1강 동기발전기 구조 원리 회전계전형 채택 이유

안녕하십니까? 박권배입니다. 자, 이번 시간부터는요. 동기발전기 테마로 넘어왔습니다. 그 첫 번째 시간으로 동기발전기의 구조 원리 그리고 대응 개설은 회전 계자형을 채택하고 있는 이유에 대해서 설명 드리도록 하겠습니다. 본문으로 들어가 봅니다. 구조, 원리 그다음에 회전계자형을 채택하는 이유 이제 이런 순서대로 한번 이야기를 해 볼 건데요. 각각도 우리가 10점짜리 문제로 나와 주니까 잘 준비해 주시기 바랍니다. 저는 칠판에 설명을 해보도록 하겠습니다. 자, 먼저 구조를 한번 보도록 하겠습니다. 구조요. 원동기를 먼저 한번 그려보도록 하겠습니다. 원동기가 여기 있고 이렇게 원동기, 우리가 터빈이라 그러죠 그리고 발전기에 이제 여기가 회전자가 있습니다. 발전기 회전자랑 이 터빈은, 원동기는 직결되어 있죠. 우리 shaft에 연결되어 있죠. 이제 회전축이죠. 여기 회전자죠 여기가. 직결돼 있기 때문에 여기 한 바퀴 돌면 똑같이 한 바퀴 도는 것이죠. 회전기는 우리가 크게 2파트죠. 회전하는 파트하고 회전하지 않는 파트. 그걸 뭐라 그러냐면 고정자라고 그러죠, 고정자. 얘는 고정자. 우리가 사용하는 대부분의 동기발전기는 회전 계자형입니다. 회전자가 뭐냐면 계자예요. 계자. 그래서 회전 계자형이라고 불러요. 물론 소형일 경우는 회전전기자형을 갖다 쓸 수 있어요. 우리 이제 여러분들이 인터넷을 찾아보다 보면 이런 그림들이 있잖아요. 여기 자석이 여기 있고 자석 이렇게 되어 있고 여기에 이제 코일이 있는데 코일을 이제 돌려가면서 이렇게 발전하는 걸 이거는 회전전기자형이죠. 코일이 이제 회전하는 거죠. 이게 유기기전력이 발생하는 부분을 뭐라고 부르냐면 전기자라고 부르거든요. 기능적으로는, 근데 얘가 돌아가고 그런 것들을 이런 걸 뭐라고 회전전기자형이라고 불러요. 이런 것들은 소형기에서만 쓸 수 있는 형태이고 우리가 전력 계통에서 볼 수 있는 동기발전기를 회전계자형이라고 보시면 돼요. 그래서 지금부터 우리가 동기발전기 그러면 그냥 회전계자형이라고 딱 놓고 보는 거예요. 회전전기자형이라고 아예 생각하지 않기를 바랍니다. 그래서 얘가 계자가 되는 거죠. 그러니까 여기 계자 코일이 감겨져 있는 거고 그다음에 여기가 이제 계자가 되게 하기 위해서는 코일만 감겨 가지고는 계자가 되지 않죠. 자석을 발생할 수 없죠, 그렇죠 여기다가 이제 직류 전류를 흘려주죠. 직류전류를 흘려줄 수 있는 그런 파트가 이게 뭐냐면 여기가 이제 여자기이죠. 직류 전류를 올려주려먼 직류 전원이 있어야겠죠? 자, 여자기. 근데 여기는 지금 정지되어 있는 파트죠. 여기는 정지되어 있는 파트고 여기는 지금 회전하고 있기 때문에 회전하고 있는 계자에다가 공급을 해야 되기 때문에 그렇게 하기 위해서는 이제 이렇게 Slip ring이나 Brush 같은 것이 있어야겠죠. Slip ring이나 Brush가 있어야 되겠죠. Slip ring하고 Brush가 있어야지만이 여기에 공급을 할 수가 있겠죠. Slip ring과 Brush는 굉장히 유용한 그런 장치죠. Slip ring이랑 Brush 같은 것을 쓰는 것은 굉장히 유용한 부분이죠. 여기에 뭐 마모가 있다든지 그다음에 여기에서 접촉장이 크다든지 뭐 이런 것들 이런 것들은 단점으로 있지만 회전하는 파트에다가 전기를 공급할 수 있다. 라는 것은 굉장히 매력적인 장치죠. 그래서 Slip ring, Brush는 그런 용도로 아주 많이 사용하고 있습니다. 발전기뿐만이 아니라 전동기에도 많이 사용하고 있죠. 이렇게 되어 있고요. 그다음에 여기도 이름을 붙여 볼까요? 이게 원동기죠. 여기가 그러면 계자가 됐으니까 고정자가 이제 전기자가 되어야 되겠네요. 