[동력차의 특성과 견인력 성능]
(1) 직류직권전동기의 원리
- 전동기의 종류 : 직권, 분권, 복권
(2) 직류직권전동기의 특성
※ 직류직권전동기의 구비하여야 할 조건
① 기동회전력이 클 것
② 회전속도가 낮을 때 회전력이 클 것
③ 속도변화폭이 커서 속도제어가 용이할 것
④ 회전속도가 클 때 전류가 적어서 전력소비량이 적을 것
⑤ 병렬운전 시 부하불균형이 적을 것
⑥ 운전 중 급격한 전류․전압의 변동 시에도 고장이 발생치 않을 것
가. 주전동기의 회전력
주전동기의 회전력은 자속과 전기자전류의 상승적으로 표시하며 회전력의 대소는 자극의 강한 정도 와 전기자권선에 흐르는 전류의 대소에 관계된다.
T = KΦI (T : 견인력, K : 상수, Φ : 상수, I : 전기자전류)
① 계자 미포화시 회전력
Φ ∝ I 이므로 Φ = K'I
∴ T = KΦI = K․K'I․I = Κ I²
② 계자 포화시 회전력
Φ = 일정(상수값)하므로 Φ = K'
∴ T = KΦI = K․K'․I = Κ I
★나. 주전동기의 회전수
전동기에 공급되는 전압 Et는 역기전력 Ec와 전동기내부의 전압 강하 Ir로 소비된다.
즉, Et = Ec + Ir , Et = Ia ∙ ra --> Ec = Et - Ia ∙ ra
( Et : 단자전압(V), Ec : 역기전력(V), Ia : 전기자전류(A), ra : 전기자 내부저항(Ω))
또한 전동기에 전압을 가압하면 전기자코일은 계자 내를 회전하면서 자속을 절단하여 후레밍의 우수법
칙에 의한 기전력을 발생하게 되며 이 기전력은 외부유입 전류의 방향과 반대방향으로 유도되므로 이를
역기전력(counter electro motive force)이라 한다. 역기전력은 회전수와 계자내의 자속수에 비례 한다.
Ec = KΦN
★ 회전수 N = Ec/KΦ = Et-Ir/KΦ
주전동기의 회전수는 역기전력에 비례하고 자속수에 반비례함을 알 수 있다.
★ 직류직권전동기 회전수는 단자전압Et 에 비례하고 자속수Φ에 반비례한다.
★ 일반적으로 전동기의 자속이 포화점에 달할 때까지 자속수는 공급전류에 비례하므로 주전동기 회 전수는 단자전압에 비례하고 전류에 반비례한다.
다. 직류직권전동기의 회전수 제어법
전동기의 회전수는 단자전압(Et), 전동기내부저항(Ir), 계자의 전류량(I→Φ)을 조정하면 제어할 수 있음을 확인할 수 있다. 철도동력차에 활용하는 직류직권전동기는 3가지 방법을 병용하며, 견인력특성에 따라 계자의 전류제어를 생략하기도 한다.
1) 단자전압 제어 방법 - 직력, 직병렬, 병력 등으로 변경
2) 저항제어 방법 - 연결된 저항기의 단계적 가감을 통해 TM에 공급되는 전압 가감
3) 계자전류제어 방법 (약계자 제어) - 전류의 크기를 어느 정도 유지하면서 속도의 향상을 기대