기계공학기초 제9장 전기의 에너지

9장. 전기의 에너지 9-1 전기와 역학적 에너지 전하 : 전기현상의 근원이 되는 실체로, 물체의 + 또는 – 의 전기량. 정전기와 힘 전기력 : 같은 종류의 전하는 서로 밀고 다른 종류의 전하는 서로 잡아 끄는 힘 전기장(전계) : 전기력이 작용하는 공간 Coulomb의 법칙 -두 점 전하 사이의 상호 작용력의 크기는 전하들의 곱에 비례하고, 그 사이의 거리의 제곱에 반비례한다 -그 힘의 방향은 두 전하를 연결하는 직선상에 있고, 두 전하가 같은 종류이면 미는 힘, 다른 종류이면 끄는 힘 된다

9장. 전기의 에너지 9-1 전기와 역학적 에너지 전류와 힘 전류 : 전하의 이동에 의한 흐름으로, 양전하의 이동 방향이 전류의 방향이 됨 기전력 : 단위전하당 한 일로, 낮은 퍼텐셜에서 높은 퍼텐셜로 단위전하를 이동시키는 데 필요한 일. 기전력의 SI 단위는 J/C 이며 볼트와 같음 자력선 : 자계의 강도나 방향을 나타내는 선을 말하며, 자력선의 밀도로 강도를, 그리고 자력선의 배열로 방향을 알 수 있음.

9장. 전기의 에너지 9-1 전기와 역학적 에너지 전류와 힘 Flemimg의 왼손법칙 전류와 힘 Flemimg의 왼손법칙 -자기장의 방향과 전류가 흐르는 방향을 알 때 도선이 받는 힘의 방향을 결정할 수 있음 -방법은 왼손의 검지를 자기장의 방향, 중지를 전류의 방향으로 했을 때, 엄지가 가리키는 방향이 도선이 받는 힘의 방향

9장. 전기의 에너지 9-1 전기와 역학적 에너지 -플레밍의 오른손법칙을 사용하면 자기장의 Flemimg의 오른손의 법칙 -플레밍의 오른손법칙을 사용하면 자기장의 방향과 도선이 움직이는 방향을 알 때 유도기전력 또는 유도전류의 방향을 결정할 수 있음 -방법은 오른손 엄지를 도선의 운동방향, 검지를 자기장의 방향으로 했을 때, 중지가 가리키는 방향이 유도기전력 또는 유도전류의 방향

9장. 전기의 에너지 9-2 전류가 하는 일 전류 암페어 : 1초 사이에 일정량의 전하가 흐를 때 전류의 양을 나타내는 단위로 기호는 A로 표시. 볼트 : 전위차(전압) 및 기전력의 단위로 기호는 V를 사용. - 1V는 1C(쿨롬)의 전하가 두 점 사이에서 이동할 때에 하는 일이 1J(줄) 일 때의 전위차 옴의 법칙 : 전류의 세기는 두 점 사이의 전위차에 비례하고, 전기저항에 반비례한다는 법칙

9장. 전기의 에너지 9-2 전류가 하는 일 전력 단위시간 동안 전기장치에 공급되는 전기에너지, 또는 단위시간 동안 다른 형태의 에너지로 변환되는 전기에너지 1W(Watt) 는 1A(암페어)의 전류가 1V(볼트)의 전압이 걸린 곳을 흐를 때 소비되는 전력의 크기

9장. 전기의 에너지 9-3 발전기 교류발전기 교류 (AC): 도선내의 전류의 방향이 변하는 것

9장. 전기의 에너지 9-3 발전기 교류발전기 - 장점 저속도에서도 출력을 얻을 수 있음 , 소모적인 부품이 없음 구조적으로 비교적 간단(회전 계자형), 전기적 노이즈의 발생이 없음 고장 율이 낮고 , 중량 대비 출력이 큼 - 단점 정류 회로(Diode Bridge)가 필요함 삼상교류 : 같은 주기를 가지고 120도 위상 차를 주고 3개 보내 는 것 삼상으로 보내면 전력 손실을 적게 하고 발전 효율 측면에서도 높은 편