전기자는 어떤 역할을 하는 장치입니까? 그렇죠. 전기자 코일이죠. 그래서 정기자 코일에서 바깥에 이제 코일이 세워져 있는 거죠. 자석이 안에서 돌아가고 자석이 안에서 돌아가고 바깥에 이제 코일이 감겨져 있으니깐 그 코일에 기전력이 유기가 되겠죠. 그래서 유기기전력 유기기전력이 발생하는 부분이겠죠. 발생하는 부분입니다. 즉 전기에너지가 발생하는 부분이 이제 바깥에 우리가 서 있다 라고 보시면 되죠. 고정자에 있다. 고정자 코일에 감겨져 있다. 고정자에 감겨져 있다 이렇게 보시면 돼요. 회전자에는 계자죠. 여기 이제 코일이 감겨져 있는데 여기는 전기전류가 흘러 들어가면 이제 여기에 N극 S극 이렇게 자석이 되는 거죠. 그런 식으로 그래서 유도기하고 다른 것은 우리 동기 같은 경우는 직접 여기를 자화시켜주는 자화 여자 장치가 있다 라는 것이 굉장히 큰 장치죠. 그래서 이 자석에 크기는 고정된 값이 아니라 이 계자 전류의 값을 증가시켰다, 감소시켰다. 그러면은 이 값도 조절을 할 수가 있겠죠. 그런 또 장점이 있겠죠. 그다음에 원동기 쪽으로 와서 보면은요. 원동기는 우리가 전기적인 출력 고정자에서 우리가 전기적인 출력이 나갈 거 아니에요. 그쵸? 전기적인 출력이 나갈 텐데. 여기서 엄밀히 말하면 어떤 파트가 p하고 q가 있어요 p와 q파트가 이렇게 이건 유효전력이고 이건 무효전력이죠. 그러면 유효전력을 생산하는 파트가 어디냐 유효전력을 발생시키는 것을 담당하는 파트는 어디냐? 그러면 원동기 그게 터빈이죠. 이부분이라고 생각하면 돼요. 여기 이제 기계적인 입력이 여기 이제 회전날개가 있죠. 회전날개가 있어서 여기에 이제 증기나 또는 뭐가 들어와요? 물, 증기 같은 경우는 어떤 발전기입니까? 증기 같은 경우는 우리나라 같은 경우는 화력이죠. 화력이나 또는요, 원자력 발전기. 원자력 발전기 같은 경우는 증기를 사용하고 그다음에 물은요. 수력이나 또는 양수발전 같은데 있죠. 이런 데서는 이제 물의 입력을 사용하자 그래서 증기나 물이 가지고 있는 에너지를 이용해서 여기를 통과시키죠. 통과 시켜 가지고 아주 강하게 통과시켜서 이 날개를 강하게 돌려주죠. 그러면 이제 이렇게 직결되있기 때문에 회전자가 얘랑 동일한 속도로 이제 들어가는 것이죠. 이때의 이 기계적인 입력이죠. 이게 한마디로 말하면 이 기계적인 입력이죠. 이 기계적 입력. 기계적 입력은 유효한 에너지입니다. 기계적으로 유효한 에너지입니다. 이 기계적으로 유효한 에너지가 여기서 전기에너지로 바뀌면서 뭐로 바뀌냐면 유효 전력으로 바뀌게 됩니다. 그래서 이게 이제 다른 손실이 없다면은 손실이 없다면은 이 기계적 입력이 전기에너지로 바뀌었을 때 에너지보존이 되잖아요. 그때 이제 전기에너지의 어떤 파트로 바뀌게 되냐, 유효전력으로 바뀐다고 보시면 돼요. 그러면 무효전력을 담당하는 파트는 어디냐? 무효전력도 그렇죠. 부하를 필요로 하니까 달라는 만큼 또 발전기를 만들어 줘야 되죠. 무효전력을 만들어주는 파트는 어디냐면 이 여자기 부분입니다. 여자기에서 우리가 이 계자 전류를 조정함으로써 이 무효전력을 공급 하거나 또는 얘 같은 경우에 공급도 하고 이제 흡수도 이제 가능하도록 여기서 이제 제어가 됩니다. 물론, 이 유효전력 같은 경우도 계통으로부터 받는 경우도 있어요. 이거는 정상적이지 않은 경우에요. 정상적이지 않은 경우인데, 이때는 우리가 모터링 이라고 해서 발전기가 이제 잘못하면 망가질 수 있는 상황이기 때문에 이것은 비정상적인 상황이고 정상적으로 발전기는 여자기. 무효전력에 대해서는 공급도 할 수도 있고 또는 의도적으로 흡수도 할 수 있다. 그런 부분도 있습니다. 그래서 우리가 이렇게 이야기하죠. 과여자라는 이야기할 거예요. 