전기기기›직류기

정류 작용

Commutation — 직선·부족·과정류와 보극

전류 방향이 바뀌는 순간
🔄 정류란?
전기자 코일이 N극 아래에서 S극 아래로 이동하면, 코일에 흐르는 전류 방향이 바뀌어야 한다.
①+I에서 −I로 전환되는 이 과정이 '정류'이다.
②이 전환은 브러시가 정류자 세그먼트를 지나가는 짧은 순간(Tc) 동안 일어난다.
③Tc 동안 전류가 어떻게 변하느냐에 따라 정류의 질이 달라진다!
🚗 비유: 차선 변경
고속도로에서 왼쪽 차선(+I)에서 오른쪽 차선(−I)으로 바꾸는 것과 같다.
①직선 정류 = 부드러운 차선 변경 (이상적!)
②부족 정류 = 차선 끝에서 급히 꺾음 → 충격(불꽃)
③과정류 = 너무 빨리 넘어가서 반대로 튕김
④좋은 정류 = 부드러운 차선 변경 = 불꽃 없음!
전기자 반작용
🧲 전기자 반작용이란?
전기자에 전류가 흐르면 전기자 자체의 자속이 생긴다.
①이 자속이 주자속(계자 자속)을 왜곡시킨다
②결과: 주자속↓ → 유기기전력↓
③중성축(자속 밀도=0인 위치)이 이동한다
④발전기: 회전방향으로 이동 / 전동기: 회전 반대방향으로 이동
⚡ 전기자 반작용의 영향
①감자작용: 주자속 감소 → 출력 전압(발전기) 또는 토크(전동기) 감소
②교차자화작용: 극면의 자속 분포가 한쪽으로 치우침
③중성축 이동 → 브러시 위치가 부정확 → 정류 악화
④보상 권선: 극면에 전기자 직렬로 감아 반작용 상쇄 (대형기에 사용)
전기자 반작용 요약
감자작용 → 주자속 Φ↓ → E↓, 교차자화 → 중성축 이동
발전기: 중성축 회전방향 이동, 전동기: 반대방향
3가지 정류 형태
50%

정류자·브러시 단면도 및 정류 과정 전류 파형

✅ 직선 정류 (이상적)
전류가 +I에서 −I로 일정한 비율로 변한다 (직선).
①정류 시간(Tc) 끝에서 전류가 정확히 −I에 도달
②브러시가 세그먼트를 떠나는 순간 전류 변화 없음 → 불꽃 없음!
③이것이 이상적 정류 = 모든 직류기가 추구하는 목표
❌ 부족 정류 (가장 흔한 문제)
부족 정류 버튼을 눌러보자 — 곡선이 위로 볼록!
①전류가 느리게 변하다가 Tc 끝에서 급격히 변한다
②브러시가 떠나는 순간 아직 전류 전환이 덜 됨 → 급격한 변화!
③이 급변이 정류자와 브러시 사이에 불꽃(스파크)을 만든다
④전기자 인덕턴스(L)에 의한 리액턴스 전압이 원인
⚡ 과정류
과정류 버튼을 눌러보자 — 곡선이 아래로 볼록!
①전류가 너무 빨리 −I를 넘어섰다가 돌아온다
②이것도 Tc 끝에서 불꽃이 발생할 수 있다
③과정류에서 전류 변화율 비교 → A < B
보극과 정류 개선
🧲 리액턴스 전압이 원인!
코일에는 자기 인덕턴스(L)가 있다.
①전류가 변하면 → L × (di/dt)의 유도 기전력이 발생
②이 유도 기전력이 전류 변화를 방해한다 (렌츠의 법칙!)
③전류가 +I→−I로 바뀌려는 것을 L이 저항
④결과: 전류 변화가 느려짐 → 부족 정류
리액턴스 전압
eR = 2I × LTc
I: 정류 전 전류, L: 코일 인덕턴스, Tc: 정류 시간
🧲 보극(Interpole)의 원리
보극 ON/OFF 버튼을 눌러보자!
①보극 = 주극 사이에 설치하는 작은 보조 극
②보극은 정류 코일에 리액턴스 전압을 상쇄하는 EMF를 유도
③결과: 부족 정류 → 직선 정류로 개선!
④보극 권선은 전기자와 직렬 → 부하 변동에 자동 대응
⚙️ 보극의 극성과 특징
①보극 극성: 발전기 — 회전방향 다음 주극과 동일
②전동기는 반대 (발전기와 전동기는 극성이 반대!)
③보극 권선 = 전기자와 직렬 연결 → Ia에 비례하는 자속 생성
④부하(Ia)가 클수록 리액턴스 전압도 크고, 보극 자속도 커짐 → 자동 보상!
보극의 역할
보극 EMF ≈ 리액턴스 전압 (상쇄!)
보극이 정류 코일의 유도 기전력을 정확히 상쇄
🔧 양호한 정류 조건
①보극 설치 — 가장 효과적인 방법
②탄소 브러시 사용: 접촉 저항↑ → 순환전류↓
③코일 인덕턴스 L↓ (코일 감은 수↓)
④정류 주기 Tc↑ (회전속도↓ 또는 정류자 세그먼트 수↑)
⑤보극 + 보상 권선 = 가장 완벽한 조합 (대형기)
시험 정리
직선 정류
이상적
불꽃 없음
부족 정류
가장 흔함
불꽃 발생
과정류
A < B
약한 불꽃
리액턴스 전압
eR = 2ILTc
정류를 방해하는 주범. L↓, Tc↑이면 eR↓ → 양호한 정류
📝 시험 포인트
①정류 = 코일 전류가 +I→−I로 바뀌는 과정 (Tc 시간 동안)
②직선 정류가 이상적, 부족 정류가 가장 흔한 문제
③부족 정류 원인: 코일의 자기 인덕턴스(L)가 전류 변화 방해
④양호한 정류 조건: L↓, Tc↑, 보극, 탄소 브러시
⑤보극 극성: 발전기 — 회전방향 다음 주극과 동일, 전동기 — 반대
⑥전기자 반작용: 감자작용(주자속↓) + 교차자화(중성축 이동)
⑦보상 권선: 극면에 전기자 직렬로 감아 전기자 반작용 상쇄
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 직류기에서 양호한 정류를 얻기 위한 조건은? (답: 보극 설치, 탄소 브러시 사용, 코일 인덕턴스 L↓, 정류 주기 Tc↑)
②[기출유형] 전기자 반작용으로 인한 영향이 아닌 것은? (답: 속도 일정 — 실제로는 주자속↓→유기기전력↓→영향 있음)
③[기출유형] 보극의 권선은 어떻게 연결하는가? (답: 전기자와 직렬 — 부하에 자동 비례)