직류기 이론 6편: 직류 전동기의 기동 방식과 기동저항기의 필요성

직류 전동기를 처음 기동할 때는 정상 운전 상태와 전혀 다른 전기적 조건이 형성되며, 이 과정에서 발생하는 과도 전류를 어떻게 제어하느냐가 직류기의 안전한 운전을 좌우한다. 직류기 이론에서 기동 방식은 단순한 운전 절차가 아니라, 전동기의 보호와 수명, 그리고 전원 설비의 안정성까지 영향을 미치는 중요한 요소이다. 전기기사 시험에서도 직류 전동기의 기동 시 전류가 왜 크게 흐르는지, 그리고 이를 억제하기 위한 방법이 무엇인지에 대해 반복적으로 출제된다.

 

 

직류 전동기가 정지 상태에 있을 때는 회전으로 인해 발생하는 역기전력이 존재하지 않는다. 정상 운전 중에는 전동기의 회전에 의해 역기전력이 발생하여 전기자 전류를 제한하는 역할을 하지만, 기동 순간에는 이 역기전력이 0에 가깝기 때문에 전기자 회로에는 매우 큰 전류가 흐르게 된다. 이 전류는 전기자 권선의 저항이 매우 작기 때문에 더욱 커지며, 아무런 대책 없이 전원을 인가할 경우 권선의 과열, 정류자 손상, 브러시 스파크 증가와 같은 심각한 문제가 발생할 수 있다.

 

이러한 문제를 방지하기 위해 사용되는 것이 바로 기동저항기이다. 기동저항기는 전동기 기동 시 전기자 회로에 직렬로 삽입되어 전류를 제한하는 역할을 한다. 기동 초기에는 저항값을 크게 하여 과도 전류를 억제하고, 전동기의 속도가 증가하여 역기전력이 형성되면 단계적으로 저항을 제거하면서 정상 운전 상태로 전환한다. 이 과정은 전동기의 기계적 충격을 줄이고, 전원 계통에 미치는 영향을 최소화하는 데 매우 중요한 역할을 한다.

 

직류 전동기의 기동 방식은 여자 방식에 따라 특성이 다르게 나타난다. 분권 전동기의 경우 계자 자속이 비교적 일정하기 때문에 기동 전류 제어가 상대적으로 용이하며, 기동저항기를 통해 안정적인 기동이 가능하다. 반면 직권 전동기는 계자 전류가 전기자 전류와 동일하게 흐르기 때문에 기동 시 토크는 매우 크지만, 전류 제어가 더욱 중요해진다. 특히 직권 전동기는 무부하 상태에서 기동할 경우 위험한 속도 상승이 발생할 수 있으므로, 반드시 부하 조건을 고려한 기동이 필요하다.

 

기동저항기의 제거 방식에는 수동식과 자동식이 있으며, 전기기사 시험에서는 자동 기동기의 원리를 묻는 문제가 자주 출제된다. 자동 기동기는 전동기의 속도 상승에 따라 전기자 전류나 전압 변화를 감지하여 저항을 단계적으로 제거하는 구조를 가진다. 이러한 방식은 운전자의 개입 없이도 안정적인 기동을 가능하게 하며, 대형 직류 전동기에서 특히 많이 사용된다.

 

결론적으로 직류 전동기의 기동 방식은 단순히 전원을 켜는 행위가 아니라, 전동기의 전기적·기계적 특성을 고려한 정교한 제어 과정이다. 기동저항기는 이러한 과정에서 필수적인 보호 장치로서, 직류기의 안정성과 신뢰성을 확보하는 핵심 요소라 할 수 있다. 전기기사 수험생이라면 이 장을 통해 기동 시 발생하는 현상을 단순한 공식이 아닌 실제 운전 상황으로 연결하여 이해하는 것이 중요하다.