이번에 소개할 과목은 전기기기입니다. 전기(산업)기사, 전기공사(산업)기사의 41~60번까지의 문제이고 과목은 직류기, 동기기, 변압기, 유도기, 정류기 등 총 5과목으로 구성됩니다. 이번과목은 암기해야할 수식이 20개 정도 있으며 문제에 맞게 수식을 적용해야 합니다. 그러므로 개념을 정확히 파악하고 문제를 많이 풀어보셔야 합니다. 저는 이번에 총 5과목의 요약자료와 문제를 준비했습니다. 다른과목에 비해 적은 chapter를 가지고 있으므로 요약자료와 문제는 다른 과목 한 chapter 보다 양이 훨씬 많습니다.
문제의 난위도는 개념만 보고 시험을 쳤을 경우 제일 어렵습니다. 하지만 과년도에서 많은 문제가 나오는 특성을 가지고 있는 기사시험의 특성상 제출문제를 많이 보신다면 난위도는 중상 정도로 낮아집니다. 특히 전동기 중심의 개념문제와 특성문제는 제출문제와 똑같이 제출되므로 비교적 50%의 개념, 특성 문제를 쉽게 풀 수 있습니다. 제출문제를 보지 않는다면 전동기 특성이 복잡하게 나오기 때문에 틀릴 확률이 매우 큽니다.
CHAPTER 1. 직류기
이번 전기기기 1장 직류기에서는 특성문제와 계산 문제가 많이 나오고 시험문제에서도 1~5문제정도 나옵니다. 평균 2개 이상의 문제가 출제되니 정확히 동영상강의와 요약자료로 개념을 잘 잡으신 다음 2007~2014년까지의 재구성된 문제를 풀어보시기 바랍니다. 그리고 2015~2016년 문제는 마지막에 최종정리 시간을 만드셔서 풀어보시기 바랍니다. 더 적은 문제를 풀어보길 원하신다면 2012~2016년 정도의 5년 정도의 꼭 풀어보시기 바랍니다.
CHAPTER 2 동기기
전기기의 총 주제는 5개( 직류기, 동기기, 변압기, 유도기, 정류기) 이므로 각 부분마다 많은 문제가 출제됩니다.
동기기의 출제 경향은 약 20%로 높은편입니다. 평균 3~4문제가 출제되며 계산문제 1~2문제 개념문제 1~2문제가 출제됩니다.
전기기기를 공부하시는분들은 모두 어려우실테고 고득점(80점 이상) 획득하기는 어려운 과목입니다. 하지만 출제문제가 돌고도는 문제은행 방식에서 80점이상 가능합니다. 특히 전기기기에서는 많은 문제가 문제은행에서 출제됩니다. 그만큼 관심을 가지고 출제문제를 많이 보시기 바랍니다.
동기기는 같은속도로 회전하는 전기기기로서 영어로 Synchronous machine 이라고 합니다. 여기에서 동기기의 속도와 극수가 많을 때와 적을 때의 차이, 동기발전기의 구조와 동기기의 종류에 대해 알아야 합니다.
CHAPTER 3 변압기
변압기의 원리와 권수비, 변압기구조, 변압기의 유도기전력, 여자 어드미턴스 회로, 변압기 등가회로, 백분율 강하, 전압 변동률, 변압기 결선과 상수변환, 3상 벼압기의 결선, 상수변환, 병렬운전, 특수 변압기, 변압기 손실 및 효율, 변압기 내부 고장, 변압기의 온도시험에 대해 배웁니다.
- 변압기의 원리와 권수비
변압기의 원리 는 두개의 철심에 코일을 감고 1차 측에 교류전압을 가하면 철심에 자속이 발생되어 2차 권선으로 쇄교되어 전자유도작용에 의해 그 권선에 비례하여 2차 측에 유도 기전력이 발생하여 2차측에 전류가 흐르고 전압이 발생되는 것을 변압기라고 합니다.
- 변압기 구조
변압기의 구조는 철심과 권선으로 구성되며 여기서 권성느 유기기전력이 발생되는 부분이며 철심은 자속의 통로(자로)가 됩니다.
