DC Machine   직류기

1. 직류기

  ㅇ 교류가 아닌, 직류를 발전(직류 발전기)하거나, 직류로 구동(직류 전동기)되는 전기기기


2. 직류기의 원리 셋(3)

  ㅇ `전자기 유도 법칙`, `전자기력의 상호작용`, `정류 작용`에 기반

     - 직류 발전기 원리  :  패러데이의 전자기 유도 법칙에 기반 
        . (플레밍 오른손 법칙 : 기전력 방향)
        . 회전하는 전기자 코일이, 자기장을 절단하면서, 유도기전력을 발생시키고, 
        . 이 유도된 기전력을 정류하여 직류 전압으로 변환 

     - 직류 전동기 원리  :  전자기력의 상호작용에 기반
        . (플레밍 왼손 법칙 : 회전력 방향)
        . 전류가 흐르는 도체(전기자)가, 자기장 내에서 힘(회전력)을 받는 원리에 기반

     - 정류 작용  :  교류 -> 직류 또는 일정 방향 유지
        . 교류로 전자유도된 전류를 직류로 변환 (직류 발전기)
           .. 정류자가, 전기자 코일에 유도된 교류를, 직류 전류로 변환하여 외부 회로로 전달
        . 전기자의 전류 방향을 일정하게 유지 (직류 전동기)
           .. 전류 방향을 지속적으로 바꿔 회전 운동을 유지
           .. 만일, 입력 dc 전류의 방향을 바꾸면, 회전 방향이 반대로 바뀌어짐


3. 직류기의 특징

  ㅇ 상대적으로 구성이 단순함              ☞ 아래 4.항 참조
     - 고정자 : 계자
     - 회전자 : 전기자
     - 정류   : 정류자 

     * 주로, 회전 전기자형 (즉, 고정 계자형 : 계자 권선이 고정됨)

  ㅇ 가역적 동작 가능
     - 동일 구조를 가짐으로써, 전력 흐름 방향에 따라, 전동기로도 발전기로도 동작
     - (고정자,회전자 구조는 동일하며, 자기장과 회전 간의 상호작용이 핵심임)
        . 전동기로 사용할 땐, 외부에서 전류를 공급 → 회전
        . 발전기로 사용할 땐, 외부에서 회전을 가해 → 전류 생성
        . 즉, 입출력 에너지의 방향만 바꾸면 역할이 바뀌는 구조임 

  ㅇ 내부는 교류, 외부는 직류
     - 직류기 내부는, 교류기 처럼 교류 전압,전류를 사용하지만, 
     - 직류기 외부 단자는, 직류를 사용 

  ㅇ 정류(Commutation) 특성
     - 기기 내 교류 -> 직류 전압으로 변환시켜주는 장치로써, 정류자(Commutator) 있음
     - 이 때문에, 직류기를 정류 기기 (Commutating Machine) 라고도 함

  ㅇ 전압 및 속도 제어 용이
     - 전압 제어(발전기) 또는 속도 제어(전동기)가 용이
        . 자속이나 전압을 조정하여 원하는 출력 특성을 얻을 수 있음
     - 정밀 제어 가능, 비교적 손쉽게 다양한 속도 범위 제어 가능
        . 정지에서 정격속도까지 아주 미세한 간격으로 조정 가능

  ㅇ 전기자 권선법 
     - 주로, 고상권, 폐로권, 이층권을 사용

  ㅇ 유지보수 필요
     - 정류자와 브러시의 마모로, 정기적인 점검,유지보수 필요


3. 직류기의 구분

  ※ ☞ 직류기 구분 참조
     - 용도별 구분
        . 직류 발전기  :  직류 전압을 발생시키는 발전기
        . 직류 전동기  :  전류 전압으로 회전 구동력을 얻는 전동기
        . (구조,원리적으로, 직류 발전기 및 직류 전동기는 동일함)
     - 여자방식별 구분
        . 타 여자식  :  계자 및 전기자 각각 별도로 전원 공급
        . 자 여자식  :  전기자에 발생된 기전력으로 계자 전류를 흘리게함
           .. 분권식, 직권식, 복권식 (가동 복권, 차동 복권)


4. 직류기의 구조

  ※ 크게, 세 부분으로 구성
     - 고정자 (Stator)  :  계자 (자기장 형성), 계철 (자기 회로 완성, 기계적 지지)
     - 회전자 (Rotor)  :  전기자 (회전하며 유도기전력/회전력 생성), 축 (Shaft)
        . 계자(고정자)의 N극,S극 사이에서, 회전이 가능한 원통형 구조
     - 정류 (Commutation)  :  정류자 (회전자에 붙어 회전함), 브러시 (고정되어있음)
        . (기계적 정류 접점)

     


5. 직류기의 기전력 공식

   
[# E = p \cdot Z \cdotΦ \cdot N / (60 \cdot a) #]
  ㅇ {#E#} : 유도기전력 (V)
     - 직류 발전기는 유도기전력, 직류 전동기는 역기전력 [V]
  ㅇ {#p#} : 극수
  ㅇ {#Z#} : 전기자 도체 개수
  ㅇ {#Φ#} : 1극 당 자속 [Wb]
  ㅇ {#N#} : 회전수 (rpm, 분당 회전수)
  ㅇ {#a#} : 병렬 회로 수 (병렬로 연결된 전기자 도체의 집합 수)
     - (중권은 a = p, 파권은 a = 2)


6. 직류기의 손실

  ㅇ 철손 : (히스테리시스, 와류 손실)
  ㅇ 동손 : (권선 저항에 의한 손실)
  ㅇ 기계손 : (마찰, 공기 저항)
  ㅇ 표유 부하손 : (비선형 부하 등)