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전동기와 발전기의 특징 및 구조 A+자료

목차[서론 ]1.연구동기[본론 ]1-1 전동기란?1-2 전동기의 원리1-3 전동기의 종류1-3-1 직류형 전동기1-3-2 직권 전동기1-3-3 분권 전동기1-3-4 복권 전동기1-3-5 교류 정류자 전동기2-1발전기란?2-2 발전기의 원리2-3발전기의 종류2-3-1 직류발전기2-3-2 교류발전기[결론 ]1.전동기 및 발전기의 관한 나의 생각서론1. 연구 동기초기의 항공기들은 소형이고 구조가 간단해 조종사 이에 항공사,기관사 등 항공 계기들을 돌볼 수 있는 사람들이 직접 항공기에 타서 비행에 필요한 정보를 알아내어 비행을 했다.하지만 항공기가 대형화와 고속화되는 것에 따라서 사람이 직접 정보를 알아내기에는 무리가 있었다.그에 따라 최근의 항공기에는 전기를 사용한 계기들이 많이 생겼다.전기계기를 많이 사용하는 이유는 첫번째로 경량이기 때문일 것 이다.같은 정보를 전달하더라도 유압장치를 사용하는 것은 전달 매체가 유체이기 때문에 이를 전달하는 관 등이 있어야하기 때문에 전선만 있으면 전달이 가능한 전기 계기를 많이 사용한다.이때 이 전기는 어디에서 나올까?바로 발전기 일 것 이다.배터리에 보관하는 방법도 있지만 항공기에 사용 가능할 만큼의 큰 전기는 보관하기 힘들 것 이다.그래서 발전기를 사용하는데 이 발전기는 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하는 역할을 하는 장치이다.이번 과제에서는 발전기 이외에도 발전기와 반대인 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환 시켜주는 전동기에 대해서도 함께 알아보도록 하겠다.미래의 훌륭한 항공정비사가되기 위해서 전기전자개론의 기초인 전동기와 발전기의 작동원리를 알아보고 그 종류에 대하여 파악하여서 단순한 공부가 아닌 원리를 이해하는데 중점을 두고 공부해보고자 한다.본론1. 전동기와 발전기의 특징1-1전동기란?전동기란쉽게 얘기해전기에너지를 기계에너지로 바꾸는 역할을 하는 기계이며 회전자의 코일에 흐르는 전류와 고정자의 자기장 상호간의 작용에 의해 기계적인 에너지를 발생시키는 기계다. 다른말로 모터(MOTER)라고도 한다. 거의 대부분이 회전 S극으로 흐르게 되며 이러한 성질 때문에 N극에서 S극으로 향하는 방향이 자력선의 방향으로 설명할 수 있다. 그렇다면 전류의 방향과 전자력(힘)의 방향은 플레밍의왼손법칙을 대입해보면 그림과 같이 방향이 전해진다.도체가 힘의 방향으로 움직이기 때문에 도체가 빙글빙글 도는 것 이다.이 것을 자동차의 축전지와 전동기의 구동방식으로 설명하자면 축전지의 전류가 브러시, 정류자,전기자코일을 통과하게 되면서 계자철심(위 그림으로 보았을 때 S극 자석)에는 강력한 자기력선이 생기게 되므로 플레밍의 왼손법칙에서 전자력의 방향대로 전기자가 회전하는 것 이다.직류 전동기는 속도제어가 용이하기 때문에 전철,엘리베이터,압연기 등과 같이 속도 조정이 필요한 경우에 널리 이용된다고 한다.유도 전동기의 회전 원리는 Arago 원판의 실험에서 발전하였다. 위 그림과 같이 회전 가능한 도체 원판 위에서 자석의 N극을 시계 방향으로 회전 시키면 상대적으로 원판은 자기장 사이를 반시계 방향으로 움직이는 것과 같다. 따라서 플레밍의 오른손 법칙에 따라 원판의 중심으로 향하는 기전력이 유도된다.이 기전력에 의한 전류가 흐르게 되고이 전류에 의해 플레밍의 왼손 법칙에 따라 원판은 자기력을 받아 시계 방향으로 회전하게 된다.