- 변압기의 유도기전력
변압기는 교류 전압 및 전류의 크기를 변성하는 장치이며 자속 변화에 따라 1차 권선 안에 유도기전력 e1이 유도되며 자속은 2차 권선과도 쇄교하므로 누설자속이 없다면 2차 측에도 2차 유도기전력 e2가 유기됩니다.
- 여자 어드미턴스 회로
무부하시 즉, 2차 단자를 개방하고 1차에 전압을 인가하면 흐르는 전류르 여자전류라 합니다.
- 변압기 등가회로
변압기의 실제회로는 전자유도작용에 의해서 결합된 2개의 돌립회로로 이루어지며 1차 측에서 2차측으로 전력이 전달되는 것이지만 같은 제량을 수량적으로 취급하기 위해서 단일회로로 취급하면 매우 편리하다 이를 위해서 일반적으르 2차 측을 1차측 기준으로 환산합니다. 첨부파일에 더 자세한 내용이 있습니다.
- 백분율 강하
백분율 전압강하는 1차 정격전류에 의한 저항강하, 리액턴스 강하 및 임피던스 강하를 1차 정격전압에 대한 백분율로 표시한 것을 가각각 백분율 저항강하, 백분율 리액턴스 강하 및 백분율 임피던스 강하라 합니다.
- 전압 변동률
전압 변동률은 전부하일 때와 무부하일 때의 2차 단자전이 서로 다른 정도를 표시하는 것으로 이러한 비율이 큰 변압기는 부하의 증감에 따른 2차 전압의 변동이 크다. 따라서 전압변동률은 전등의 광도, 수명, 전동기의 출력 등에 영향을 미치는 중요한 지표입니다.
- 변압기 결선과 상수변환
변압기는 극성이란 어느 순시에 있어서 그 1,2차 단자 간에 나타는 유기기전력의 상대적 방향을 나타내는 것이다. 외함의 같은 쪽에 있는 고전압 단자 A, a를 접속하고 반대 측에 있는 단자 B와 b 사이에 전압계 V를 접속한 후에 고압 측 A, B간에 적당한 전압 V1을 인가하여 저압 측 a,b 간의 전압 V의 지시값을 읽습니다.
- 3상 변압기의 결선
3상 변압을 하는 경우에는 3상 변압기를 사용하거나 단상변압기 3대를 이용하여, Y결선이나 △결선을 하며 단상 변압기 2대 이용하는 경우는 V결선을 사용합니다.
- 상수변환
부하의 종류에 따라 상수의 변환이 필용할 때가 있으며 3상 회로에서 용량이 큰 단상부하를 사용하고자 할 경우나 또는 3상을 6상으로 변환하는 경우 등입니다.
- 병렬운전
변압기의 부하의 증대 또는, 경제적인 운전이라는 점에서 2대 이상 변압기의 1차 측과 2차측을 각각병렬로 운전할 필요가 있을 때가 잇다. 이것을 변압기의 병렬운전이라 합니다.
- 변압기의 손실 및 효율
변압기의 손실은 정지기이므로 동손과 철손으로 구분되며 효율은 첨부파일에 자세히 나와있습니다.
- 변압기 내부 고장 보호용
변압기의 내부 고장 보효용으로는 전기적인 보호방법과 기계적인 보호방법이 있습니다.
- 변압기의 온도시험
변압기의 온도 시험법에는 실부하법과 반환부하법이 있습니다.
CHAPTER 4 유도기
1. 3상 유도전기동기의 원리
유도전동기의 기본원리는 아라고의 원파입니다. 구리원파에 말굽자석을 넣고 회전시키면 구리원팡이 말굽자석을 따라 회전하는 것을 알 수 있습니다.