과여자란 이야기는 뭐냐면 이 계자에다가 전류를 많이 줬으면 자기장을 더 많이 만드는 더 크게 만드는 그런 상태를 과여자라고 이야기를 합니다. 이때는 어떤 운전이라고 이야기하냐면 유효전력 입장에서는요. 무효전력을 공급한다. 이렇게 이야기를 하는 거죠. 이런 이야기들이 뒤에서 다 연결돼서 다 문제가 돼서 나오겠죠. 그다음에 저여자라고 그러죠. 저여자라고 그러면은 이 계자 전류를 낮추는 거죠. 낮추면 우리가 이때는 무효전력을 흡수하는 운전이다. 이렇게도 하죠. 이걸 이제 소모하는 거죠. 이렇게 같은 말이에요. 소모한다나 흡수한다는 말은 같은 말로 쓰는 거예요. 그러니깐 의도적으로 이 여자 장치를 통해서 무효전력을 공급할 수 있는, 주요 역할은 공급이에요. 공급이지만 경우에 따라서는 경부하 조건 같은 데서는 무효전력을 흡수하는 역할도 할 수가 있다라는 이야기입니다. 자, 그렇게 됩니다. 그러면 우리가 간단하게 우리가 구조와 얘들의 역할이 뭔지를 잘 인지를 하였을 겁니다. 그러면 그다음 원리에 대한 이야기를 해 보도록 하겠습니다. 동기발전기의 원리는 간단한 거죠. 패러데이 법칙이죠. 패러데이 법칙을 이용한 장치다 라고 보시면 되죠. 발전기를 돌려주는 이유는 뭐냐면 이런 걸 만들어 주기 위해서 그러죠. 전기자코일에서 전기자가 이제 우리가 고정자 부분에 감겨져 있다고 했죠. 여기는 3상이기 때문에 세 세트로 감아놓은 거예요. 코일이 요렇게 감겨져 있는 거죠. 이렇게 그런 식으로 바깥에 이렇게 감겨져 있는 건데 이것이 이제 세 세트가 있는 거죠. 우리가 3상 발전기 만들기 때문에 그런 거예요. 그래서 이 한 세트를 본다 그러면 이게 이제 우리가 말하는 전기자코일이고 전기자코일이고 여기에 이제 유기기 전력이 코일에서 유기기전력이 발생을 하는 것이죠. 유기기전력이 그 발생하는 조건으로 보니까 패러데이는 그렇게 설명을 한 거죠. 여기 이 코일의 단면적을 통과하는 코일의 단면적 통과하는 이 자속이예요. 자속이 시간에 따라 바뀐다 그러면은 여기는 유기기전력이라고 하는 것이에요. 발생된다 라고 하는 것을 패러데이가 그렇게 이해를 한 거죠. 그것이 이제 발전기 원리로 바뀐 것이죠. 그래서 이렇게 이런 과정을 만들어주기 위해서 발전기는 뭘 하게 되냐면 여기를 자석으로 만들어 놓은 상태에서 돌려준다는 말이에요. 돌려주면 이런 일이 벌어진다는 이야기죠. 돌리지 않으면 이런 일이 발생하지 않는 거죠. 물론 자속은 있죠. 자속은 있지만 돌려주지 않으면 그 값이 이렇게 시간에 따라 바뀌지 않는 거죠. 바뀌지 않으면 이 값은 0이죠. 그래서 그렇게 해주기 위해서 이것을 갖다가 이게 터빈으로 회전 장치 직결되어 있다 했잖아요. 그래서 터빈을 돌려주면 얘가 같은 속도로 돌아가는 거죠. 돌려주는 이유는 뭐예요? 이런 걸 만들어주기 위해서 그러죠. 자속의 시간적인 변화 자속의 시간적인 변화를 만들어주기 위해서 자속의 시간적인 변화를 만들어주면 뭐가 발생될까요? 기전력 다른 말로 전기에너지가 발생 되기 때문입니다. 이것이 동기발전기의 원리라고 이야기할 수 있습니다. 어렵게 우리가 이야기할 이유가 전혀 없는 것이죠. 이제 이런 걸 만들어주기 위해서 회전을 해야 되니까 우리가 원동기 터빈에 의한 계자인 회전자를 회전시켜 준다. 이런 이야기를 미리 해줬고요. 이거 회전할 때 이제 어떤 속도로 회전할 거냐 라는 것은 이제 우리가 원하는 주파수가 있죠. 예를 들어서 우리나라 같은 60Hz가 원하는 주파수잖아요. 그러면 여기를 이제 극수를 정해 가지고 이 2극기냐 4극기냐의 따라가지고 이 회전속도를 결정하죠. 예를 들면, 얘를 갖다가 어떻게 쓰면 동기속도라고 부르는데 동기속도라고 부르는데 2급기 화력 같은 경우는 고속기로 2극기까지 사용하거든요. 