발전기와 전동기 일반

전기기기/발전기와 전동기 개요 2007/01/16 19:00

지난 시간에는 Fuse와 접지, 수배전설비에 들어가는 보호기기에 대해 학습하였습니다. 이번 시간에는 발전기와 전동기에 대해 알아볼 텐데요, 앞에서 말씀드린 것처럼 전기의 생산과 소비에 큰 영향을 하는 것들인 만큼 확실히 학습하세요.

이번 장의 학습 내용은

발전기 전동기

입니다. 그럼, 지금부터 발전기와 전동기의 개요에 대한 학습을 시작하겠습니다

발전기는 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치입니다.

>>추천 Site http://physics.cnu.ac.kr/~byung/Lectures/JavaApplet/index.htm

>>추천 Site http://physics.cnu.ac.kr/~byung/Lectures/JavaApplet/발전기.htm

붉은 선 - 붉게 칠해진 N극에서 파랗게 칠해진 S극을 향하는 자기력선 파란선 - 유도된 전류의 방향

검은 화살표 - 코일의 순간적인 움직임. 붉은 선 - 붉게 칠해진 N극에서 파랗게 칠해진 S극을 향하는 자기력선 파란선 - 유도된 전류의 방향

검은 화살표 - 코일의 순간적인 움직임. 붉은 선 - 붉게 칠해진 N극에서 파랗게 칠해진 S극을 향하는 자기력선 파란선 - 유도된 전류의 방향

검은 화살표 - 코일의 순간적인 움직임. 붉은 선 - 붉게 칠해진 N극에서 파랗게 칠해진 S극을 향하는 자기력선 파란선 - 유도된 전류의 방향

검은 화살표 - 코일의 순간적인 움직임. 붉은 선 - 붉게 칠해진 N극에서 파랗게 칠해진 S극을 향하는 자기력선 파란선 - 유도된 전류의 방향

<그림A 발전기의 속도를 느리게 돌릴 경우> - 느린 주파수를 가진 전압이 발생 <그림B 발전기의 속도를 빠르게 돌릴 경우> - 빠른 주파수를 가진 전압이 발생

60Hz을 위해서는 1초에 60번, 1분에 3600회전을 요합니다

▶회전체를 회전시킬 경우..   - 회전체를 회전시킬 경우 발전기의 전압이 유기됩니다. - 발전기 : 기계전인 에너지인 전기적인 에너지 변환하는 장치    전동기 : 전기에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 장치 - 발전기와 전동기의 구조는 동일

회전반향을 반대로 할 경우 반대의 교류 파형이 발생합니다.

검은 화살표 - 코일의 순간적인 움직임. 붉은 선 - 붉게 칠해진 N극에서 파랗게 칠해진 S극을 향하는 자기력선 파란선 - 유도된 전류의 방향

검은 화살표 - 코일의 순간적인 움직임. 붉은 선 - 붉게 칠해진 N극에서 파랗게 칠해진 S극을 향하는 자기력선 파란선 - 유도된 전류의 방향

검은 화살표 - 코일의 순간적인 움직임. 붉은 선 - 붉게 칠해진 N극에서 파랗게 칠해진 S극을 향하는 자기력선 파란선 - 유도된 전류의 방향

<그림A 동작모드1> - 반대의 전압파형을 가진 전압이 유기	<그림B 동작모드2>

<그림A 발전기의 속도를 느리게 돌릴 경우> - 직류리플이 증가	<그림B 발전기의 속도를 느리게 돌릴 경우> - 직류리플이 감소

자계(자석)안에서 도체를 움직임 → 전압 발생 → 도체를 정지시킴 → 자계(자석)을 움직임 → 전압 발생

자계의 세기(자속밀도B)에 비례해서 유기전압 발생

도체의 움직이는 속도증가(V) → 유기전압의 증가

도체의 길이(l)의 증가 → 유기전압의 증가

- 발전기의 법칙

E(유기기전력) = B(자속밀도) X l(도체길이) X V(이동속도)

전원시스템과 인간

발전기와 모터의 내부구조입니다.

      발전기와 모터는 구조가 동일합니다.

Free Run 모터가 회전하다가 모터를 정지시켜도 모터의 관성(부하의 관성)에 의하여 모터가 계속 회전하게 됩니다.

