ 코일을 여러 슬롯에 분산해서 감는 방식
✅ 고조파 성분을 제거하고 정현파 형태의 기전력을 얻을 수 있음
✅ 하지만 권선이 길어지므로 구리 손실이 증가할 수 있음

(3) 고조파를 제거하는 방법

👉 비유: 노이즈 제거 필터 🎛️
고조파는 불필요한 잡음 같은 존재라서 이를 줄여야 해!

✅ ① 단절권 사용 (특정 고조파 제거 가능)
✅ ② 분포권 사용 (전체적으로 고조파 감소)
✅ ③ 대칭된 3상 권선을 배치하여 정현파를 유지

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3️⃣ 직류전동기의 속도 제어 방법

👉 비유: 자전거의 속도를 조절하는 방법 🚴
직류전동기의 속도를 조절하는 방법은 **페달을 밟는 방식(전압 제어), 기어 조절(계자 제어), 브레이크 조절(저항 제어)**와 비슷해!

(1) 전압 제어 (Voltage Control, 정토크 제어)

✅ 전압을 조절해서 속도를 변화시키는 방법
✅ 속도를 부드럽게 조절 가능
✅ 부하(무게)가 커져도 일정한 힘을 유지
✅ 비유: 전기 자전거의 배터리 전압을 높이면 속도가 증가

✅ 공식:

속도 N은 공급 전압 V에 비례)

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(2) 계자 제어 (Field Control, 정출력 제어)

✅ 계자(자기장)를 조절해서 속도를 변화시키는 방법
✅ 전압 제어보다 속도 조절 범위가 넓음
✅ 속도가 증가하면 토크는 감소 → 정출력 유지
✅ 비유: 자전거에서 기어를 올리면 빠르게 달릴 수 있지만, 힘이 약해지는 것

✅ 공식:

(속도 N은 계자 자속 Φ에 반비례)

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(3) 저항 제어 (Resistance Control)

✅ 전기회로에 저항을 추가하여 전류를 줄이는 방식
✅ 단순하지만 전력 손실이 크고, 효율이 낮음
✅ 저속 운전에 적합하지만, 고속 운전에는 부적합
✅ 비유: 자전거 브레이크를 살짝 걸어서 속도를 줄이는 방식

✅ 공식:

 

(저항 R이 커지면 속도 N이 감소)

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📌 총정리

✅ 정류곡선과 정류의 종류

• 직선 정류: 가장 이상적, 직선적으로 변화
• 정현파 정류: 사인파처럼 변화, 부드러운 정류
• 부족 정류: 정류가 빨리 끝나서 스파크 발생
• 과정류: 정류가 오래 지속되어 과열 위험
• 양호한 정류: 적절한 정류로 발전기 성능 최적화

✅ 동기발전기의 전기자 권선법

• 단절권: 고조파 감소, 하지만 전압 낮아짐
• 분포권: 정현파 전압 유지, 하지만 구리 손실 증가
• 고조파 제거 방법: 단절권, 분포권, 대칭 권선

✅ 직류전동기의 속도제어 방법

• 전압 제어 (정토크 제어) → 부드러운 속도 조절
• 계자 제어 (정출력 제어) → 고속 가능하지만 토크 감소
• 저항 제어 → 저속 운전, 전력 손실 많음

📌 정류곡선 암기법

👉 비유: 물을 통에 붓는 방법
✅ 직선 정류 → "쭉~ 일정한 흐름"
✅ 정현파 정류 → "파도처럼 부드럽게 흐름"
✅ 부족 정류 → "물을 다 못 붓고 중간에 멈춤"
✅ 과정류 → "물을 너무 오래 부어서 넘침"
✅ 양호한 정류 → "딱 알맞게 채움"

📌 암기 문장:
"직·정·부·과·양" → 직선, 정현파, 부족, 과정류, 양호한 정류
➡ "직진하다가 정차하면 부족해서 과속하면 넘친다. 결국 양호한 운전이 필요하다!"

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📌 동기발전기의 전기자 권선법 암기법

👉 비유: 실 감는 패턴
✅ 단절권 → "짧게 감아야 잡음(고조파)이 줄어든다!"
✅ 분포권 → "넓게 감아야 전기가 고르게 퍼진다!"

📌 암기 문장:
"단-고, 분-정"
➡ 단절권은 고조파 제거, 분포권은 정현파 유지

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📌 직류전동기의 속도제어 방법 암기법

👉 비유: 자전거 속도 조절
✅ 전압 제어 → 배터리 전압 높이면 속도 증가
✅ 계자 제어 → 기어를 바꾸면 고속 주행 가능 (하지만 힘이 약해짐)
✅ 저항 제어 → 브레이크를 살짝 잡으면 속도 감소

📌 암기 문장:
"전(전압)·계(계자)·저(저항)"
➡ "전기는 쎄고, 계자는 빨라지고, 저항은 느려진다!"

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📌 빠르게 복습하는 초간단 표 정리

정류곡선	직선(쭉~), 정현파(파도), 부족(멈춤), 과정류(넘침), 양호(딱 맞게)	"직진하다 정차하면 부족해서 과속하면 넘친다. 결국 양호한 운전이 필요하다!"
전기자 권선법	단절권(고조파 제거), 분포권(정현파 유지)	"단-고, 분-정"
직류전동기 속도제어	전압(강한 힘), 계자(빠른 속도), 저항(느려짐)	"전기는 쎄고, 계자는 빨라지고, 저항은 느려진다!"

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이제 암기가 좀 더 쉬워졌을까? **이미 익숙한 개념(자전거, 물 붓기, 실 감기 등)**으로 연상하면 기억하기 훨씬 편해질 거야! 😆