2극기면 60Hz를 만들어 내려면 60Hz를 만들어 내려면 3,600rpm이 필요한 거죠. 즉, 얘를 터빈을 이용해 가지고 분당 3600 받기. 얘를 갖다가 초당으로 바꾸면 어떻게 돼요? RPS. RPM이랑 RPS라 하면 60 RPS가 되는 거죠. 초당 회전수가 되는 거죠. 60Hz면 60rps 그다음에 50Hz면 50rps 이렇게 돌리면 되는 거죠. 4극기가 되면은 그건 절반으로 줄겠죠. 1,800rpm 되겠죠. 이런 식으로 우리가 이렇게 회전시키고 그다음에 그 상태에서 이제 계자 계자의 전류까지 공급을 하게 되면 이 자기장이 성립되죠. 그러니까 이런 상태를 만들어 줄 수가 있는 거죠. 그러면 우리가 말했던 이런 유기기전력을 실효값으로 따지면 이런 유기기전력을 얻을 수 있는 거예요. 4.44에 f에 n에 Φf 에 해당하는 유기기전력을 얻을 수가 있는 거죠. 이 주파수는 아까, 얘에 의해서 결정되는 거죠. 어떤 속도로 돌렸냐의 따라서 이 주파수가 결정된 거죠. 2극기에 3,600을 돌리고 있다. 그러면 이 주파수는 60Hz가 될 겁니다. 이것은 이제 고정자 코일에 턴수가 되겠습니다. 여기가 이제 계자 자속이죠. 즉 이 계자 자속은 이 계자 자속은 계자 전류에 크게 매여있는 거죠. 계자 전류를 증가시키면 얘가 이제 커지는 거겠죠. 여기에 흘리는 계자권선에 흘려 준 이 전류 크기를 증가시키면 얘는 얘가 증가되는 그런 방식으로 되겠죠. 그래서 자석을 좀 더 이해한다면 자석을 딱 한 바퀴 돌려주게 되면 자석을 한 바퀴 돌려주게 되면 어떤 식으로 기전력이 발생하느냐 이와 같은 패턴으로 발생하는데. 이제 단상 부분만 하나인 a상 부분만 한번 본다면 이런 식으로 자속은 한 바퀴 돌려주면 자속은 이렇게 형성될 것이고 그다음에 그에 따라서 유기기전력은 유기기전력은 이와 같이 발생할 것이다. 자속이 한 바퀴 돌려주니까 이 바깥에 고정자에서 바라봤을 때는 이렇게 정현파로 이렇게 크기가 바뀐다는 것이죠. 그것에 따라서 이 유기기전력도 정현파 모양을 갖고 여기에 이제 위상만 몇 도 정도 차이가 나면 90도 이상 차이가 나는 것이죠. 자속에 비해서 여기 유기기전력은 미분된 형태이니깐 우리가 정현파에서는 90도를 앞서게 하는 역할을 하죠, 미분이. 근데 J 오메가 이런 식으로 되거든요. 그래서 90도가 앞서게 되면 앞에 마이너스가 있으니까 그리고 뒤집어 지니까 앞서는 게 아니라 자속보다 90도 뒤지게 된다. 그걸 갖다가 제가 계속 얘기를 했던 것입니다. 칠판에서 이 부분에 대해서 좀 더 설명을 드리도록 하겠습니다. 두 번째가 원리에 대한 이야긴데요. 원리는 패러데이 법칙이죠. 코일을 통과하는 자속이죠. 자속에 크기가 시간에 따라 바뀌면 뭐가 생긴다? 유기기전력이라고 하는 게 발생한다. 정확하게 위상을 짚으려면 이제 마이너스까지 표기를 해줘야 되겠죠. 물론 이제 한탕 쓸 게 아니면 n 자만 이렇게 붙여주면 되죠. 이때 이 자속은 이렇다는 거죠. 자속은 우리 전자기학 시간에 우리가 배웠던 것이죠. 자속은 이제 이와 같이 이게 유효한 양이죠. 코일을 통과하는 유효한 양은 지금 이렇다는 거죠. 또 자속밀도에 의해서 면적과 나란한 녀석만 면적 벡터랑 나란한 녀석만이 유효한 벡터라는 이야기죠. 이것을 우리가 기본적으로 알고 있어야 되는 것이죠. 이거를 만들어주면 이게 이제 일정하지 않고 이렇게 일정하지 않고 계속 값이 변한다. 이 유효한 코일에 통과하는 코일 면을 통과하는 코일 그 폐경로죠. 폐경로 L로 구성된 이 면을 이야기합니다. 그 면을 통과하는 자속이 계속 시간에 따라 바뀌어준다, 그러면은 여기는 이 코일에서는 PC 유기기전력이 발생한다. 그런 이야기가 되겠습니다. 그렇게 해주기 위해서 발전기를 구성을 하는 것이죠. 