직류기의 전기자 반작용

📖 5분 정리무료 공개이론 근거 정리

1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 10번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2010년 1차 · 2012년 1차 · 2012년 2차 · 2016년 1차 · 2016년 2차 · 2016년 3차 · 2017년 3차 · 2019년 2차 · 2021년 1차 · 2022년 1차

2 쉬운 설명

전기자 반작용은 전기자 전류가 만든 자속이 계자가 만든 주자속에 영향을 주는 현상이다.

5문단 · 상세한 내용보기접어서 간단히 보기

전기자 자속이 주자속에 끼어들면 자극의 한쪽은 자속이 줄고 다른 쪽은 늘어 자속 분포가 일그러진다(교차 자화 작용). 철심이 포화된 쪽에서 늘어나는 양보다 줄어드는 양이 커서 전체 주자속은 감소한다. 또 기전력이 0 이 되어 브러시를 놓는 자리인 전기적 중성축이 이동하고, 정류자편 사이의 전압이 불균일해져 섬락(정류자편 사이의 불꽃)이 생기고, 브러시에서도 불꽃이 튄다.

전기적 중성축은 부하전류가 클수록 더 옮겨 가며, 발전기에서는 회전 방향으로 전동기에서는 회전 반대 방향으로 옮겨 간다. 그래서 보극이 없는 직류 발전기는 부하가 늘면 브러시를 회전 방향으로 옮겨 중성축에 맞춘다. 브러시를 부하에 따라 옮기는 목적은 정류, 곧 브러시를 지나는 코일의 전류 방향이 바뀌는 과정을 순조롭게 해서 불꽃을 줄이는 것이다.

전기자 반작용을 줄이는 장치로 보극과 보상권선이 있다. 보극은 주자극 사이에 두는 작은 보조 자극으로 정류를 돕고 전기자 반작용도 줄여 준다. 보상권선은 주자극 면에 감아 전기자 반작용을 상쇄하는 권선이며, 공극 자속의 일그러짐을 없애는 장치는 보상권선이다.

직류전동기의 속도 $N$ 은 $N\propto\frac{V-I_{a}R_{a}}{\phi}$ 로 자속 $\phi$ 에 반비례한다( $V$ 단자전압, $I_{a}R_{a}$ 전기자 저항의 전압강하). 같은 전압에서 자속이 줄면 더 빨리 돌아야 균형이 맞으므로, 전기자 반작용은 속도를 줄이는 것이 아니라 높이는 쪽으로 작용한다.

분권 발전기는 계자 권선이 전기자와 병렬이어서 전기자 전류가 부하전류와 계자전류의 합이다. 전기자 반작용에 의한 전압강하가 주어지면 유기기전력은 단자전압에 전기자 저항의 전압강하와 이 반작용 전압강하를 모두 더해 구한다. 단자전압 200 V, 전기자 저항의 전압강하 8.1 V, 반작용 전압강하 3 V 이면 유기기전력은 211.1 V 이다.

3 이 개념이 나온 기출문제

해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 전기자 반작용 = 감자(주자속 감소) + 중성축 이동 + 정류 불량.

암기팁 브러시 이동 방향: 발전기는 회전 방향, 전동기는 회전 반대 방향.

함정 주의 전기자 반작용은 주자속을 늘리지 않고 줄인다. 「주자속이 증가한다」고 쓴 보기는 영향이 아니거나 틀린 설명이다.

「영향이 아닌 것」「틀린 설명」 문항은 보기마다 늘어난다고 했는지 줄어든다고 했는지 방향을 본다. 전기자 반작용은 주자속을 증가시키지 않고 감소시키며, 자속이 줄면 유기기전력도 줄어든다. 전기자 반작용의 결과는 주자속 감소, 전기적 중성축 이동, 정류 불량(불꽃), 정류자편 사이 전압의 불균일이다. 「주자속에 영향을 미치지 않는다」는 결과가 아니고, 자기여자현상은 충전전류 때문에 전압이 스스로 올라가는 별개의 현상이다.
중성축은 발전기에서 회전 방향, 전동기에서 회전 반대 방향으로 이동한다. 보극이 없는 발전기는 부하가 늘수록 브러시를 회전 방향으로 옮기며, 그대로 두거나 계자극 중간에 놓는 것은 답이 아니다. 보기에 「발전기의 경우 회전방향으로 기하학적 중성축이 형성된다」, 「전동기의 경우 회전방향과 반대방향으로 기하학적 중성축이 형성된다」고 적혀 있어도 중성축이 옮겨 가는 영향을 말하는 맞는 설명이다.
보극이 없는 직류기에서 브러시를 부하에 따라 옮기는 이유는 정류작용을 잘 되게 하기 위해서이다. 공극 자속의 일그러짐 제거(그 장치는 보상권선)나 유기기전력 제거가 목적이 아니며, 감자분력은 브러시를 중성축에서 옮길 때 생기는 성분이어서 이를 없애려는 목적도 아니다.

체크리스트 더 보기 3개 더체크리스트 접기

분권 발전기 유기기전력 계산은 순서대로 한다. 계자전류 $I_{f}=\frac{V}{R_{f}}=\frac{200}{50}=4\,\mathrm{A}$ ( $R_{f}$ 계자저항), 전기자 전류 $I_{a}=I_{L}+I_{f}=50+4=54\,\mathrm{A}$ ( $I_{L}$ 부하전류), 저항 강하 $I_{a}\times R_{a}=54\times 0.15=8.1\,\mathrm{V}$ 를 구한 뒤 반작용 전압강하 3 V 를 함께 더한다.
브러시를 중성축에서 옮기면 주자속을 약하게 하는 감자 기자력이 생기고, 매극당 값은 $AT_d=\frac{Z}{2P}\cdot\frac{I_a}{a}\cdot\frac{2\alpha}{180}$ 이다( $Z$ 총 도체수, $P$ 극수, $a$ 병렬회로수, $\alpha$ 브러시 이동각).
감자 기자력을 구하는 예는 4극, 도체 152, 전기자 전류 100 A, 이동각 $10^{\circ}$ 인 파권이다. 병렬회로수는 $a=2$ 이고, $\frac{Z}{2P}=\frac{152}{2\times 4}=19$ , $\frac{I_a}{a}=\frac{100}{2}=50\,\mathrm{A}$ 를 넣으면 $AT_d=19\times 50\times\frac{2\times 10}{180}$ 에서 $AT_d\approx 105.6$ AT/극 이다.