전기

교류와 직류 전동기와 발전기의 원리 설명

교류와 직류 전동기와 발전기의 원리

좋은 교육자료가 있어 가져왔습니다 한번 복습하고 공부 합시다요~~

 

 

 

플레밍의 왼손법칙은 전동기의 원리이고, 플레밍의 오른손법칙은 발전기의 원리입니다. 

전동기와 발전기의 원리는 비슷하지만 F를 기준으로 B를 맞추면 I가 반대가 되로, B를 기준으로 I를 맞추면 F가 반대가 됩니다.

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역학적인 힘이 모터를 회전시키는 전동기의 원리가 되는 플레밍의 왼손법칙은 로런츠의 힘의 방향과 같습니다.

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          ​<자기장의 방향이 반대가 되면 코일의 회전방향도 반대가 됨>

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​위의 그림은 플레밍의 왼손법칙인 전동기와 오른손법칙인 발전기의 모습입니다. 

만약 자기장의 방향과 힘의 방향을 맞추게 되면 전류의 방향이 반대가 되는데, 전동기와 발전기는 전류의 방향이 반대가 됩니다. ​

교류 전동기나 교류 발전기일때도 코일의 회전방향은 위와 마찬가지 입니다. 교류이므로 전류의 이동방향은 시시각각으로 변화하는데 그렇다고 코일의 회전방향도 시시각각으로 변화하지는 않습니다. 

왜냐하면 교류일지라도 코일의 회전방향과 전류의 방향이 일치하기 때문입니다. 즉, 코일의 회전주기와 전류의 이동주기가 일치하므로 반바퀴돌때는 +전압, 또 반바퀴돌때는 -전압, 이런식으로 맞추기 때문에 코일의 회전방향은 일정합니다. 

따라서 코일의 회전속도를 빠르게 하기위해서는 전류의 빠르기 즉, 교류 주파수를 높여줘야 합니다. 하지만 선풍기는 교류모터를 사용하면서도 속도조절을 할 수 있는 이유는 주파수 조절이 아니라 가변저항을 사용하기 때문입니다. 즉, 저항이 크면 모터의 속도가 느려집니다. 이때 전류의 손실이 발생하므로 자체적으로 주파수를 바꿀 수 있는 인버터(inverter)를 갖춘 것도 있습니다.

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■플레밍의 왼손법칙은 전동기의 원리, 원인 : 자기장(B)과 전류(I), 결과 : 힘(F)

   ▶​ 자기장은 그대로 있는 것이므로, 전류 즉, 전기에너지가 필요. 예를들어, 선

       풍기는 전기에너지를 얻어서 모터에서 운동에너지가 발생.

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■플레밍의 오른손법칙은 발전기의 원리, 원인 : 자기장(B)과 힘(F), 결과 : 전류(I)

   ▶​ 자기장은 그대로 있는 것이므로, 힘 즉, 운동에너지가 필요. 예를들어, 휘발

       유로 모터를 돌려서 발생하는 운동에너지에서 전기에너지가 발생.

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자기장속에 코일을 놓으면 플레밍의 왼손법칙에 의해 코일에는 로런츠의 힘을 받아 회전운동을 합니다. 자기장과 전류는 로런츠의 힘이라는 역학적에너지를 만들어냅니다(전동기). 또한 자기장과 코일의 회전운동은 역학적에너지를 전기에너지로 만들어냅니다(발전기).

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            ​<전동기와 플레밍 왼손법칙>

 

​자기장속의 코일은 로런츠의 힘을 받아 한방향으로만 회전합니다. 

하지만 직류와는 달리 교류 발전기에서는 전류가 일정한 주기를 가지며 흐름(이동방향)이 바뀝니다. 즉, 코일은 한방향으로만 회전하지만, 교류에서 전류의 이동방향은 + 에서 -, - 에서 +로 바뀝니다.

 

 

 

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발전기는 전류가 이동방향이 바뀌는 교류 그리고 이동방향이 일정한 직류가 있습니다. 

이러한 이동방향은 직류와 교류의 차이점이지만 공통점은 유도기전력 즉, 전류의 세기가 커지거나 작아지는 변화를 가지고 이때 자기력선속(자기장의 세기)도 1/4의 위상차를 가지면서 전류(유도기전력)와 같이 변화하는 주기를 가집니다.

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위의 그림은 교류의 세기와 방향(이동방향)에 대한 그래프입니다. 

직류는 정류자를 통해 +와 -를 구분한(끊어놓은) 것입니다. 따라서 +와 -는 교류처럼 순환하기는 하지만, 직류에서는 +와 -가 구분되기 때문에 로런츠의 힘은 이를 구분하지 못합니다. 

즉, 음(陰,-)과 양(陽,+)의 흐름이 끊기기 때문에 대칭성이 깨져서 일정한 방향성을 갖는다고 할 수 있습니다.

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위의 태극팔괘는 코일의 모양과 억지로 맞추어 본 것이고, 아래의 태극팔괘가 사상(四象)의 체질(體質) 또는 팔체질(八體質) 상태와 ​맞습니다. 코일이 수직일때는 자기력선속이 최대 힘을 받고, 수평이 될때 유도기전력이 최대 힘을 받기 때문입니다.

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                                    <직류와 교류 발전기>​

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링 또는 정류자의 모양에 따라 자연적으로 이러한 두 종류의 전류가 만들어집니다. 

DC 직류에서 정류자는 코일이 반바퀴 돌때마다 전류의 방향을 바꾸어 줍니다.

 

 

                             <대칭성은 살아있는가? 깨졌는가?>

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음양순환론의 원리에 따라 교류와 직류의 차이가 구분됩니다. 위의 그래프처럼 교류에서는 음양순환의 원리에 따라 전자기파가 발생되지만, 직류에서는 전자기파가 잘 발생되지 않습니다. 

직류는 왜 전자기파를 발생시키지 않는지는 음양순환론을 통해보면 알 수 있습니다. 

직류는 전기장과 자기장의 대칭성(순환대칭)이 깨졌기 때문입니다. 자기장은 음(陰,-)과 양(陽,+)이 순환하며 중성(中性) 상태(이때 자기력선속 최대)를 이룰때 형성되기 때문입니다.