그래서 동기발전기를 이렇게 만들었다는 것이에요. 이게 이제 고정자 부분이죠. 고정자 부분에다가 이제 우리가 코일을 감죠. 고정자에다가 이 발생한 전기에너지가 발생하는 부분은 고정자에다 배치한다는 거죠. 회전자가 아니라 그것을 갖다가 우리가 일반적으로 사용한다는 이야기입니다. 이렇게요. 이렇게 되어 있는 거죠. 이렇게 되어 있는 코일이죠. 그래서 이렇게 보시면 돼요. 이렇게 여기가 우리가 이제 단상 발전기라고 그러면 여기가 a a'. 우리가 3상을 만든 다음에 이걸 3세트를 이제 여기 고정자에다가 배치를 하면 3상 발전기가 되는 것이죠. 그래서 여기다가 계자를, 회전자가 계자죠. 회전자인 계자를 여기에 배치를 한번 해볼게요. 이렇게 이렇게 여기가 n극 여기가 s극 여기는 그렇죠. 이렇게 shaft죠. 여기다가 터빈은 직결되어 있죠. 터빈이 돌아가면 얘는 돌아가는 것이죠. 오늘은 여기 돌아가는 이 방향을 여기로 한번 해볼게요. 이렇게 한번 설명 해볼게요. 이렇게 돌린다. 이렇게 돌려도 되고 저렇게 돌려도 되고. 반대로 돌려도 상관이 없어요. 돌려주는 이유는 뭐냐면 얘가 이렇게 되도록 하기 위해서예요. 이 자속이 이 코일이니깐 여기에 이제 전기에너지가 발생할 건데 전기에너지가 발생하게 해주려면 자속이 코일의 면을 통과하는 이 코일의 면을 통과하는 자속이 시간에 따라 바뀌게 해주게 하기 위해서 돌려준다는 것이죠. 우리가 B 벡터 자속밀도 벡터죠. 이것은 일정한 것이죠. 우리가 이렇게 여자기를 통해서 계자전류를 통해가지고 여기다 사실은 코일을 감죠. 코일 감아서 이 전류를 흘려가지고 이 크기를 만드는데 이걸 갖다가 이제 일정하게 잡아둔 상태에서 지금 이야기하는 거예요. 얘를 일정하게 잡아두면은 사실은 여기에 발생하는 B 벡터는 일정할 겁니다. 그러니까 이 값이 바뀌는 게 아니죠. 돌린다고 해서 이 값이 바뀌는 건 아니에요. 근데 돌렸을 때 뭐가 바뀌냐면 이 코일에 관통하는 자속 있잖아요. 코일을 관통하는 자속의 이게 유효분이에요. 코일에 봤을 때 유효분의 이 자속이 바뀐다는 거지요. 얘는 일정하게 유지가 되어도 돌려주면 얘가 바뀌는 거죠. 우리가 이 내적은 얼마나 유효한 양을 평가할 때 쓴다고 했죠. 그래서 DS 벡터는 얼마나 일치하느냐? 일치하는 양만이 유효한 양이라는 이야기죠. DS 벡터는 뭐냐면 이 면에 어떤 벡터냐면 수직한 벡터가 DS 벡터에요. 이게 DS 벡터에요. 이게 면에 수직한 벡터 자속밀도의 B벡터 중에서 면적 벡터 이거랑 이제 일치하는 면만이 뭐냐면 유효한 성분이라는 이야기에요. 유효한 성분이라는 이야기에요. 그러니까 여기를 우리 0도라고 한번 생각을 해봐요. 여기를 0도. 그다음에 여기를 90도라고 생각해봐요. 이제 회전을 시킬 거니깐 여기는 이제 180도 여기는 이제 270도 다시 돌아오면 0도, 360도가 되겠죠. 그럴 때 이 Φ을 한번 봐 보게요. 돌렸을 때 자속 그래서 이 Φ가 어떻게 변하고 있는지를 우리가 한번 보자는 이야기이죠. 서 있다 그러면은 여기 그대로 자석이 이렇게 서 있어요. 서 있으면 아무 일도 발생하지 않죠. 이 B 벡터가 여기가 더 일정한 값으로 있고 움직이지 않으면 이 값은 일정한 값 Φ 값으로 남아 있을 겁니다. 이 값으로 남아 있을 거예요. 근데 그러면 뭐냐면 이 값은 0이 되겠죠. 아무 일도 발생하지 않겠죠. 그래서 발전기를 돌려주는 이유는 뭐냐 그렇죠 돌려주는 이유는 얘를 만들어 주기 위해서 돌려주는 거죠. 그래서 처음에는 여기 있어요. 0도 일 때 여기 있어요, 자속이 제일 크겠죠. 왜냐면 모든 이 자속밀도가 면적 벡터랑 다 일치하잖아요. 일치하니깐 즉, 수직으로 통과하는 양이라고 생각하시면 돼요. 이 면에 수직으로 통과는 양만이 유효한 양이라고 보시면 돼요. 