Winding Wire, Magnet Wire   권선

(2022-10-13)

Winding, 권선법, 집중권, 분포권, 환상권, 고상권, 폐로권, 이층권, 중권, 파권


1. 권선 (捲線)전기기기 내부에서 전선 코일들이 조합 배열 배치되는 구성 형태 (코일들의 모임/집합)


2. 권선 역할 및 특징

  ㅇ 권선 구조 특징
     - 가급적 절연층을 얇게 하고, 도체가 점유하는 면적을 크게하는 구조

  ㅇ 폐회로 형성
     - 고정자회전자 권선은 많은 코일들이 복잡하게 연결되나,
     - 항상 폐회로를 구성하게 됨

  ㅇ 에너지 상호 변환
     - 전기 에너지자기 에너지 간에 상호 교환
        . 전류에 의해 자계 유도 (암페어 법칙)  :  {# \oint \mathbf{H} \cdot d\mathbf{l} = i #}
        . 쇄교자속에 의해 전압 유도 (패러데이 법칙)  :  {# e_{\,induced} = dλ/dt #} 

     - 자기 에너지기계 에너지 간에 상호 교환 
        . 자계 내 권선이 받는 방정식  :  {# \mathbf{F} = i (\mathbf{l} \times \mathbf{B}) #}
        . 자계 내 움직이는 권선에 유도되는 전압 방정식  :  {# e_{induced} = (\mathbf{v} \times  
                                                                \mathbf{B}) \cdot \mathbf{l} #}


3. 권선법 (winding method)코일들을 슬롯에 삽입하는 방법, 접속하는 형태 등 연결하는 방법에 따라 분류
     - 환상권
     - 고상권  :  (개로권, 폐로권), (단층권, 이층권)
        . 이층권  :  파권, 중권
           .. 중권  :  (집중권, 분포권), (전절권, 단절권)
  
  ㅇ 환상권 (ring winding) 및 고상권 (drum winding)
     - 환상권  :  도선을 전기자 철심 안밖으로 고리 모양으로 감아서 배치
        . 원통 환상 철심코일이 나선형 안밖으로 전 원주에 감는 권선법
           .. 환상 안쪽 코일변이 유효 자속을 끊치 못하므로, 이것이 기전력 발생에 기여 못함
           .. 결국, 링 안쪽 도선은 비활용(무효)
           .. 환상 철심에 안밖으로 도선을 일일이 손으로 감아 제작하므로 불편
        . 초기 발전기에서 만 사용되었고, 현재는 이론 설명용으로 만 이용됨
     - 고상권  :  도선을 전기자 철심 표면에 만 배치
        . 원통 환상 철심 표면 슬롯에 만 엮기며 감는 권선법

  ㅇ 폐로권 (closed circuit winding) 및 개로권 (open circuit winding)
     - 개로권  :  각 독립 코일들이 철심에 감겨, 독립적으로 외부 회로와 연결 (교류기)
     - 폐로권  :  권선 시작점과 끝점이 만나게되어 폐로 형성 (직류기)

  ㅇ 단층권 (single layer winding) 및 이층권 (double layer winding)
     - 단층권  :  슬롯 있는 회전기에서, 하나의 슬롯에 1개의 코일변만을 넣은 권선
        . 단, 직류기에는 이런 형태가 없음. 교류기의 쇄권이 이에 속함
     - 이층권  :  각 슬롯에 2개 코일변이 상하 2층에 겹치도록 넣음 

  ㅇ 중권 (lap winding) 및 파권 (wave winding) 
     * 권선이 이전 코일들과 어떻게 연결되는가에 따라 분류됨
     - 중권 (병렬권)  :  코일들이 이전 코일들과 겹쳐서, 중첩하며 연결 구성
        . 중권은, 병렬회로 수,극 수,브러시 수가 같음
     - 파권 (직렬권)  :  코일들이 서로 겹치지 않고, 전진하듯이 연결 구성
        . 파권은, 병렬회로 수,브러시 수가 2개임

  ㅇ 집중권 (concentrated winding) 및 분포권 (disributed winding)
     - 집중권  :  1개의 코일을 2개의 슬롯 간에서 만 집중적으로 감아서 1개의 자극을 형성
     - 분포권  :  다수의 슬롯코일들이 분포되도록 구성
        . 개별 코일들이 서로 연결되며, 계자 권선의 경우에 발생 자계가 극수와 같도록 됨
        . 장점  :  고조파 개선 (파형개선), 누설 리액턴스 감소, 열 발산 고른 분포 (냉각이 쉽게 됨)

  ㅇ 단절권 (short pitch winding) 및 전절권 (full pitch winding)
     * 권선의 입출 각도가 얼마나 되느냐에 따른 차이
     - 전절권  :  180˚ (극 간격 = 권선 간격)
     - 단절권  :  180˚ 보다 작음  (극 간격 ≠ 권선 간격)
        . 장점  :  고조파 개선 (파형개선), 권선 절약 (경제적)


4. 권선 관련 용어

  ㅇ 형권 코일 (formed coil)     : 다이아몬드 모양으로 적정 권수 만큼 감아서 절연시킨 후
                                   전기자 슬롯에 설치될 수 있도록 미리 정형화된 코일코일변 (coil side)          : 유도 기전력을 실제 발생시키는 도선의 각 부분
  ㅇ 코일단 (coil end)           : 코일변 간을 연결시켜줄 뿐 기전력 발생과는 상관없는 부분
  ㅇ 턴수/권수 (number of turns) : 코일이 감겨지는 횟수
  ㅇ 권선 피치 (winding pitch)   : 각각의 코일변 사이 거리
  ㅇ 극 피치 (pole pitch)        : 각 극(자극) 사이 거리(각도)
  ㅇ 슬롯/홈 (slot)              : 코일이 들어가 위치할 수 있는 파여진 홈
  ㅇ 치 (tooth)                  : 슬롯슬롯 사이가 돌출된 부분
  ㅇ 권선비 (turn ratio)         : 1차 권선과 2차 권선의 권선수의 비 (변압기 주요 특성)



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