9장. 전기의 에너지 9-3 발전기 3상 코일의 결선방식

9장. 전기의 에너지 9-3 발전기 교류의 전력 교류전류가 단위 시간 동안 한 일의 양. 일률의 단위인 W를 사용하고 순간전력을 이용하여 평균전력을 구할 수 있음 실효 값 : 전력이 시간에 따라 일정치 않으므로 평균전력을 생각할 때 평균전력과 같은 값을 내는 직류를 생각할 수 있음. 이때 값들을 교류의 실효 값이라 함. 임의 주기파의 순시값의 1주기에 걸친 평균값의 제곱근. 정현파의 경우에는 그 최대 진폭의 0.707배가 된다. 교류의 실효값과 그 크기가 같은 직류 전류는 동일 저항에 흘렸을 때 그 교류 전류와 같은 열량을 발생한다 역률 : 전기기기에 실제로 걸리는 전압과 전류가 얼마나 유효하게 일을 하는가 하는 비율. 역률이 낮다(나쁘다)는 것은 전기가 실제로 일을 하지 못하고 낭비되는 무효전력이 크다는 말

9장. 전기의 에너지 9-3 발전기 직류발전기 직류 (DC): 전류의 방향이 변하지 않는 전류

9장. 전기의 에너지 9-3 발전기 직류발전기 장점 별도의 정류 장치가 필요 없음 단점 소모적인 부품(정류자와 브러쉬)이 있음, 구조가 복잡 저속에서의 출력을 얻을 수 없음, 정류 불꽃이 발생(전기적 노이즈) 고장률이 높음 직류 발전기의 제일 큰 약점은 정류자와 브러쉬로 인한 마모성 부품이 있다는 것으로서 이에 따라 정비 주기가 짧아 초기에는 자동차용으로 사용되었으나 지금은 모두 교류 발전기로 바뀌게 됨

9장. 전기의 에너지 9-3 발전기

9장. 전기의 에너지 9-3 발전기 발전기 회전자 브러시 발전기 출처: EnCyber

직류발전기의 원리

교류발전기의 원리

교류발전기의 원리

교류발전기의 원리

9장. 전기의 에너지 9-4 전동기 교류전동기 동기 전동기 교류 전류를 사용하여 동력을 얻는 기계로서 단상 식과 3상식이 있으며, 원리, 구조에 따라서 유도 전동기, 동기 전동기, 정류자 전동기 등으로 분류

전동기 권선

9장. 전기의 에너지 9-4 전동기 교류전동기 유도전동기 대표적인 교류 전동기 정류자를 갖추지 않은 교류 전동기로서 회전 자 또는 고정자의 한쪽만이 전원에 접속되어 있고, 다른 쪽은 유도에 의하여 작동하는 것

9장. 전기의 에너지 9-4 전동기 직류전동기 직류 전동기와 직류 발전기는 그 동작 원리는 거의 동일 오른손 법칙(발전기) 또는 왼손 법칙(전동기)이 적용되며 자장 속에서 회전(힘)을 시키면 전류가 흘러 발전기가 되고 자장 속에서 전류를 흘리면 회전력이 발생되는 것이 전동기

9장. 전기의 에너지 9-4 전동기 직류전동기 직권전동기 - 계자 극 권선과 전기자 권선이 직렬로 연결된 직류 전동기 - 계자 극 권선과 전기자 권선이 직렬로 연결된 직류 전동기 -  변속도 특성 때문에 제어용으로는 부적합하고, 자동차의 시동전동기,크레인,  전동차등에 사용 분권전동기 - 계자 극 권선과 전기자 권선이 병렬로 연결된 직류 전동기 - 부하변동에 따른 속도변화가 적음(정 속도 특성) - 컨베이어 벨트, blower, 공작기계 등에 사용

9장. 전기의 에너지 9-4 전동기 복권전동기 직류전동기에서 전기자 단자(電機子端子)에 병렬로 이어지는 분권계자 코일과 직렬로 이어지는 직권(直捲) 계자 코일이, 하나의 자극철심에 감겨져 있는 전동기 가동복권 전동기와 차동 복권 전동기가 있다.