즉원판은 자석이 회전하는 방향과 같은 방향으로 움직인다.이때 원판은 자석 보다는 빨리 회전할 수 없다.또한 원판이 자석과 같은 속도로 회전하게 된다면 원판이 자석의 자기장을 자를 수 없으므로 원판은 반드시 자석보다 늦게 회전해야 한다.자석을 회전시키는 대신에 3상 교류로 회전 자기장을 만들어 주면 같은 원리로 원판은 회전한다.단상유도전동기는 외부의 자석을 회전시키면 내부에 있는 도체 원통도 유도 전동기의 회전원리에 의해서 자석의 회전방향과 같은 방향으로 도는 현상을 이용한다.두 코일의 감는 방향을 같은 방향으로 하면 마치 자석의 N극과 S극이 되어 여기에 교류 전원을 연결하면 자기장이 형성된다.그러나 단상 교류에 의한 자기장 생기지만 일정 방향으로의 회전 자기장이 생기지 않기 때문 하며 이 역할을 하는 것이 정류자와 브러시이다.고장된브러쉬에 정류자가 먼 접촉을 하면서 회전하게 되므로 브러시와 정류자에서 마모,분진 및 소음이 발생하며 정류자가 더러워지게 된다.전자 스위칭 기술을 이용하여 브러시를 없앤 것이 브러시레스 전동기 이다.1-3-2직권전동기1. 계자극 코일과 전기자 코일이 직렬로 연결되어 있는 직류전동기이다.2. 기동 토크가 크고 부하가 적어지면 속도는 상승하여 와전 무부하로 되면 속도가 무한에 가까워져서 위험하게 작용된다.3. 변속도 특성 때문에 제어용으로는 부적합하고 자동차의 시동전동기,크레인,전동차등에 사용된다.장점으로는 시동시 회전력이 크다 즉 힘이 좋은 전동기이며 단점으로는 무부하시 회전속도의 변화가 크다는 점이 있다.1-3-3분권전동기1.계자극 코일과 전기자 코일이 병렬로 연결된 직류전동기이다.2. 부하변동에 따른 속도변화가 적다3. 컨베이어 벨트, blower, 공작기계 등에 사용된다.장점으로는 회전속도가 일정하며 단점으로는 회전력이 낮다.1-3-4 복권전동기1. 전기자 코일과 직렬 및 병렬로 연결된 계자극 코일을 가지고 있다..2. 가동복권 전동기와 차동복권 전동기가 있다.장점으로는 회전력이 크고 회전속도가 일정하며 단점으로는 구조가 복잡하다.1-3-5 교류 정류자 전동기1. 교류와 직류를 겸용으로 사용할 수 있다.2. 유도전동기의 고정자와 직류전동기의 전기자를 조합하여 만든 구조로 직류전동기와 작동원리뿐만 아니라 모양과 구조가 같다.2-1. 발전기란?*발전기는 플레밍의 오른손 법칙에 의해 설명할 수 있다.발전기는 말 그대로 전기를 만드는 기계 이다.기계적 에너지를 우리가 쓰기 위해 전기적 에너지로 변환하는 장치이며 일반적으로 전자기 유도를 이용하고 우리가 사용하는 거의 모든 전기가 발전기로 만들어 진다.그 크기는 매우 다양하다.발전기는 크게 직류(DC)발전기와 교류(AC)발전기로 나뉘어 지는데 교류발전기에서 나오는 전류는 1초동안에 흐르는 방향이 여러 번 바뀌고 직류발전기에서 나오는 전류는 항상 한 방향으로만 흐른어 낼 수 있는 전력)을 유도전압 또는 유도기전력이라고 한다. 전선이 닫힌 회로가 연결되면 이 유도전압에 의해 회로에 전류가 흐른다.다만 발전기는 직접 에너지를 만드는 것이 아니라 단지 역학적 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 구실을 하는 기계이다. 따라서 모든 발전기는 터빈이나 디젤 기관과 같이 역학적 에너지를 만드는 다른 기계로 돌려야 한다.2-3 발전기의 종류발전기는 크게 직류발전기와 교류발전기 두 가지가 있다.2-3-1 직류발전기직류발전기는 직류전동기와 같이 전기자, 계자,브러시, 정류자로 이루어져 있고 전기자는 전압이 유기 되는 곳,계자는 자기장이 형성되는 부분이다.