말굽자석을 회전시키면 원판이 말굽자석의 자속을 끊으며 플레밍의 오른손 법칙에 의해 기전력이 만들어집니다. 이 기전력에 의한 원판 표면에는 와전류가 흐르게 되며 전류는 자속을 만들게 되는데 이 자속은 플레밍의 왼손 법칙에 의해 힘이 발생하여 회전하게 되며 방향은 영구 자석을 회전시키는 방향으로 회전하게 됩니다. 만일 원판이 자속과 같ㅇ느 회전속도가 되면 원판과 자석간의 상대 속도가 없어져서 맴돌이 전류를 유도하지 않게 되어 힘이 생기지 않습니다. 즉, 원판이 자석에 유도되어 회전하려면 반드시 자석보다 느리게 회전하여야 합니다. 이것을 아라고 원판 실험이라고 합니다. 구리판에 자석을 회전시키는 대신 회전자계를 가하면 동일한 현상이 발생하며, 이것이 유도전동기의 원리가 됩니다.
2, 3상 유도기의 종류
3상 유도전동기는 회전자의 종류에 따라 농현회전자, 권선형 회전자로 나누어 집니다.
3. 슬립(slip)
유도 전동기는 동기속도보다는 항상 늦게 회전하게 되는데, 이것이 유도전동기의 슬립이 생기는 이유가 됩니다. 슬립은 고정자속도와 회전자 속도의 차이를 고정자 속도와의 비로 나타낸 것입니다.
4. 유도기전력
유도전동기의 유기기전력은 전동기가 정지하고 있는 경우와 슬립 s로 회전하고 있는 경우로 나누어서 해석할 수 있습니다.
5.등가회로
변압기의 등가회로는 그 특성을 살피거나 계산하는데 매우 편리하다는 것을 알 수 있으며 유도전동기도 마찬가지로 등가회로로 나타낼 수 있습니다. 다만 변압기는 그 출력이 전력이므로 부하를 등가 임피던스 z로 나타내었지만 회전하고 있는 전동기의 출력은 기계적 동력이므로 그 동력에 알맞은 에너지를 소비하는 부하저항으로 바꾸어야 합니다.
6. 전력변환
7. 토크 (회전력)
3상 유도전동기의 토크는 입력을 이용하는 방법과 출력을 이용하는 방법으로 나누어집니다.
8. 최대토크
9. 비례추이
비례추이는 권선형 유도 전동기에서 사용하며 기동토크 특성에서 2차 저항 r2를 n배하면 슬립도 n배 되어 기동토크는 증가하며 최대토크는 불변하며 이때 최대 토크를 발생하는 슬립은 변화가 발생합니다. 따라서 전동기 기동 시에 비례추이를 이용하면 기동전류는 감소하고 , 기동토크는 증가하게 됩니다.
10. 원선도
원선도는 유도전동기 1차 부하 전류의 선단의 부하의 증감과 더불어 그리는 그 궤적이 항상 반원주상에 있는 것을 이용하여 유도 전동기의 효율 및 역률 등을 구하기 위한 선도로서 부하에 의한 전류벡터의 궤적으로 하므로 원선도의 지름은 전압에 비례하고 리액턴스에 반비례 합니다.
11. 기동법
유도전동기는 농형 유도전동기와 권선형 유도전동기로 나뉘어 집니다. 기동법에 대해서 요약자료에 많은 내용을 첨가하였습니다.
12 속도제어
전동기의 속도를 제어한다는 것은 토크특성곡선을 바꾸는 것을 말하며 농형 유도전동기와 권선형 유도전동기의 속도제어법에 대해 알아 봅니다.
13. 제동법
운전 중의 3상 유도전동기를 신속하게 정지시키거나 한정된 속도 이상으로 상승하지 못하도록 하기 위해 또는 운전을 반대로 하기 위해 제동이 필요하게 됩니다. 발전제동, 회생제동, 역상제동에 대해 간단히 설명해놓았습니다.
14. 단상유도 전동기
3상 유도전동기는 원형 회전자계와 이에 의해서 유도된 2차 전류 사이에 토크가 생기는 것이므로 회전자계가 없으면 기동을 할 수 없습니다. 단상 유도전동기의 2차 권선은 농형으로 3상 유도전동기와 같은 농형이지만, 1차 권선은 단상권선입니다. 따라서 여기에 단상교류가 흐르면 권선의 축방향으로 크기만 변화하는 교번자속이 생길 뿐이므로, 이 상태로서는 기동토크를 발생시킬 수 없고 , 다라서 기동을 할 수 없습ㄴ디ㅏ.
