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전기기능사 전기기기 · 직류발전기

DC Generator

직류 발전기는 자기장 속에서 도체를 돌려 기전력을 얻고, 정류자와 브러시로 그 기전력을 한 방향 전압으로 꺼내는 기계다. 구조를 이루는 네 부분, 유기 기전력 식 E = PZΦn/(60a), 여자 방식에 따른 종류(타여자 · 분권 · 직권 · 복권)를 차례로 다룬다. 그림에는 N · S 계자 사이에 전기자 코일과 정류자 · 브러시가 있어요. 회전 속도 슬라이더(600 ~ 1800 rpm)를 옮기면 코일이 돌아간 자리와 그림 아래 E 값이 함께 바뀌어요.

직류 발전기란

💡 한 문장으로
①자석 사이에서 코일을 돌리면 코일을 지나는 자속이 바뀌어 기전력이 생긴다(전자 유도)
②코일 안의 기전력은 반 바퀴마다 방향이 바뀌는 교류다
③정류자와 브러시가 반 바퀴마다 연결을 바꿔 주어 바깥 회로에는 한 방향 전압이 나와요
④들어간 회전 에너지가 전기 에너지로 바뀌는 기계다

구조와 유기 기전력

1200 rpm

P = 4 · Z = 200 · Φ = 0.02 Wb · a = 2 로 두면 E = PZΦn/(60a) = 160.0 V

유기 기전력
E = PZΦn60a
P: 극수 · Z: 전기자 전체 도체 수 · Φ: 극당 자속 [Wb] · n: 회전 속도 [rpm] · a: 병렬 회로 수(중권 a = P · 파권 a = 2)
🔑 식의 문자 하나씩
①극수 P: 병렬 회로 수 a 가 같다면 극이 많을수록 E 가 커진다. 중권은 a = P 라 P 와 a 가 서로 지워진다
②도체 수 Z: 직렬로 이어진 도체가 많을수록 E 가 커진다
③자속 Φ: 계자 자속이 셀수록 E 가 커지고, 실제 발전기는 계자 전류로 Φ 를 조절해요
④회전 속도 n: 빨리 돌릴수록 E 가 커진다. 그림에서 슬라이더로 바꾸는 값이 이 n 이에요

직류 발전기의 구조

구조

네 가지 구성 요소

직류 발전기의 종류

분류

여자 방식에 따른 분류
📋 여자 방식 한눈에
①타여자: 별도 전원이 필요하지만 전압을 넓게 조절한다
②분권: 잔류 자기로 전압이 서고, 부하가 바뀌어도 전압이 비교적 일정해 일반 직류 전원에 쓴다
③직권: 부하에 따라 전압이 크게 바뀌어 승압기 같은 특수 용도에 써요
④복권: 분권 계자와 직권 계자를 함께 감아 원하는 전압 특성을 맞춰요

정리

유기 기전력
E = PZΦn60a
E = PZΦn/(60a) · 극수 × 도체 수 × 자속 × 회전 속도 ÷ (60 × 병렬 회로 수)
단자 전압
V = E - Ia Ra
V = E - IaRa · 유기 기전력에서 전기자 저항 강하를 뺀 값
🎯 시험에서 묻는 것
①E = PZΦn/(60a) 에서 n 은 분당 회전수라 60 으로 나눈다
②정류자는 코일의 교류 기전력을 한 방향으로 바꿔 꺼내는 부품이다
③타여자는 별도 전원을 쓰고, 분권은 계자를 병렬로, 직권은 직렬로 잇는다
④브러시는 탄소 · 흑연으로 만들고 닳으면 갈아요
⑤단자 전압 V = E - IaRa 는 부하 전류가 늘수록 전기자 저항 강하만큼 내려가요. 전기자 반작용으로 자속이 줄면 E 자체도 조금 떨어진다
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