직류전동기 기동기(Starter)의 필요성

가. 필요성

직류 전원에 직접 연결한면 그림 a에서 기동할 때의 역기전력 이다.  따라서 기동 전류가 대단히 커진다. 그러므로 직류전동기의 기동전류를 안전한 값으로 제한하기 위해 기동기가 필요하다.





 

여기서 Ra의 값은 상당히 작기 때문에 기동 전류가 대단히 크게 된다. 따라서 기동전류를 안전한 수준으로 낮추기 위해 그림b와 같이 외부저항을 넣어 기동시 직류 단자전압을 낮추거나, 가변의 직류전압원을 이용하여 인가전압을 조정할 필요가 있다.

그림 c와 같이 외부저항을 넣었을 때 전동기가 기동하는 동안에 전기자 전류는 다음과 같다.



속도가 증가하면 역기전력 Ea도 증가한다. 따라서 속도가 증가함에 따라서 외부저항의 값을 점차 줄여나가도 전기자 전류는 일정한값을 넘지 않는다. 이와같은 동작을 하는 것이 그림 c의 기동기이다.

나. 예제풀이

[문] 10kw, 100V, 1000rpm 직류기가 Ra = 0.1Ω 이고 100V 직류전원에 연결되어 있다.

(1) 전기자 회로에 기동기가 없을 떄 기동전류를 구하여라.

(2) 기동전류를 정격전류의 2배 이내로 제한하기 위한 기동저항값을 구하여라





(3) 이 기계는 전동기로 사용되고 있고 기동기가 부착되어 있다. 기동시에 전기자 전류를 정격전류의 100%에서 200%로 제한하기 위한 기동기의 저항값을 구하여라.

기동기의 저항배치는 아래의 그림 a와 같고 Rae1, Rae2, ..... 는 1위치, 2위치 ....에서의 전체 저항값이다. Ia가 100A로 떨어지면 손잡이를 새 위치로 옮긴다. 시간 변화에 대한 전류 Ia와 속도 n 의 변화는 그림 b와 같다.



• 기동기의 전체저항 Rae1 = 0.4Ω
• Rae2  임의의 속도에서
  단자전압 Vt는 일정하며, 역기전력 Ea는 속도에 따라 증가하고, 기동전류가 감소하므로 전기자전류에 의한 전압강하도 감소한다.
• t=t2^-  손잡이를 2위치로 옮기기 직전 Ia = 100A
  
  
  
  
• 손잡이를 2위치로 옮긴 직후
  
    또는 ,     따라서 Rae2 = 0.15Ω
   
• Rae3  t=t3^- 에서 Ia = 100A 이다.
  
   
   
• t=t3^+에서
  
    따라서 Rae3 = 0.025Ω
  
  
• Rae4   t=t4^- 에서 Ia = 100A이다.
  
    
  
  
• t=t4⁺ 에서
  
    따라서 Rae4 = -0.0375Ω     
  
  저항값이 음수라는 것은 필요하지 않다는 것을 의미하며, 기동기에 저항이 없어도 전류는 200A를 넘지 않는다.
  손잡이가 4의 위치에 있을 때 Ia의 값은
  
   
   
• 따라서 각 3개의 저항값은 다음과 같다.