이번에는 전기자반작용에 대하여 알아보겠습니다. 전기자반작용은 말 그대로 전기자의 반대되는 작용이라고 이해하면 쉽습니다.
전기자반작용
계자의 자속이 N극에서 S극으로 모두 전달이 잘된다면 이론적으로는 정상입니다만, 실제로는 전기자에도 코일이 감겨있어 여기서도 자속이 나오는데 이것이 계자의 자속을 방해하고 자속분포를 찌그러지게 하는 것이 전기자 반작용입니다. 이때 전기자반작용이 생기면 전기적 중성점이 이동하고, 주자속이 감소, 국부적으로 전압이 불균등해집니다. 이 전기적 중성점에 브러시를 설치합니다.
교차자화작용
주자속이란 계자에서 나오는 자속을 얘기합니다. 전기자에서 나오는 자속은 주자속과 서로 직각의 자계를 갖는데요. 이렇게 주자속과 전기자 자속이 교차하는 것을 교차자화작용이라 합니다.
편자작용
실제로 발전기에서는 계자전류와 전기자 전류가 동시에 흐르게 됩니다. 주자속과 전기자 자속이 겹쳐서 교자차화작용이 발생하게 되죠. 이렇게 발생된 자속의 분포가 찌그러지는 현상을 편자작용이라 합니다. 이때 주자속의 전체량은 철심의 자기 포화현상으로 자속수가 감소하게 됩니다. 또한 중성점도 이동하여 정류자에 불꽃도 발생하게 합니다. 따라서 중성점을 새로운 중성점으로 이동시켜 주어야 하는데, 처음 정상상태의 무부하 시 중성점을 기하학적 중성점, 부하시 중성점이 이동한 것을 전기적 중성점이라 합니다.
감자작용
이렇게 전기적인 중성점이 이동하게 되면 계자기자력에 대해 반대 기자력이 생성됩니다. 이것을 감자작용이라 합니다.
이때 전체 기자력에서 감자기자력을 뺀 교체기자력이 만들어진다.
정류
직류전압, 전류를 만들어 주기 위하여 정류를 하게 됩니다.
정류작용
전기자코일 내부에 흐르는 전류의 방향은 정류자편이 이 코일의 브러시를 지날 때마다 반대가 됩니다. 이것을 정류작용이라 합니다.
정류자편이 브러시를 지날 때마다 흐르는 전류를 알 수 있는데요. 코일 한변에는 전류 I [A]가 흐르고 두 도체가 합쳐져서 브러시를 통과할 때 나오는 전류는 2I [A]입니다. 그리고 브러시로 단락 되기 시작하면서 정류가 시작되고 단락이 끝나 정류가 완료할 때까지의 시간을 정류주기(commutation period)라 합니다.
리액턴스전압
코일에는 반드시 인덕턴스 L이 있으므로 전류의 값이 변화하면 렌츠의 법칙에 의하여 전류의 변화를 방해하는 자기 유도 기전력이 유기된다. 이것을 리액턴스전압(reactance voltage)이라 한다. 단락코일의 평균 자기 유도 기전력은
e=(-Ldi/dt)=L(Ic-(-Ic))/Tc=l2Ic/Tc
가 된다.
위 그림은 정류 중인 코일의 전류 변화를 나타낸 곡선이다.
a 직선정류 : 이상적인 정류
b정현파정류 : 정류가 시작할 때와 끝날 때 정류의 변화가 적어 불꽃이 발생하지 않는다.
c부족정류 : 정류가 끝날 때 불꽃이 발생한다.
d과정류 : 정류가 시작할 때 불꽃이 발생한다.
전류의 변화가 심하다는 것은 높은 전압이 단락코일에 유기된다는 것이다.
전압정류, 보극
리액턴스전압이 생기면 브러시가 전기적 중성점에 있어도 불꽃이 생기게 됩니다. 그래서 리액턴스 전압과 크기가 같고 반대인 기전력을 유도시키는 자속을 주면 된다. 이 자속을 정류자속(commutation)이라 하며 이 자속으로 유도되는 기전력을 정류전압이라 합니다. 그리고 정류전압에 의하여 리액턴스 전압을 없애고 정류작용을 하는 것을 전압정류(voltage commutation)라 하고, 이를 위해 주자극 사이에 보극을 설치한다. 보극의 작용은 인덕턴스에 의해서 전류의 변화가 늦어지는 것을 방지하는 것이다.
보상권선
보극에 의하여 중성점 부근의 전기자 반작용은 상쇄되지만 이 외의 곳에서 전기자 반작용은 남아있는다. 이 작용이 너무 심해지면 정류자 편간 전압이 높아져 섬락(flash over)을 일으킬 수 있다. 그래서 자극편에 슬롯을 파고 여기에 권선을 감고 전기자 권선과 직렬로 연결하여 전기자전류의 반대 방향으로 흘리면 전기자 반작용을 상쇄하게 되는데 이와 같은 권선을 보상권선(compensating winding)이라 한다.
균압결선
단중중권에서는 전기자 병렬회로수가 극수와 같다. 따라서 각 회로에 기전력의 차가 생기면 브러시를 통하여 순환전류가 흘러 불꽃의 원인이 되고 정류가 나빠진다. 완전히 없애는 것을 불가능하여 이 순환전류를 브러시를 통과시키지 않게 하기 위하여 저저항의 환을 두고 극간격의 2배 거리에 있는 등전위가 되어야 할 도체를 여러 곳에 접속합니다. 이 환을 균압환이라 하고 결선을 균압결선이라 합니다.
오늘은 전기자 반작용과 정류에 대하여 알아보았는데요. 전기기기 내부에는 코일과 철심 등이 있어 여러 가지 현상들이 나타나게 되는데요. 이 현상들을 완화하기 위한 것들이 있었습니다. 다음에는 다른 내용으로 오도록 하겠습니다.^^