1.단자전압 100[V], 10[A], 전기자 전류 10[A], 전기자 회로 저항 1[Ω], 회전수 1800[rpm]으로 전부하에서 운전하고 있는 직류 분권전동기의 토크는 약 몇 [Nm]인가?
2. 역기전력 100[V], 회전수 800[rpm], 토크 1.6[kgㆍm]인 직류 전동기의 전기자 전류는 약 몇 [A]인가?
3.전기자 총 도체수 500, 6극, 중권의 직류전동기가 있다. 전기자 전 전류가 100[A]일 때의 발생토크는 얼마인가? (단, 1극당 자속수는 0.01[wb]이다.)
1. 단자전압 210[V], 전기자전류 110[A], 회전속도 1200[rpm]으로 운전하는 직류 전동기가 있다. 역기전력[V]은 얼마인가? (단, 전기자 회로의 저항은 0.2[Ω]이다.)
2. 정격전압 100[V], 정격전류 50[A], 전기자저항 0.2[Ω] 의 직류발전기를 전동기로 사용하고자 한다. 전부하일 때의 발전기와 같은 속도로 회전시키려면 단자전압은 몇 [V]를 공급하여야 하는가? 단, 전기자 반작용 및 여자 전류는 무시한다.
1. 정격속도로 회전하고 있는 분권 발전기가 있다. 단자 전압 100[V], 권선의 저항은 50[Ω], 계자전류 2[A], 부하전류 50[A], 전기자저항 0.1[Ω]이다. 이때 발전기의 유기기전력은 몇 [V]인가? (단, 전기자 반작용은 무시한다.)
1. 유도기전력 110[V] 전기자저항 및 계자저항이 각각 0.05[Ω]인 직권발전기가 있다. 부하전류가 100[A]라 하면 단자전압[V]는?
전기자 도체 1개에 유도되는 기전력
1. 그림과 같이 자속밀도 1.2[T]인 자계 속에서 자계의 방향과 직각으로 놓여진 도체(길이 80[㎝])가 자계와 30⁰의 각으로 10[m/s]의 속도로 운동한다면 도체에 유도되는 기전력은 얼마인가?
2. 2극의 직류발전기에서 코일변의 유효길이 l[m], 공극의 평균자속밀도 B[wb/m2], 주변속도 v[m/s] 일 때 전기자 도체 1개에 유도되는 기전력의 평균값은 e[V]은?
❶ e=Blv[V] ② e=sinωt[V]
③ e=2Bsinωt[V] ④ e=v2Bl[V]
자계내에 전류가 흐르는 도선이 받는 힘
1. 자속밀도 0.04[Wb/㎡]인 평등자계 내에 20[A]의 전류가 흐르는 길이 50[㎝]의 도선이, 자계와 60⁰의 각으로 놓여있을 때 받는 힘을 구하여라.
①전기자(Amature) - 자속을 끊어서 기전력을 유도(발생)하는 부분, 전기자 철심과 전기자 권선으로 구성.
-전기자 철심은 철손을 적게하기 위하여 두께 0.35 ~ 0.5[mm]의 규소 강판을 성층하여 사용한다.
-전기자 권선은 소전류인 경우 둥근 구리선, 대전류인 경우 평각 구리선을 사용한다.
② 계자(Magnatic field) - 전기자가 쇄교하는 자속을 만들어 주는 부분
③정류자(Communitator) - 브러쉬와 접촉하여 유기 기전력을 정류시켜 직류로 바꾸어 주는 부분
④브러쉬 - 발생한 기전력을 외부로 인출하는 부분
- 압력은 0.15 ~ 0.25[kg/㎠]
⑤공극(Air gap) - 전기자와 계자 사이의 간격
- 소형기 : 3[mm]
- 대형기 : 6~8 [mm]
1. 교번자계
다음은 그림은 시간에 따라 주기적으로 크기와 방향이 변하는 교류 전류 그래프입니다.
교류 전류는 시간에 따라 주기적으로 크기와 방향이 바뀝니다.
전류가 흐르면 다음과 같은 자계가 형성되고
전류의 방향이 바뀌면서 N,S 극이 바뀌게 됩니다.
