기계공학기초 제9장 전기의 에너지.

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1 기계공학기초 제9장 전기의 에너지

2 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

3 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.

4 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

5 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

6 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

7 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

8 9장. 전기의 에너지 9-3 발전기 교류발전기 교류 (AC): 도선내의 전류의 방향이 변하는 것

9 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

10 9장. 전기의 에너지 9-3 발전기 3상 코일의 결선방식

11 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

12 9장. 전기의 에너지 9-3 발전기 직류발전기 직류 (DC): 전류의 방향이 변하지 않는 전류

13 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

14 9장. 전기의 에너지 9-3 발전기

15 9장. 전기의 에너지 9-3 발전기 발전기 회전자 브러시 발전기 출처: EnCyber

16 직류발전기의 원리

17 교류발전기의 원리

18 교류발전기의 원리

19 교류발전기의 원리

20 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

21 전동기 권선

22 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

23 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

24 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

25 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.