이것은 모터시스템에서 역기전력(서지전압)을 제공하여 시스템을 망가뜨리는 결과를 초래합니다.

먼저 지상최대의 모터는 우리가 살고 있는 지구입니다. 제일 먼저 모터를 만든 사람은 인간이 아닌 自然이죠. 인간이 아무리 위대한 현대문명을 창조했다고 하지만 그것은이것이 창조한 것이 아니라 自然의 원리를 이용했을 뿐입니다. 이 이야기를 왜하냐구요? 그것은 현재 선진국을 중심으로 환경의 규제를 하고 있습니다. 전세계에서 에너지의 만들기 위하여 각종 화석연류 우라늄을 사용하여 전기를 만들고 있습니다. 그 부작용으로 지구온난화의 현상이 이미 시작되었죠. 그 에너지의 최대의 소비자는 바로 모터입니다.

다음은 전동기(모터)를 종류별로 구분해 놓은 것입니다.

모터 직류전동기 브러쉬있음 영구자석(PM) 마이크로모터 코아리스모터 전자석(EM) 직권 분권 복권 브러쉬없음 영구자석(PM)   교류전동기 유도전동기(IM)     동기전동기(SM)     스테핑모터

비교항목 DC모터 AC모터 모터의 구조 복잡 비교적 간단 정류(전류)메커니즘 브러시 정류자에 의한 유접점식 반도체 등에 의한 무접점식 큰동력화 어렵다 쉽다 고속화 어렵다 쉽다 저속화 쉽다 쉽다 회전변동 많다 적다 토크변동 많다 적다 출력효율 좋다 나쁘다 제어회로 쉽다 어렵다 회전중의 진동소음 많다 적다 보수 브러쉬,정류자의 보수필요 보수불필요 수명 짧다 길다

모터 - 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 변환     한국 - 전력소비의 60%를 모터가 소비.     미국 - 산업용전력의 80%를 모터에 의해 소비            - 민생용 전력의 40%를 모터에 의해 소비

1. 수출과 직결한다. - 92년 미국 에너지성은 지구온난화와 방지,환경보전,에너지절감이라는 관점에서 고효율 모터의 법제화 - 기준 효율값을 만족시키지 않는 모터나 모터가 들어있는 제품이 미국에서 생산,판매되는 것과 미국이외의 나라에서 수입되는 것을 규제대상으로 함. 2. 대부분의 가전제품은 모터을 사용한다. - 우리가 보기에 전자제품은 반도체의 발전에 의하여 발전한 것 같은데 반도체의 기술보다는 모터의 기술 발전에 의하여 발전하고 있다. - 일본이 세계적인 전자 Maker가 될 수 있었던 것은 우리나라보다 소형모터를 잘 만들었기 때문이다. - 자동차는 대략30여개 정도의 모터를 사용하며 고급자동차일수록 모터의 수요가 증가한다. - 우리나라 전자부품육성소자 중에 소형모터가 들어간다.

>>추천 Site http://www.kemco.or.kr/va/databank/publication/vaprog/3-2.html

http://www.esco.or.kr/main4.htm

<그림A 기초학습용모터구동회로>

<그림B 실제의 모터 구동회로>

카메라	선풍기

세탁기
		Reversible Motor - 세탁기의 소용돌이 발생용 모터 - 빈번한 정역전에 적합 - 시동특성이 우수    (큰기동토오크를 얻음)

카세트	전자레인지

오디오

비디오

프린터-레이저 프린터	프린터-잉크젯프린터
FDD	CPU-cooling Fan
HDD	CD롬

컨베어벨트
컨베어의 내부구조
전동차(전철)
각종공작기계

가전기명 구동대상 사용모터(기존모터→현재모터) 롬에어콘 압축기팬 단상유도전동기→브러시리스 DC모터 제습기 압축기 단성유도전동기 냉장고 압축기 단상유도전동기→브러시리스 DC모터 세탁기 펄세이터,드럼 단상유도전동기→브러시리스 DC모터 청소기 팬 딘상교류정류자모터→브러시리스 DC모터 선풍기 팬 단상유도전동기→브러시리스 DC모터 믹서-쥬서 회전커터 딘상교류정류자모터 헤어드라이어 팬 딘상교류정류자모터 온수세척변기 펌프,팬 동기모터, 브러시리스 DC모터 시계 시계바늘 동기모터,스템모터