일치한다는 그 자체가 이게 수직이거든요. 그때가 이제 최대가 될 거예요. 그때가 최대가 될 거예요. 그 상태에서 이렇게 돌리면 이쪽으로 돌리면 이렇게 90도 쪽으로 돌려 가면 그렇게 되겠죠. 점점점점 이 세타가 발생하죠. 세타가 생기면서 점점 수직한 양은 수직한 양은 점점 줄어들겠죠. 점점점 줄어들겠죠. 세타가 더 증가하면 점점점 수직한 양은 점점점 줄어들겠죠. 이런 식으로 이렇게 점점점 줄어들겠죠. 그러다가 여기다 이렇게 되면 어떻게 돼요? 이렇게 N극이 여기가 있고 S극이 여기 있으면 어떻게 돼요? 그렇죠, 여기 수직으로 통과한 양이 하나도 없죠. 다 뭐냐면 평행하게 가죠, 이 면에 평행하다. 평행 한다는 것은 뭐냐면 수직으로 통과한 양이 없다. 즉, DS 벡터랑 일치하는 벡터가 없다는 이야기죠. 지금 유효한 성분이 하나도 없다는 이야기죠. 그때가 90도까지 왔을 때 점점적으로 돌렸을 때 작아지다가 코일은 서 있으니까 코일은 서 있으니까 그때 자석을 돌려봤더니 이렇게 뭐냐면 자석에 변화가 나타나더라 이 자석의 변화는 코일이 유효하게 본 자석의 변화라는 이야기입니다. 무슨 얘기인지 아시겠죠. 누가 주체이냐가 중요한 거죠. 이 자속밀도는 전체적으로 변하지 않죠. 이 자석에 크기가 똑같다면 일정한 상태에서 얘가 돌아가는 건데 얘는 변하지 않지만, 이 코일이 느낄 때는 돌리면 유효한 자속의 양이 점점 바뀐다. 이렇게 이런 식으로 바뀐다. 시간에 따라 변하고 있다. 즉, 우리가 말하는 이게 생길 수 있다. 라는 걸 의미하는 거죠. 이렇게 돌리면 어떻게 돼요? 지금 여기서 여기에 와있죠. 통과하는 방향이 바뀌었죠. 지금은 이렇게 통과를 하고 있었는데 여기 구간 0도에서 90도는 자기장 이렇게 통과했는데 면에 지금 근데 이쪽으로 통과하려고 그래요. 이제 N극에서 S극이 있잖아요. N극이 여기 있다가 이렇게 가려고 하잖아요. 그러니까 이제는 이 면을 수직으로 통과하는 양이 이렇게 통과하려고 그래요. 방향이 바뀌었어요. 여기가 플러스라면 이제는 마이너스에요. 이렇게 통과하면, 그렇죠? 방향이 바뀐 거죠. 여기서 이제 방향이 바뀐 거예요. DS 하고는 방향이 반대에요. 마이너스가 되는 거니까 근데 점점 이 90도에서 180도로 갈수록 또 점점 더 수직한 양이 점점 증가를 하고 있죠, 당연히. 여기선 점점 감소해 왔지만 다시 여기는 수직한 양이 증가하죠. 왜냐하면 이 면의 수직 한 방향으로 돌아가고 있기 때문에 그래요. 그냥 쉽게 보면 그런데 이게 방향이 마이너스 그래서 여기가 이제 마이너스로 이렇게 진행을 하는 거죠. 그래서 이렇게 180도까지 오게 되면 여기가 다시 최대치가 되겠죠. 완벽하게 또 그죠. 수직한 위치에 섰죠. N극, S극 위치만 바꿨죠. 이렇게 통과하고 있죠, 반대 방향이죠. 그러다가 180에서 270으로 오면 또 여기서 이렇게 여기서 가는 거랑 상황은 똑같은 거죠. 또 수직 한 방향에서 점점점 평행해지고 있잖아요. 수직한 성분이 점점 줄어들 거에요. 그래서 이렇게 0이 될 거예요. 이제 180 여기가, 이제 270 부분이죠. 그다음에 여기에서 또 이렇게 돌려 보면 제자리로 다시 이렇게 돌아갈 거예요. 다시 수직한 방향 쪽으로 돌아가고 있죠. 그러면서 다시 방향이 플러스 방향으로 돌아섰죠. 그래서 이렇게 하면 되죠. 한 바퀴 돌려면 이렇게 간다는 얘기죠. 한 바퀴 돌리면 자석을 한 바퀴 돌리면 지금 이제 이런 걸 우리가 2극기이라고 두 개 있다 해서 2극기 이라고 이야기해요. 2극기인 경우는 자석을 정확히 한 바퀴 돌리면 이 자석이 1 주기가 한 바퀴 도는데 1 주기 굉장히 이해하는데 편리하죠. 회전기를 이해 할 때는 2극기로 기본적으로 이해를 하는 것이 좋다라는 거죠. 