직류기의 원리와 구조

Chapter 4 직류기

4.1 전자변환(Electromagnetic conversion)

1.에너지 변환 현상(Energy conversion phenomena)

①자계에서 도체가 움직이면 도체에 전압이 유기된다.(발전기)

                           ②자계에서 전류가 흐르는 도체가 있으면 도체에 기계적인 힘이 작용한다.(전동기)

2.속도 기전력

①파라데이의 법칙(Faraday’s Law)

정의 : 시간에 따라 변하는 자계는 전계를 발생시킨다.

                           정의식 :

기전력(emf) : 유기된 전계에 의해 자유전하를 도선을 따라 이동시키는데 사용된 일

②로렌쯔 힘의 방정식(Lorentz force equation)

정의 : 자계속에서 움직이는 전항에 가해지는 힘의 방정식

정의식 : 

                    자계가 있는 곳에서 이동하는 도체에 유기되는 전압 방정식

                                                    e = emf = Blv(4.1)

여기서 B : 자장, l : 도체의 길이, v : 속도 이고 모두 수직이다.

유기된 전압의 극성은 오른나사의 법칙에 의해 결정된다.

그림 4.3 속도 기전력 (a) 자계 내에서 이동하는 도체, (b)오른 나사의 법칙

3.전자력(Electromagnetic Force, f)

로렌쯔 힘의 방정식(Lorentz force equation)에 의해 다음과 같이 구할 수 있다.

f=Bli(4.2)

여기서, B, l, i는 서로 수직이며, 힘의 방향은 오른 나사의 법칙에 의해 결정된다.

그림 4.4 전자력. (a) 자장이 있는 곳에서 이동하는 전류가 흐르는 도체, (b) 힘의 방향

4.전기기계의 기본구조

n회전자 : 자유롭게 회전하는 기계의 안쪽

n고정자(stator) : 고정된 기계의 바깥 프레임

n철심 : 자속밀도를증가, 기계의 부피를 감소, 코일의 결합도를 높임

n전기자권선 : 전압이 유기되는 권선

n계자 권선 : 자속을 만들기 위해 전류를 인가하는 권선

5.직류기(DC Machine)

계자권선 : 고정자에 설치, 직류를 흘려 자속발생

전기자권선 : 회전자에 설치, 교류전압 유기

정류자 브러시 : 전기자 전압을 직류전압으로 변환

그림 4.7 직류기(c ) 2극기의 구조

그림 4.8 유도기 (d) 단면도

6.유도기(Induction Machine)

고정자 권선이 전기자 권선과 계자 권선의 두 가지 역할을 수행

고정자 권선에 교류 전원을 인가하면 공극에 동기속도로 회전하는 회전자계발생

이 회전자계에 의해 회전자에 전류발생

이 전류와 자속의 상호작용에 의해 토크발생

7.동기기(Synchronous Machine)

계자권선 : 회전자에 설치, 직류를 흘려 자속발생

전기자권선 : 고정자에 설치, 전압 유기

전기자의 전류가 회전자의 회전속도와 같은 회전자계를 공극에 발생시킴

그림 4.9 동기기 (c ) 2극기의 단면도

4.2 직류기

n장점 :  계자권선의 결선방식을 바꾸면 광범위한 전압-전류 또는 속도-토크 특성

쉬운 방법으로 광범위한 속도 제어

n단점 :  유지 보수가 힘들다

4.2.1 구조

그림 10 직류기의 단면

n고정자 : 돌극(salient pole) 형태

계자권선 : 분권계자권선 또는 직권 계자권선

자속은 계자축(직축, d축)을 중심으로 대칭이다.

n회전자 : 교류전압유기

정류자-브러시 : 전가자 단자 전압의 극성을 일정하게 만드는 기계적인 정류기

q축(횡축) : 전기자 전류에 의한 기전력의 방향