항목 브러시리스 DC모터 유도전동기 효율 높다 낮다 계자 영구자석 전자석 직입시동 불가(인버터 필요) 가능 출력용량 소형기 대형기

>>추천 Site 다음의 Site로 이동하여 직접 모터를 구동해 보세요. http://www.science.or.kr/lee/physics/motor/motor.html

>>추천 Site 다음의 Site로 이동하여 직접 모터를 구동해 보세요. http://physics.cnu.ac.kr/~byung/Lectures/JavaApplet/직류전동기.htm

전동기 동작모드
- 동작모드 1	- 동작모드 2
- 동작모드 3	- 동작모드 4
전류의 방향을 반대로 할 경우
- 동작모드 1	- 동작모드 2
- 동작모드 3	- 동작모드 4

도체의 전류의 증가 → 힘 증가 자속밀도(자속의 세기B)의 증가 → 힘 증가       도체의 길이 l 증가 → 힘 증가

1. 샤프트 : 모터의 축 부분. 2. 코뮤테이터 : 정류자, 솔(브러쉬)이 맞닫는 곳. 3. 코일 : 에나멜선입니다. 소선,코일. 4. 코아: 얇은 철판을 거듭 겹쳐 놓은 것. 이 전체를 "로터"라고 부릅니다.

전기자구조 소선직경 굵으면 얇으면 턴수 많으면 적으면 자석세기 세면 약하면 토르크 높다 (힘이 세다) 낮다 (힘이 약하다) 회전수 늦다 빠르다

DC모터는 고정자로 영구자석을 사용하며 회전자(전기자)로 코일을   사용합니다. 그리고 전기자에 흐르는 전류의 방향을 전환함으로써 자력의 반발, 흡인력으로 회전력을 생성시키는 모터죠. 그 장점은 다음과 같습니다.

<장점>
- DC 모터는 회전 제어가 쉽고 제어용 모터로서 아주 우수
- 기동 토크가 크다.
- 인가전압에 대하여 회전특성이 직선적으로 비례한다.
- 입력전류에 대하여 출력 토크가 직선적으로 비례하며, 또한 출력 효율이 양호하다
- 가격이 저렴하다.

장점이 있으며 결점도 있겠죠? DC모터의 결점은.. - 브러시와 정류자간의 불꽃전압 발생   - Brush의 마모 - 전자파 및 노이즈의 원인 제공 입니다. 차례로 자세히 알아보세요.

브러시와 정류자간의 불꽃전압 발생 브러시(brush)와 정류자(commutator)에 의한 기계식 접점은 전류(轉流)시의 전기불꽃(spark), 회전 소음을 발생시킵니다. 마이크로컴퓨터 제어를 하려는 경우는 "노이즈"가 발생하죠. 이런 노이즈 대책을 위해서는 아래 그림과 같이 각 단자와 케이스 사이에 0.01μF∼0.1μF 정도의 세라믹 콘덴서를 직접 부착 해서 정류자에서 발생하는 전기불꽃을 흡수하여 노이즈를 억제해야 합니다.

<그림A Brush불꽃전압> <그림B 세라믹콘덴서의 부착>

Brush의 마모 브러쉬와 정류자간의 불꽃전압이 발생합니다.

<그림 X-y Table>

전자파 및 노이즈의 원인 제공 가전제품에는 전자파및 노이즈의 원인을 제공하기 때문에 절대로 DC모터(Brush 있는 Type)를 사용하지 않습니다.

>>추천 Site 각종 모터의 카달로그 및 모터자료가 수록되어 있습니다. http://famotor.co.kr/main.htm

각 특성을 클릭해서 내용을 확인하세요.

T-I 특성(토크 대 전류) - 흘린 전류에 대해 직선적으로 토크가 비례 - 큰 힘이 필요한 때는 전류를 많이 흘름. T-N 특성(토크 대 회전수) - 토크에 대하여 회전수는 직선적으로 반비례. - 이것에 의하면 무거운 것을 돌릴 때는 천천히 회전시키게 되고, 이것을 빨리 회전시키기 위해서는 전류를 많이 흘리게 된다

▶ DC모터실제 사진자료 출처:전기박사