2020. 6. 22. 11:44ㆍ전기공부/전동기
1. 전동기(Motor)의 회전 원리
1. 전동기(모터)란 무엇인가?
2. 전동기의 회전 원리
3. 코일에 전류를 공급하는 방식(직류전동기, 유도전동기)
1. 전동기(모터)란 무엇인가?
전기 에너지를 역학적 에너지인 회전 에너지로 변환해주어 역학적인 일을 할 수 있도록 하는 전기기계장치를 전동기(모터)라고 부른다. 쉽게 말해 전기를 넣어주면 회전하는 기기이다. 전동기는 사용하는 전원에 따라 직류 전동기와 교류 전동기로 구분한다. 전동기는 전력계통 에너지의 50%이상을 사용하기 때문에 중요하다.
2. 전동기의 회전 원리
자기장이 형성되어 있을 때 전류가 흐르면 힘이 발생하여 전동기의 회전운동이 가능해진다.
자기력 F = J(전류) X B(자기장) - 외적
플레밍의 왼손 법칙을 이용하면 전류와 자기장의 흐름으로 자기력F의 방향을 쉽게 알 수 있다.
* 플레밍의 왼손 법칙 : 자속 하에 전류 도체의 회전력 방향(자기력 방향)을 결정하는 규칙 (전동기의 원리와 관계가 있다.)
왼손을 위와 같은 모양으로 만들고 검지를 자기장 방향, 중지를 전류 방향에 맞춘다. 그러면 엄지손가락 방향으로 자기력이 발생한다.
위에서 확인한 플레밍의 왼손 법칙을 이용하여 아래의 전동기가 어떻게 회전하는지 확인해보자.
N극과 S극 자석이 놓여져있고 자기장(B)가 형성되어 있다. 자기장 방향은 N극에서 S극 방향이므로 자기장(B)는 오른쪽 방향으로 향해 있다. 그리고 중간의 원을 중심으로 회전할 수 있는 네모난 코일이 있다. 코일에는 시계방향으로 전류(I)를 공급하고 있다.
①위치에서 자기력(F)의 방향을 확인해보자.
왼손을 들고 플레밍의 왼손법칙에 맞게 손모양을 만든 후 검지 손가락을 B방향에 맞추고 중지 손가락을 I방향에 맞춰보자. 그러면 엄지손가락은 아래쪽 방향을 향하게 된다. ①위치에서 자기력(F)의 방향은 아래쪽 방향이다.
②위치에서 자기력(F)의 방향을 확인해보자.
왼손을 들고 플레밍의 왼손법칙에 맞게 손모양을 만든 후 검지 손가락을 B방향에 맞추고 중지 손가락을 I방향에 맞춰보자. 그러면 엄지손가락은 위쪽 방향을 향하게 된다. ②위치에서 자기력(F)의 방향은 위쪽 방향이다.
결국 이런 자기장(B)와 전류(I)에 의해 생긴 자기력의 영향을 받은 코일은 반시계 방향으로 회전하게 된다.
3. 코일에 전류를 공급하는 방식(직류 전동기, 유도 전동기)
위의 전동기 회전원리에서 보았듯이 코일이 회전하기 위해서는 자기장(B)과 전류(I)가 있어야만 자기력(F)이 발생한다. 이 때 회전하는 코일에 전류(I)를 공급하는 방식에 따라서 직류 전동기와 유도 전동기가 나눠진다.
직류 전동기는 회전하는 코일에 전류를 직접 공급해준다고 보면 된다. 이 때 필요한게 '슬립링'과 '브러시'다. 회전하는 코일에 슬립링을 연결하고 브러시를 통해 전류를 공급하게 된다. 슬립링이 계속 회전하고 있고 브러시가 맞닿아 있으므로 마찰이 계속 발생할 수 밖에 없고 고장, 마모에 취약할 수 밖에 없다.
유도 전동기는 회전하는 코일에 전류를 유도시켜서 공급한다. 전류를 직접 공급하지 않기 때문에 슬립링이나 브러시가 필요없고 마찰 또한 발생하지 않는다. 그래서 전동기의 90%이상은 유도전동기를 사용한다.
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