[전동기] 특징과 동작원리

오늘은 전동기의 특징과 동작원리에 대해 알아보고자 합니다.

전동기 청사진

전동기는 모터(Motor)라고 하는데요. 전기에너지를 운동에너지로 바꾸어주는 기기를 말합니다.

1830년대 직류전동기가 발명되었고 그 이후 유도 전동기가 발명되어 효율이 개선되었습니다.

 

전동기의 특징은 다음과 같습니다.

전동기는 여러 형태로 제작이 가능하여 다양한 부하(장치)에 적용하기가 쉽습니다. 또한 배기가스가 없고 내연기관이나 가스터빈에 비해 반응속도가 빠릅니다. 스위치만 켜면 바로 작동을 합니다. 회전력과 속도를 장치에 따라 쉽게 변화시킬 수 있습니다. 또한 입력이 전기 에너지이므로 다른 정보처리 시스템과 연결이 쉽다는 장점이 있습니다.

 

전동기는 모터의 입력 전원 사양에 따라 크게 직류 전동기 (DC Motor)와 교류 전동기 (AC Motor)로 나뉩니다.

또한 외피의 형태에 따라 전폐형 구조과 반폐형 구조로 구분되며, 통풍 방식에 의해서는 자기 통풍형과 강제 통풍형으로 나뉩니다. 

 

IP방식과 절연 등급에 의해서도 각각 분류가 가능하며 IC 냉각방식에 의해서 사용 냉매와 냉매 설치 방법 냉매 순환 방법별로 각기 나뉩니다.

 

전동기의 동작원리에는 여러 전류 법칙이 연관되어 있습니다.

 

먼저 앙페르의 오른 나사 법칙(Anpere`s Law)입니다. 도선에 일정한 전류가 흐르게 되면 도선 주위에 자기장이 형성되는데 전류의 세기와 도선으로부터의 거리에 따라 형성되는 자기장의 크기가 결정됩니다.

 

다음은 렌츠의 법칙(Lenz`s Law)입니다. 유도 전류에 의한 자기장은 자속의 변화를 방해하는 방향으로 발생하는데 이 법칙에 의해 자석의 운동방향에 따라 전류의 방향이 결정되게 돕니다.

 

그리고 플레밍의 오른손 법칙(Fleming`s right hand rule)과 왼손 법칙(Fleming`s left hand rule)이 있습니다.

플레밍의 오른손 법칙은 자기장 내에서 도선이 움직이면 도선 내부에 전류가 흐르고 자기장의 방행과 도선이 움직이는 방향에 따라 유도되는 기전력의 방향이 결정된다는 것입니다. 발전기의 기본 원리가 되겠습니다.

플레밍의 왼손법칙은 자기장 내에서 도선에 전류가 흐르면 도선에 힘이 작용하는데 자기장의 방향과 전류가 흐르는 방향에 의해 도선이 받는 힘의 방향이 결정된다는 것입니다.

 

끝으로 아라고의 원판 (Arago`s disk) 원리가 있습니다.

영구자석을 비장성체인 구리 원판 주위에 회전시키면 자석의 이동 방향으로 원판이 회전하는 원리입니다. 이때 원판은 자석보다는 더 빠르게 회전할 수는 없습니다. 바로 유도 전동기의 동작 원리가 되겠습니다.

고정자 자석

위의 전류 관련 법칙과 원리를 적용하여 원통 모양의 고정자 자석(회전자계) 속에 회전자 자석을 넣고 고정자 자석을 회전시키면 유도 전류가 발생하여 안에 있는 회전자 자석이 돌아가게 되어 전동기가 작동하게 되는 것입니다. 이때 고정자의 회전 속도와 회전자의 속도에는 아무래도 차이가 발생하게 되는데 동기 속도와 회전자 속도의 차에 대한 비를 슬립(SLIP)이라고 합니다.