전기기기›직류기

직류발전기의 원리

유기 기전력 (Induced EMF)

도체가 자속을 끊으면?
🔄 패러데이의 전자유도 법칙
1831년 패러데이가 발견한 것: 자속이 변하면 기전력(EMF)이 유도된다.
①직류발전기에서는 도체(전기자 권선)가 자기장 속에서 회전한다.
②도체가 자속을 끊으면서 기전력이 유도된다.
③도체가 N극 정면을 지날 때 EMF 최대, 중성축에서 EMF = 0
④그래프를 보면 EMF는 사인파(교류)로 발생한다!
인터랙티브 탐색
1200 rpm
0.05 Wb

직류발전기 단면도와 유기기전력 파형 — 회전속도·자속 변화에 따른 EMF 변화

⚡ e = Bℓv — 가장 기본적인 EMF 공식
자속밀도 B인 자기장 속에서 길이 ℓ인 도체가 속도 v로 자속을 끊으면:
①유기 기전력 e = Bℓv
②N(회전속도)↑ → v↑ → EMF↑
③Φ(자속)↑ → B↑ → EMF↑
④슬라이더를 조절해보자!
1개 도체 순시 EMF
e = Bℓv
B: 자속밀도 [T], ℓ: 도체 유효 길이 [m], v: 도체 속도 [m/s]
전체 유기기전력 공식
🔧 도체 1개 → 전체 기계로 확장
실제 직류기에는 도체가 수백~수천 개 있고, 극도 여러 개다.
①P = 극수, Z = 총 도체수
③a = 병렬회로수 (중권: a=P, 파권: a=2)
④1개 도체의 평균 EMF를 전체로 확장하면...
직류기 유기기전력
E = PZΦN60a
P: 극수, Z: 도체수, Φ: 자속, N: 회전수, a: 병렬회로수
📐 유도 과정
①1개 도체 평균 EMF = Φ × (PN/60)
②직렬 도체수 = Z/a
③총 EMF = Φ·(PN/60)·(Z/a) = PZΦN/60a
정류의 역할
🔄 도체에서는 교류, 외부에서는 직류
도체 하나에서 나오는 EMF는 사인파(교류)다.
①정류자가 반파마다 외부 연결을 바꿔준다!
②정류 ON 버튼을 눌러보자: 음의 반파가 양으로 접힌다
③도체 수가 많아지면 리플이 줄어 거의 평탄한 직류가 된다.
전파 정류
|e| = |Em·sinθ| → 전파 정류
정류자가 반주기마다 접점을 전환하여 단방향 전류를 만든다
총정리
1개 도체
e = Bℓv
순시값
전체 기계
E = PZΦN60a
평균값
설계상수 정리
E = K·Φ·N (K = PZ60a)
속도-자속-EMF의 비례 관계!
🎯 시험 포인트
①E = PZΦN/60a에서 a는 권선법에 따라 결정: 중권 a=P, 파권 a=2
②E ∝ Φ·N — 자속과 회전수에 비례
③단자전압 V = E − IaRa (발전기)
④무부하시 V = E (Ia=0)
⑤속도를 2배로 올리면 EMF도 2배
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 매극 자속 0.035Wb, 도체수 152, 4극 중권, 1200rpm일 때 기전력은? (답: E=4×152×0.035×1200/(60×4)=26.6V)
②[기출유형] 8극 중권→파권 변경 시 유기기전력은 몇 배? (답: a가 8→2이므로 4배)
③[기출유형] E ∝ ΦN이 성립하는 이유는? (답: P,Z,a는 구조적 상수)