자석을 한 바퀴 돌렸더니 뭐냐면 정확하게 자기장도 이 자속도 1 주기가 변화가 되더라는 이야기죠. 그리고 어떤 모양을 가지고요? 정현파 모양을 가지고요. 여기서도 이렇게 쓸 수가 있죠. 우리가 도트 연산자를 이렇게 크기만 크기로서 B에 여기에 이제 면적이죠. 어차피 면적 조건의 이거의 면적이죠. B에 S에다가 이게 코사인 세타 잖아요. 이게 코사인 그래프를 그리면서 가는 거예요. 사실 회전시키면, 그러면 유기기전력은 어떻게 발생할 거냐면 이것에 미분하는 관계니까 이걸 변화율 대로 나타나는 거니깐 우리가 얘가 코사인이면 싸인이 될 거고 싸인이면 코사인 될 거예요. 근데 이제 이렇게 보면 더 좋다고 그랬잖아요. 미분연산자 있으면 여기가 정현파예요. 그러면 예를 90도 이상으로 앞서게 하는 연산자다. 이렇게 제가 좀 기억을 하라고 유튜브에서 강의를 해드렸어요. 여러분도 혹시 처음 들으신 분들은 그렇게 기억하시면 좋겠어요. 여기 미분 전선자가 있다. 그러면 우리 정현파인 경우는 90도를 앞서게 해준다. 근데 이제 마이너스가 있으니까 앞서는 게 아니라 그러니까 뒤집어지는 것이죠. 그래서 유기기전력은 이렇게 되는 것이죠. 그리고 뒤지는 거예요. 90도 뒤지게 된 거예요. 마이너스 때문에요. 그래서 여기서부터 바라보면 위상을 바라보면 그러면 얘는 자석, 여기서 출발하는 거잖아요. 그러면 기전력은 여기서부터 출발하죠. 뒤에서 출발하는 거지요. 이런 식으로. 이게 이제 기전력의 파행이 되겠죠. 이렇게요. 이게 기전력이 되고 이게 자속이 되죠. 그래서 자연스럽게 뭐가 나오냐면 정현파에 전류 전기에너지가 만들어지는 것이죠. 이게 바로 우리가 말하는 원리라고 볼 수가 있습니다. 여기서 우리가 이제 3상을 만들려고 하면 여기다가 이 코일을 2세트를 더 포함시키면 되죠. 그래서 이제 이렇게 돌린다. 그러면 여기다가 기하학적으로 이제 120도 위치에다가 120도 위치에 그러니깐 120도죠. 120도 위치에다가 여기다가 b상을 이렇게 배치를 하죠. b'. b 한 세트죠. 그다음에 그러면 시작점이 기전력을 기준으로 따면 여기 된다. 그러면 얘는 그다음 120도 뒤에 붙어서 동일한 시점이 시작될 거니까 얘는 여기서부터 120도 뒤에 90이 여기니까 120도 뒤에 여기서부터 이게 파형이 시작될 거예요. B상 전압은. A상 전압이 여기라면. 또 C상은 또 여기로부터 여기로부터 또 120도. 120도 뒤에다가 c상은 배치하는 거죠. 이렇게 c' 이런 식으로. 그러면 여기로부터 몇 도가 밀리냐면 120도가 밀려서 또 c상은 이렇게 시작을 하는 거죠. 이런 식으로. 그러면 이게 바로 우리가 3상 발전기가 되는 것이죠. 무슨 이야기인지 아시겠죠? 무조건 그렇게 되는 거예요. 이게 회전하는 방향에 따라가지고 회전을 이렇게 이 방향을 할 수도 있고 이 방향으로 할 수도 있어요. 우리가 여기를 기준 a상으로 만들어 놨다. 그러면 여기를 a상으로 만들어 놨으면 회전하는 방향이 여기 가져왔다면 여기가 이제 b상이 되는 거고 여기가 c상이 되는 거예요. 여기는 이제 제가 회전 방향이 이렇게 적어놨으니깐 여기가 b상 c상 이렇게 잡을 겁니다. 그러면 우리가 이해하지 못 할 게 없죠. 여기서 이 내용에서 보시면 되겠습니다. 그러면 마지막으로요. 회전 계자형을 채택하는 이유에 대해서 말씀 드리겠습니다. 소형기를 제외하고 또 다른 특수한 목적 특수한 목적을 제외하고서는 회전 전기자형을 사용하지 않는다는 거죠. 회전계자형을 사용한다는 것입니다. 아주 작은 발전기하고 단상으로 만들지만 우리가 사용하는 발전기들은 예외없이 3상 발전기라고 보시면 되잖아요. 3상 전기자권선이 고정되어 있으므로 권선의 배열이랑 결선이 용이하다. 