전기기기›직류기

직류기의 구조

DC Machine Structure

직류기(DC Machine)란?
⚡ 직류기 = 직류 전기를 다루는 회전 기계
발전소의 거대한 발전기도, 장난감 모터도 원리는 같다.
①자기장 속에서 도체가 회전하면 전기가 생기고 (발전기),
②도체에 전류를 흘리면 힘이 생겨 회전한다 (전동기).
③직류기는 크게 고정자(Stator)와 회전자(Rotor), 그리고 정류 장치로 구성된다.
🔑 왜 구조를 먼저 봐야 하는가?
직류기의 모든 공식은 구조에서 나온다.
①E = PZΦN/60a → P(극수), Z(도체수), a(병렬회로수)가 전부 구조적 요소!
②구조를 모르면 공식은 외우기만 할 뿐 이해가 안 된다.
구조 탐색

직류기 단면 구조도 — 요크, 계자극, 전기자, 정류자, 브러시 배치

🏠 고정자 = 자기장의 집
고정자의 역할은 강력한 자기장을 만들어서 유지하는 것.
①요크(계철)는 외곽 뼈대이자 자속의 귀환 경로
②계자극은 자기장을 집중시키는 자석 역할
③계자권선은 전류를 흘려 계자극을 전자석으로 만든다
자기 회로 경로
N극 → 공극 → 전기자 → 공극 → S극 → 요크 → N극
자속은 항상 폐루프를 형성한다
회전자와 철손
🌀 회전자 = 전기자 (Armature)
직류기에서는 회전자를 전기자라고 부른다.
①전기자 철심: 자속이 통과하는 몸체 (규소강판 적층!)
②전기자 권선: 슬롯에 넣은 도체 코일 — 여기서 EMF가 유도된다
🔥 왜 규소강판을 적층하는가?
전기자는 자기장 속에서 회전하므로 자속이 계속 변한다.
①자속 변화 → 철심에 와전류 유도 → 열 발생 = 와류손
②자속 변화 → 자구 재배열 저항 → 열 발생 = 히스테리시스손
③와류손 대책: 얇은 강판을 절연하여 적층
④히스테리시스손 대책: 규소 함유 강판 사용
히스테리시스손
Wh ∝ f · Bm1.6
주파수와 자속밀도에 비례
와류손
We ∝ f² · Bm² · t²
t: 강판 두께
정류 장치
🔄 직류기인데 왜 교류가 나와?
전기자 코일이 N극 아래를 지날 때와 S극 아래를 지날 때, 유도 기전력의 방향이 반대다.
①즉 전기자 내부에서는 교류(AC)가 발생한다!
②정류자(Commutator)가 이걸 외부에서 직류(DC)로 바꿔주는 핵심 장치다.
기계적 정류
정류자 + 브러시 = 기계적 정류기
반도체 정류기 없이도 교류→직류 변환이 가능한 이유
총정리
고정자 구성
요크 + 계자극 + 계자권선
자기장 생성
회전자 구성
전기자 철심 + 전기자 권선
에너지 변환
정류 장치
정류자 + 브러시
교류 → 직류 변환
🎯 시험 포인트
①직류기에서 '전기자'는 회전자(Rotor)를 의미한다 — 교류기와 반대!
②계자극은 규소강판 적층 (와류손↓), 요크는 주철 또는 강판
③전기자 철심이 규소강판 적층인 이유 = 회전하므로 자속 변화 → 철손 발생
④히스테리시스손 ∝ f·Bm^1.6, 와류손 ∝ f²·Bm²·t²
⑤정류자 세그먼트 간 절연 = 운모(mica), 브러시 재질 = 탄소(carbon)
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 전기자 철심에 규소강판을 성층하여 사용하는 주된 이유는? (답: 히스테리시스손 감소 + 와류손 감소)
②[기출유형] 직류기의 전기자는 고정자와 회전자 중 어느 것인가? (답: 회전자)
③[기출유형] 정류자편 사이의 절연 재료는? (답: 운모(mica))