그런데 경부하로 운전하고 있는 3상 유도전동기는 1차의 3단자 중 그 하나를 전원에서 개방하여도 전동기는 그대로 회전을 계속합니다. 도 기동토크를 발생하는 장치가 없는 단상 유도 전동기에서도 그 1차를 전원에 접속하고 회전자에 외력을 가하여 어느 한쪽 방향으로 돌려주면 그 방향으로 토크가 발생하여 운전을 계속한다. 이와 같은 사실로 미루어 보여 단상 유도 전동기는 어느 한 방향으로 회전을 시작하면 3상 유도 전동기와 같이 동작하는 것을 알 수 있습니다.
15. 유도전압조정기 , 특수 유도전동기
CHAPTER 5 정류기
5번째 chapter인 정류기 입니다. 교류정류자기에 대해 배웁니다. 내용은 얼마 되지 않지만 꾸준히 출제되고 있고 공식에 대입하면 풀리는 문제와 개념에 대한 문제가 출제됩니다. 개념문제는 깊게 생각하시지 마시고 여러번 읽으면서 머리 속에 넣는 방법을 추천드립니다.
교류 정류자 전동기는 정류자 의 주파수 변환 작용에 의해 동기속도를 광범위하게 조정 할 수 있는 특성이 있습니다. 단상과 3상으로 분류되며, 그 종류가 매우 다양합니다. 단상에는 만능전동기 ( 유니버설 모터) 와 같이 소형 전기 드릴이나 전기 재봉틀 등에 사용되는 단상 직권형과 브러시의 이동으로 속도 조정 및 역회전이 가능한 단상 반발형입니다.
3상 교류 정류자 전동기로서는 분권식인 시라케 전동기가 흔히 사용됩니다. 이 전동기는 동기속도의 0.5~1.5 범위에서 미세한 속도 조정이 가능하며, 효율 역률 모두 우수하나 브러시수가 많고 가격이 비쌉니다.
기사에서의 정류기는 회전정류기, 수은정류기, 반도체 정류기에 대한 내용이 나옵니다. 회전정류기는 교류를 가하면 회전자는 동기 전동기의 회전자로서 회전함과 동시에 직렬발전기의 전기자로 작용하여 직류를 발생하는 원리를 이용하여 정류를 합니다. 수은정류기에 대해서는 역호에 대한 문제가 출제됩니다. 역호란 음극에 대해 부전위로 있는 양극이 어떠한 원인에 의 해음극점이 형성되어 정류기의 밸브작용이 상실되는 현상입니다. 그 원인으로는 과부하 전류 및 전압, 내부 잔존가스의 압력 상승, 양극의 수은 방울 부착 및 양극표면의 불순물 부착 등이 있습니다. 가장 주된 원인은 과부하 전류 및 과부하 전압입니다. 그리고 그에 대한 방지대책 등은 요약자료에 첨가 해 놓았습니다.
그리고 마지막으로 반도체 정류기에 대한 내용이 나옵니다. 반도체 정류기는 SCR, GTO, TRIAC, 전력용 트랜지스터, 기타 반도체 소자에 대해 배웁니다.
마지막 내용으로 다이오드 정류회로, 사이리스터 정류회로에 대해 배웁니다. 다이오드 정류회로는 단상반파, 단상전파, 3상 반파, 3상 전파 정류회로에 대해 알아봅니다. 사이리스터 정류회로는 단상반파, 단상전파 정류회로에 대해 배우고 둘 사이에 미묘한 차이가 있으니 알아 두셔야 문제를 푸는데 수월합니다. 5장 정류기는 절대 어려운 내용이 아닙니다. 하지만 마지막 CHAPTER 이다보니 많이 흩어보지 않습니다. 그렇기에 약간의 어려움을 느낄 수 있습니다.
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