발전기의 필요성 발전기의 조건
■ 전자기 유도 현상
전자기 유도 현상이란 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상을 말합니다. 외르스테드에 의해 전류가 자기 장을 형성한다는 사실이 알려지면서 자연스럽게 자기장을 이용해 전류를 만들 수 있지 않을까 하는 의문이 생겨나게 됐고, 이후 각각 전선 코일 속 에 자석을 넣었다 뺐다 하는 단순한 운동으로 전선
속에 전류가 흐른다는 사실이 패러데이와 헨리에 의 해 발견되었습니다. 이때 코일에 대한 자석의 상대 적인 운동에 의해 자기장의 변화가 생기게 되고, 바 로 이 변화에 의해 기전력이 만들게 되는 것입니다.
기전력은 자석이 도체 주위를 움직이거나 도체가 자 석 주위를 움직이는 두 가지 경우 모두에 의해 유도 되는데, 이를 통해 도선에 유도전류가 흐르게 되는 것입니다.
도선에 흐르는 전류의 크기는 코일에 감긴 전선의
수와 코일을 통과하는 자기장의 시간당 변화율에 비례합니다. 이처럼 전자 기유도에 의해 회로 내에 유발되는 기전력의 크기는 회로를 관통하는 자 기력선속의 시간적 변화율에 비례하며, 이는 이 사실을 처음 발견한 패러 데이의 이름을 따 ‘패러데이의 법칙’이라고 부릅니다..
■ 직류 발전기의 원리
원동기를 이용해 코일을 축을 중심으로 시계 방향으로 v의 속도로 회전시키면 길이 의 코 일변에는 플레밍의 오른손 법칙에 의해 e = vB [v]의 유도 기전력이 발생합니다. 코일에 전류가 흐르게 되면 자속 밀도B와 코일 사이 에 플레밍의 왼손법칙에 따른 기전력이 작용 하여 회전방향 반대의 힘이 발생됩다. 따라서 발전을 지속하려면 이 힘을 극복할 힘을 외부 에서 지속적으로 공급해 주어야 합니다.
[출처]
두산백과 – 전자기유도
읽기자료
직류 발전기는 교류 발전기의 슬립링 대신 오른쪽 그림과 같이 2조각의 정류자를 연결 합니다. 코일의 양쪽 끝을 각각 정류자편에 한쪽씩 연결하고 양쪽에 브러시를 접촉시켜 직류 전류를 얻게 됩니다. 코일이 회전하여 자리를 서로 바꾸어도 브러시는 항상 고정된 위치에서 정해진 코일과 접촉하므로 얻어지
는 전류는 방향이 바뀌지 않는 직류가 되는 것입니다.
1) 직류 발전기의 종류
직류 발전기의 자극은 전자석을 사용하는데 전자석을 만드는 여자 방식 에 따라 자여자 발전기와 타여자 발전기로 분류합니다.
자여자 직류 발전기 계자 권선의 여자 전류를 자기 자신의 전기자 유 기 전압에 의해 공급하는 발전기
타여자 직류 발전기 독립된 직류 전원에 의해 계자 권선을 여자시키 는 발전기
2) 용어
- 여자 : 권선에 전류를 통해서 자속을 발생 시키는 것 - 자속 : 어떤 면을 지나는 자력선 수
- 계자권선 : 자속을 발생시키기 위해서 주자극 또는 보극에 감은 권선 - 전기자 : 철심과 권선으로 되어 있으며 자력선과 코일이 교차하는 자속
과 상대적 운동에 의해 기전력을 발생하는 부분
■ 교류 발전기의 원리
직류 발전기와 마찬가지로 원동기로 코일을 축 을 중심으로 시계방향으로 v의 속도로 회전시키 면 길이 의 코일변에는 플레밍의 오른손 법칙에
정류자에 의해 정류가 되어 직류 전압이 유기 되지만 교류 발전기는 슬립 링에 의해 회전 시 극성이 교번되는 교류 기전력이 유기됩니다.
■ 발전기의 구조
직류 발전기의 구조를 살펴보면 아래의 그림과 같습니다.
결국 발전기의 구조는 지난 시간에 배운 모터의 구조와 기본적인 구성에 대해서는 차이가 없습니다. 다만 모터가 전기를 이용해 회전력을 만들어 낸다면 발전기는 회전력을 가지고 전기를 생산하는 것입니다. 실제로 모터 는 발전기에서 발생한 실수로 만들게 되었다는 역사적 사실도 알 수 있습 니다.
■ 자동차에 사용되는 발전기
자동차에서 발전기는 어떻게 이용될까요? 그림 과 같이 발전기는 자동차의 구동 벨트와 연결되 어 있습니다. 자동차 엔진이 움직이면서 자연스 럽게 발전기도 회전하기 때문에 발전기는 효율 적인 전기 생산을 할 수 있습니다. 이렇게 생산 된 전기는 자동차 배터리를 충전하는 역할을 하 거나 각종 전기, 전자 장비를 움직이는데 사용됩 니다.
■ 하이브리드 자동차에서 발전기의 역할
하이브리드 자동차에서 발전기의 역할을 상활별로 알아보면 그림과 같다.