seegongsik

전기기사 전기기기 · 직류기의 구조

DC Machine Structure

직류기는 요크 · 계자 · 전기자 · 정류자 · 브러시가 한 벌을 이루어 전기 에너지와 기계 에너지를 서로 바꾼다. 계자가 주자속을 만들고, 그 속에서 도는 전기자가 발전기로는 기전력을, 전동기로는 토크를 내며, 정류자와 브러시가 전기자 안의 교류를 바깥의 직류로 맞춰 준다. 뒤에 나올 유기 기전력 식 E = PZΦN/(60a) 의 P · Z · a 가 모두 이 구조에서 나오니, 부품 이름과 자리를 먼저 익혀 두면 편해요. 단면도 아래 부품 버튼을 누르면 그 부분만 밝게 남고 설명이 열리며, 전기자는 천천히 돌아가요.

직류기란

⚡ 직류기 = 직류 전기를 다루는 회전 기계
발전소의 큰 발전기와 장난감 모터는 같은 원리로 움직인다.
①자기장 속에서 도체를 돌리면 전기가 생긴다(발전기).
②자기장 속 도체에 전류를 흘리면 힘이 생겨 돈다(전동기).
③직류기는 크게 고정자, 회전자, 정류 장치의 세 부분으로 이뤄져요.
🔑 구조부터 보는 까닭
직류기의 식은 모두 구조에서 나온다.
①E = PZΦN/(60a) 의 P(극수), Z(도체 수), a(병렬 회로 수)는 모두 구조로 정해지는 값이다.
②구조를 알고 나면 식을 외우지 않아도 왜 그 꼴인지 따라갈 수 있어요.

구조 살펴보기

🏠 고정자는 자기장을 만드는 집
고정자는 센 자기장을 만들어 유지한다.
①요크(계철)는 바깥 뼈대이자 자속이 돌아가는 길이다.
②계자극은 자속을 모아 전기자 쪽으로 보낸다.
③계자 권선은 전류를 받아 계자극을 전자석으로 만들어요.
자기 회로의 경로
N극 → 공극 → 전기자 → 공극 → S극 → 요크 → N극
자속은 언제나 닫힌 고리를 이룬다

회전자와 철손

🌀 회전자 = 전기자(Armature)
직류기에서는 회전자를 전기자라고 부른다.
①전기자 철심은 자속이 지나는 몸통으로, 규소 강판을 겹쳐 만든다.
②전기자 권선은 슬롯에 넣은 도체 코일로, 여기서 기전력이 생겨요.
🔥 규소 강판을 겹쳐 쓰는 까닭
전기자는 자기장 속에서 돌기 때문에 철심을 지나는 자속이 계속 바뀐다.
①자속이 바뀌면 철심에 와전류가 흘러 열이 나는데, 이것이 와류손이다.
②자구가 방향을 바꾸며 잃는 에너지가 히스테리시스손이다.
③와류손은 얇은 강판을 절연해 겹쳐서 줄인다.
④히스테리시스손은 규소를 넣은 강판으로 줄여요.
히스테리시스손
Wh ∝ f · Bm1.6
주파수와 최대 자속밀도의 1.6 제곱에 비례
와류손
We ∝ f² · Bm² · t²
t: 강판 두께. 두께의 제곱에 비례하므로 얇게 쓴다

정류 장치

🔄 직류기 안에서는 교류가 생긴다
전기자 코일이 N 극 밑을 지날 때와 S 극 밑을 지날 때 유도 기전력의 방향이 반대다.
①그래서 전기자 코일 안에서 생기는 것은 교류다.
②정류자가 이것을 바깥 회로에서는 직류가 되도록 바꿔 줘요.
기계적 정류
정류자 + 브러시 = 기계적 정류기
반도체 정류기 없이 교류를 직류로 바꾸는 장치

총정리

고정자
요크 + 계자극 + 계자권선
자기장을 만든다
회전자
전기자 철심 + 전기자 권선
에너지를 바꾼다
정류 장치
정류자 + 브러시
교류 → 직류
🎯 시험 포인트
①직류기의 전기자는 회전자다. 회전 계자형 동기기에서는 전기자가 고정자라 반대다
②계자극은 규소 강판을 겹쳐 와류손을 줄이고, 요크는 주철이나 강판으로 만든다
③전기자 철심에 규소 강판을 겹쳐 쓰는 것은 회전하며 바뀌는 자속 때문에 생기는 철손을 줄이기 위해서다
④히스테리시스손 ∝ f·Bm^1.6, 와류손 ∝ f²·Bm²·t²
⑤정류자편 사이 절연은 운모(mica), 브러시 재질은 탄소라는 점을 묻는 문제가 자주 나와요
📝 대표 기출 유형
①[철심] 전기자 철심에 규소 강판을 성층해 쓰는 주된 이유 → 히스테리시스손과 와류손을 함께 줄이기 위해
②[전기자] 직류기의 전기자는 고정자인가 회전자인가 → 회전자
③[절연] 정류자편 사이의 절연 재료 → 운모(mica)예요
← 이전
방전현상
다음 →
직류발전기의 원리 (유기기전력)

마지막 수정