2. 회전자계
위 그림은 3상 교류 그래프인데 복잡해 보이지만, 위상 차이가 120도, 240도인 그래프 3개를 함께 그려놓았다.
다음 그림은 A상의 그래프이다. (교번자계의 내용이다.)
전류 그래프의 크기와 방향을
전류의 크기 -> 원의 크기
전류의 방향 -> 원의 색깔로 나오는 전류를 붉은색, 들어가는 전류를 검정색
으로 표현하고 시간요소를 추가하면 다음 그림과 같이 표현이 가능하다.
B상, C상은 A상과 동일하지만 t=0(시작)일때 크기와 방향(극성)이 다르다. 시작시 크기와 방향은 다르지만 3상 모두 동일한 반복을 계속한다. 정해진 위치에서 정해진 동작만 하는데 움직이는 것같이 보인다.
A상, B상,C상을 120도 간격으로 배치한다.
A상, B상,C상은 각각 크기와 방향(극성)이 변화하지만, 회전하면서 움직이는 것처럼 보인다.
각각의 자계를 그리면 다음과 같다.
문제) 회전자계의 방향을 바꾸는 방법은?
답) 임의의 2개 상을 바꾼다.
B상과 C상을 아래 그림과 같이 바꾸면
1.플레밍의 왼손법칙 : 자신의 왼손을 그림처럼 만들어 보세요.
힘(F), 자기장(B), 전류(I)의 방향에 유의해서 FBI로 기억합니다.!!
2.로렌쯔의 힘
자기장(B)내에서 도선에 전류(I)가 흐르면 도선이 받게 되는 힘(F)입니다.
"플레밍의 왼손법칙" --> 왼손 , "로렌쯔의 힘" --> 오른손으로 언듯 보면 다른 법칙인것 같지만!!...
직접 양손을 그림과 같이 만들고, 왼손의 자기장과 전류방향, 오른손 자기장과 전류 방향을 일치시켜보면 힘의 방향도 동일함을 알 수 있습니다.
즉 플레밍의 왼손 = 로렌쯔의 힘 오른손 이다. 동일한 힘을 설명한다.
전기에 관한 책을 보면 힘의 방향을 플레밍의 왼손 법칙으로, 로렌쯔의 힘 오른손으로, 전류와 자기장 벡터 크로스 곱으로 각각 설명하지만 똑같은 내용이다. 처음 학습시 정확히 기억하지 않으면 나중에 헷갈린다.
문제.1) 전류(I)와 자기장(B)이 다음 그림과 같을 때 힘(F)의 방향은? (오른손을 사용해도 무방하지만, 여기서는 왼손 법칙으로 설명)
문제2) 다음 그림과 같이 자기장(B), 전류(I)가 흐르는 도선이 받는 힘의 방향은?
문제1번의 첫번째 경우이다. 힘이 위로 향한다. 벡터도에 직접 손을 적용해서 FBI를 확인해 보세요.
플레밍의 왼손법칙을 전동기에 적용해 보자. 위의 내용을 이해 했다면, 다음 그림의 점X, 점Y에 작용하는 힘의 방향을 손쉽게 알 수 있다.
점X는 아래쪽 방향, 점Y는 위쪽 방향으로 힘이 작용하여 시계방향으로 회전한다.
전류의 방향이 바뀌면 힘의 방향이 반대로 작용하고 반시계 방향으로 회전한다.
플레밍의 왼손 법칙은 회전하는 전동기(DC motor)의 원리를 설명해 준다. 양손을 그림처럼 만들고 전동기! 라고 말해 보자. 전동기인지 발전기인지 절대 헷갈리지 말자!
3. 플레밍의 오른손 법칙 : 오른손으로 다음 그림과 같이 만들어 보세요.
다음 그림처럼 자기장(B), 힘(F)방향으로 도체가 운동하게 되면, 전류가 발생한다. 이때 발생하는 전류의 방향을 결정하는 법칙이 플레밍의 오른손 법칙이다. 왼손 법칙을 적용했을때 처럼 오른손을 적용해 봅시다.
오른손을 사용하여 자기장(B), 힘(F)의 방향과 일치시켜 보자. 전류의 방향은 플레밍의 왼손법칙 방향과 반대 방향입니다.