직류발전기는 정류자가 붙어있어 교류전류가 정류되어 직류전류로 출력이 된다. 직류발전기의 작동원리의 기본이 되는 법칙은 플레밍의 오른손 법칙이다.전기자를 회전시킴으로 계자의 자속을 끊어 패러데이의 전자유도법칙에 의하여 전기자에 기전력을 유도하는데 전력을(F), 자기장의 방향(B), 전류의 방향을(S)로 나타낸다.그래서 이 유도기전력을 e=Blvsinθ로 나타낼 수 있다. 직류 발전기의 코일의 수가 만약에 하나라면 코일이 1회전 할때마다 이루어지는 전압차가 커지고 최댓값수가 적을 수 밖에 없는데 코일이 여러 개가 되면 1회전시 전압차가 작아지고 최댓값수가 많아져서 효율이 높아진다.직류발전기전기자의회전수와 부하에 변동이 있을 때 출력전압을 조절해주는 것이 카본파일형전압조절기 이다.카본파일형 전압조절기는 세라믹 절연체로 된 원통관 안에 여러 개의 탄소판이 배열되어 있는 카본파일이계자파일과 직렬로 연결되어 있다.발전기 압력전압이 증가하면 전류의 증가로 전자석, 즉 계자의 흡인력이 증가하여 스프링을 잡아당기게 된다.그렇게 되면 탄소판의 압력이 감소하여 탄소판들의 접촉저항이 높아지고 계자전류가 감소하게 된다.이로 인해 계자 자기장이 약화되고 발전기의 입력전압은 감소하여 출력전압은 정상전압을 유지하게 된다.직류발전기의 계자에 전류자기가 전혀 남아있지 않은 경우 전기를 생산하기 위해서 계자 권선에 해당하는 기와 마찬가지로 ‘패러데이 법칙’과 ‘플레밍의 오른손 법칙’이다.직류발전기와는 다르게 교류발전기의 주요 상대운동 방법은 두번째 방법에 속하게 된다.그러므로 두번째 방법에 따른 상대운동 방법을 알아보겠다.교류발전기는 출력전압의 위상에 따라 ‘단상발전기’와 ‘3상 교류발전기’로 나뉜다.이름 그대로 단상 발전기는 전류가 흐르는 상(Phase)이 하나이고 3상 발전기는 전류가 흐르는 상이 3개인 발전기이다.그래서 단상에 비해서 효율이 우수하고 결선방식에 따라 전압,전류에서 보다 이득을 가지며 높은 전력의 수요를 감당하는데 적합하다. 3상 교류발전기에는 두가지 결선방법이 존재한다.하나는 ‘3상 4선식 Y결선’이고 나머지 하나는 ‘삼각결선’이라고 한다. ‘3상 4선식 Y결선’은 줄여서 Y결선이라고 하며 성형결선 또는 스타결선 이라고도 한다. Y결선의 장점으로는 중선선을 이용하여 접지 시키거나 선간전압보다 루트3배 낮은상전압을 사용할 수 있다는 것이고 단점으로는 코일 중 하나라도 단선이 된다면 부하측에 전압을 공급할 수 없다는 것 이다.‘삼각결선’은 환상결선이라고도 하며 Y결선과는 반대로 코일 하나가 단선이 되어도 부하측에 전압을 공급할 수 있다는 것이며 단점으로는 중선선을 이용하여 접지 시키거나 선간전압보다 루트3배 낮은 전압을 사용하지 못한다는 것이다.항공기에 사용되는 교류발전기에는 출력주파수를 일정하게 만들어주는 ‘정속구동장치’라는 것이 있다.이 출력주파수는 계자의 극수와회전수에 따라 결정되며 주파수 계자의 극수 그리고 분당회전수는 ‘f=PN/120’라는 관계식으로 나타낸다. 여기서 f는 주파수, P는 계자의 극수, N은 분당 회전수를 나타낸다. 주파수 조절 범위는 400±1[Hz]로 2[Hz]를 넘기면 안된다.정속구동장치는 항공기 기관의 구동축과발전기축 사이에 장착하여 발전기의 회전수를 일정하게 하는 역할을 한다.두 대 이상의 발전기가 항공기에 사용 될 때에는 서로 병렬로 연결하여 공급하는 전류랑이 일정해야 한다.그러기 위해서 직류발전기는 ‘이퀄라이저 회로’를 이용 워너비

공학/기술| 2019.10.31| 12페이지| 1,000원| 조회(268)

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