직류기의 정류와 보극

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 8번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2011년 1차 · 2013년 2차 · 2014년 2차 · 2017년 1차 · 2017년 2차 · 2019년 1차 · 2019년 2차 · 2022년 1차

2 쉬운 설명

정류는 회전하는 전기자 코일이 브러시를 지날 때 코일 전류의 방향이 바뀌는 과정이다. 정류가 순조롭지 않으면 브러시와 정류자 사이에 불꽃이 튀어 두 부품이 상한다.

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전류가 짧은 시간에 뒤집히면 코일은 그 변화를 막으려는 전압, 곧 리액턴스 전압 $e=L\frac{di}{dt}$ 을 만든다( $L$ 은 코일의 인덕턴스). 이 전압이 크면 브러시와 정류자 사이에서 불꽃이 난다.

양호한 정류는 리액턴스 전압을 작게 하는 것이다. 정류주기(코일이 브러시에 단락되어 전류 방향이 바뀌는 데 걸리는 시간)를 길게 하면 전류가 바뀌는 속도가 느려져 리액턴스 전압이 작아지고, 코일의 인덕턴스를 작게 해도 $e=L\frac{di}{dt}$ 의 값이 작아진다. 브러시의 접촉저항을 크게 하면 정류 중 단락된 코일에 흐르는 전류가 억제된다.

보극은 주자극 사이의 중성축 자리에 놓는 작은 보조 자극이다. 정류 중인 코일에 반대 방향의 전압을 만들어 리액턴스 전압을 상쇄하므로 불꽃이 줄고 정류가 좋아진다. 보극은 전기자와 직렬로 연결되어 전기자 전류에 비례하는 상쇄 작용을 하고 전기자 반작용도 일부 상쇄한다. 토크나 속도를 정하는 장치는 아니다.

보상권선은 주자극 면에 감은 권선으로, 전기자 전류와 반대 방향으로 전류를 흘려 전기자 반작용(전기자 전류가 만든 자속이 주자속의 분포를 흐트러뜨리는 현상)을 줄인다. 자속의 쏠림이 줄면 정류도 쉬워지므로 정류를 간접적으로 돕는다. 그러나 리액턴스 전압을 직접 상쇄하는 것은 보극이므로 보상권선이 있어도 보극은 필요하고, 두 장치는 함께 쓰이는 경우가 많다.

섬락은 정류자편 사이의 불꽃이 정류자 둘레로 번져 브러시 사이를 이어 버리는 심한 방전이다. 부하가 급하게 변하면 전기자 전류가 급하게 변해 정류자편 사이 전압이 일시적으로 높아지므로, 직류 발전기에서 섬락이 생기는 가장 큰 원인은 부하의 급변이다. 장시간 운전, 경부하 운전, 회전속도 저하는 가장 큰 원인으로 꼽히지 않는다.

3 이 개념이 나온 기출문제

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

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 양호한 정류 = 리액턴스 전압

\displaystyle e=L\frac{di}{dt}

을 작게: 정류주기 크게, 인덕턴스 작게, 브러시 접촉저항 크게.

암기팁 초기 불꽃 = 과정류 · 말기 불꽃 = 부족정류 · 이상적 = 직선정류.

함정 주의 보극은 리액턴스 전압을 상쇄하는 정류 개선 장치이고 보상권선은 전기자 반작용을 줄이는 장치로 맡은 일이 다르다. 한쪽이 있다고 다른 쪽을 없앨 수 없다.

양호한 정류 조건에서 틀린 보기는 리액턴스 전압을 크게 하라는 쪽이다. 정류주기는 길게, 전기자 코일의 인덕턴스는 작게, 브러시 접촉저항은 크게 하며, 보상권선이나 보극을 설치하는 것도 정류를 좋게 하는 방법이다.
정류 중 코일 전류가 정류주기 $T_{c}$ 동안 $I_{c}$ 에서 $-I_{c}$ 로 바뀌면 전류 변화량은 $2I_{c}$ 이고, 평균 리액턴스 전압은 $e=L\frac{2I_{c}}{T_{c}}$ 이다.
불꽃 없는 정류에서 평균 리액턴스 전압을 $A$ , 브러시 접촉면 전압강하를 $B$ 라 하면 $B$ 가 $A$ 보다 커야 $A$ 를 이겨 불꽃이 나지 않으므로 $A<B$ 이다. 브러시는 정류가 끝나 가는 쪽 정류자편과 닿는 면적이 줄수록 그쪽 저항이 커지며, 이를 이용하는 것이 저항정류이다.

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보극을 설치하는 목적은 정류 개선(불꽃 방지)이다. 토크 증가, 회전수 일정, 기동토크 증가는 보극의 목적이 아니다.
과정류와 부족정류는 전류 변화가 큰 시점(초기와 말기)으로 구별한다. 정류 초기에 전류가 지나치게 빨리 변해 불꽃이 나면 과정류, 말기에 변화가 크면 부족정류이고, 전류가 직선처럼 고르게 변하는 이상적인 정류는 직선정류, 정현파로 변하면 정현파정류이다.
보극은 리액턴스 전압을 상쇄하고 보상권선은 전기자 반작용을 상쇄한다. 「보상권선이 있으면 보극은 필요없다」는 설명은 틀렸다.

5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다

2013년 2차 전기기기 49번 — 섬락이 생기는 가장 큰 원인직류 발전기에서 섬락이 생기는 가장 큰 원인은?옳은 것 고르기해설 보기 →2017년 1차 전기기기 48번 — 직류기에 보극을 설치하는 목적직류기에 보극을 설치하는 목적은?옳은 것 고르기해설 보기 →2019년 2차 전기기기 51번 — 양호한 정류 조건 중 틀린 것직류기발전기에서 양호한 정류(整流)를 얻는 조건으로 틀린 것은?옳지 않은 것 고르기해설 보기 →

6 이론 근거 — 정의가 곧 정답입니다항목 7개 · 눌러서 펼치기눌러서 닫기

직류기의 정류작용

정류 중인 코일의 리액턴스 전압은 보극으로 상쇄하고, 전기자 반작용은 보상권선으로 줄인다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 2문항이 인용

보극의 역할

보극은 중성축 부근에 설치하여 정류 중인 코일의 리액턴스 전압을 상쇄하고 전기자 반작용을 줄여 정류를 개선한다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

자기유도 전압

코일의 유도 전압은

e=L\frac{di}{dt}

이며 평균값은 전류 변화량을 시간으로 나눈 값에

L

을 곱해 구한다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

저항정류(브러시 접촉저항에 의한 정류)

브러시 접촉면의 전압강하가 리액턴스 전압보다 커야 정류 코일의 전류 변화가 불꽃 없이 마무리된다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

정류곡선

정류 중 전류가 직선으로 변하면 직선정류, 정현파로 변하면 정현파정류, 초기에 크게 변하면 과정류, 말기에 크게 변하면 부족정류이다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

직류기의 섬락

정류자 편 사이의 불꽃이 번져 브러시 사이를 잇는 현상이며 부하의 급변이 가장 큰 원인으로 꼽힌다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

직류기의 정류 개선법

보상권선·보극 설치·브러시 접촉저항 증가는 정류를 개선하지만, 리액턴스 전압을 크게 하는 것은 정류를 오히려 악화시킨다.

출처: 기출 해설의 이론 근거 · 이 개념 기출 8문항 중 1문항이 인용

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