직류발전기의 유기기전력과 권선법

 이번에는 직류발전기의 유기기전력과 권선법에 대하여 알아보겠습니다. 유기기전력은 말 그대로 유기(유도)되는 기전력인데요.

 

유기기전력

 

 자계 중(자석에는 무수한 자속이 나오게 되는데 이것을 선으로 생각하고 그걸 끊는다고 이해해 주세요.)에서 도체가 외부에서 힘을 받아 v라는 속도로 움직이고 자속ϕ을 끊게 되면 플레밍의 오른손 법칙에 따라 도체에 기전력 e가 유도되고 그 방향으로 전류가 흐르게 됩니다.

 (참고 :  이때 플레밍의 왼손 법칙(전라력F=자속밀도b*도체의 길이l*전류i)에 따라 생긴 전자력 F는 운동 v을 방해하는 방향으로 생기게 됩니다.)

2극 직류발전기

E=Blvsin θ

 E : 유기기전력[V], B : 전기자를 통과하는 자속의 밀도[wb/m^2], l : 코일변의 길이 (실제로 자속을 끊는 도체)[m], v : 전기자 권선의 주변속도[m/s], θ : 전기자 도체와 계자사이의 각[도]

 속도 v는 회전을 하게 되니까

v=πDn [m/s]

이게 된다. 이때 D는 직경[m], n은 회전수[rps].

 

E=Blvsinθ  이 식에 v=πDn을 대입하게 되면

 

E=BlπDnsinθ 이 되고 전기자 면적을 A=πDl [m^2]이라 했을 때

 

E=BlπDnsinθ=BAnsinθ

 

E=BAnsin θ [V]

 

1극당 자속ϕ=BA[wb/m^2*m^2 = wb]

 

E=ϕnsinθ [V]

 

도체가 계자와 90도 일 때 자속을 가장 많이 끊게 되고 유기기전력이 최대가 되므로

 

E=ϕn [V]

 

1극당 일대 유기기전력이므로 P극 이 있다고 한다면

 

E=Pϕn [V]

 

전기자의 총도체수 z와 병렬회로수를 a라 하면 전체 전기자의 유기기전력은 n [rps]를 N [rpm]으로 바꾸면

 

E=PϕNz/a  [V]

 

P와 z, a는 기계적으로 고정이니 상수 K로 놓게 되면

 

E=KϕN [V]

로 나타낼 수 있다.

 

 

따라서 직류발전기의 유기기전력은 자속과 회전수에 비례한다.

 

병렬회로수 얘기가 전기자 권선법을 간략하게 알아보고 가겠습니다.

전기자 권선법

전기자 코일은 여러 가지 경우에 따라 방법이 다른데요

크게 환상권과 고상권으로 나누어지고 고상권은 개로권, 폐로권 다시 폐로권은 단층권과 2층권 2층권은 다시 중권과 파권으로 나누어집니다.

 

환상권은 환상철심에 권선을 안팎으로 감은 것이고, 고상권은 원통형 철심의 표면에만 권선이 감겨 있어 안쪽 부분이 있는 환상권 보다 유효 부분이 많게 되어 기전력이 커진다.

개로권은 가동 중 권선이 폐회로가 되는 부분이 존재하고, 폐로 권은 존재하지 않는다. 이 역시 폐회로가 돼야 유기기전력이 발생이 되므로 폐로권을 사용.

단층권과 2층권은 슬롯에 코일변 1개 넣느냐 2개 넣느냐의 차이이다. 물론이지만 2개가 더 효율적이다.

중권과 파권은 병렬회로수와 극수가 같고, 파권은 언제나 2개이다. 따라서 중권은 대전류, 저전압 계통에 적당하고, 파권은 소전류, 고전압 계통에 적당하다. (병렬회로수는 쉽게 설명하자면 맨 위의 그림에서 12시와 6시 쪽에 브러시를 사용하는데 거기에 걸리는 회로가 한 바퀴의 회로가 아니라 여러 개가 병렬로 되어있다는 것이다. 또 브러시(+,-)마다 회로가 독립된다고 생각하면 된다. 병렬일 경우 전류가 다 합쳐 저 전류가 커지게 된다고 이해하면 되겠다.)

 

이번에는 직류기의 유기기전력과 권선법을 알아봤는데요. 다음에는 다른 내용에 대하여 알아오도록 하겠습니다.^^

 

<직류발전기의 구조 및 여자방식에 따른 분류에 다하여 알아보시려면 아래 링크를 클릭해주세요.^^>

2023.08.12 - [분류 전체보기] - 직류발전기의 구조

직류발전기의 구조

2023.08.18 - [분류 전체보기] - 직류발전기의 여자방식에 따른 분류

직류발전기의 여자방식에 따른 분류