이렇게 복잡한 부분을 회전하는 파트에다가 배치하는 것이 좋지 않다 라는 얘기입니다. 그렇죠? 안정하지도 않고 기계적으로도. 그다음에 이제 전기자권선이 이제 고압이 되고 전기자권선이 이제 상대적으로 고압이 되고 계자권선은 저압이 돼요. 그러니까 이 저압인 쪽을 회전자에다 배치하는 것이 또 절연 측면에서도 안정하다 라는 이야기입니다. 우리가 이제 전기자권선은 요즘 같으면은 한 얼마 정도 됩니까? 이 정도로 흔한 건데 우리나라 같은 경우 20kV 내외라고 보시면 되죠. 20kV 발전기를 출력 전압이 그렇다는 이야기입니다. 화력 같은 경우 보통 한 18kV 되고요, 화력발전소 같은 경우. 원자력 발전소 같은 경우 22 KV를 많이 쓰는 걸로 알고 있습니다. 그다음에 이제 만약에 전기 작업이 회전자에 있다 그러면 고전압 인출을 해야 되잖아요. 20kV 내외인데 그 전압을 이렇게 Slip ring, Brush로 인출하는 기술적으로 굉장히 어렵습니다. 그래서 우리가 저압인 계자를 회전자에다 넣는 것은 이런 측면에서도 마땅합니다. 그다음에 가닥수죠. 얘는 2가닥만 인출하면 되고, 그죠? 얘는 두 가닥만 DC 전원이니깐 직류 전력만 흘려주면 되니까 이거 두 가닥만 인출하면 +, - 두 가닥만 필요하지만. 만약에 이제 이걸 갖다가 회전자에다가 배치한다 그러면 몇 가닥이 나와야 돼요? 하나, 3상이니깐, 둘, 세 개 감아놔서 a, b, c 이렇게 인출 한다고 생각을 해봐요. 그리고 얘는 이 6 가닥으로 인출하면 안 되겠죠. 그럼 너무 많으니까 이렇게 뭉쳐 가지고 어차피 Y로 할 거니까 그럼 총 몇 가닥 이예요? 1, 2, 3, 4 가닥을 인출 해야겠네요. 이런 걸 배제하더라도 뭐냐면 이게 가닥수가 너무 많아서 이렇게 인출하는 것 자체도 쉽지 않다는 이야기죠. 이런저런 이유로 회전계자형을 쓰는 게 대용화될수록 회전계자형 쓰는 게 당연히 이로운 점이 있겠죠. 계자를 갖다 회전자에다가 설계를 하게 되면 구조가 단순해지고 기계적으로 견고하게 제작할 수 있다. 단순한 놈을 튼튼하게 제작할 수가 있는 거죠. 이 복잡한 놈을 튼튼하게 제작하기가 어려운 거죠. 그다음에 회전계자로 가져가게 회전자를 조금 더 무겁게 의도적으로 무겁게 설계할 수가 있습니다. 그러면은 관성 에너지가 증가해서 과도안정도 고장이 났어요. 과도안정도 증대에도 기여를 한다. 이렇게 이야기를 하고 있습니다. 이런 것도 이제 구조적인 이야기고 주로는 이제 이런 부분이죠. 실질적으로 기술적으로 되게 어렵다는 거죠. 인출 과다가 너무 많다는 거죠. 3상, 세 개 코일을 세 세트 코일을 감아야 되는데 회전자에다 감는 거는 현실적이지 못하다는 이야기 이렇게 받아들이면 되겠습니다. 그것은 고전압 문제예요. 이 그림은 이것을 갖다가 이제 a상 여기는 a상 코일이 여기서 시작됐다. 그러면 b상 무조건 120도 밀리는 거죠. 이렇게 회전한다 그러면 여기가 b상이 되는 거예요. a상 다음이 무조건 b상이예요. 120도 뒤에. 기하학적으로 120도 뒤에 있죠. 120도 뒤에 있으니까 위상이죠. 120도 뒤에 나타난 거예요. 물론 2극기인 경우에 그렇다는 겁니다. 그다음에 여기 또 120도 뒤에니깐 또 b상부터서 c상까지 120도부터 밀리는 거죠. 이걸 갖다가 지금 이게 3상 평행이라고 근데 이런 거를 페이저도로 접근하면 그 크기하고 위상으로 표시하면 얘를 기준으로 하면 표시하면 이렇게 될 거예요. a상이 여기에요. a상 페이저가 여기에요. 그러면 여기는 0도란 얘기죠. 그다음에 b상은 여기로부터 120도 뒤로 이렇게 여기로부터 120도 뒤로 항상 이런다는 이야기이죠. 120도 뒤에 120도 뒤에 가면 늦다는 이야기입니다. 그다음에 c상은 여기서부터 120도가 늦는거죠. 이렇게 c상입니다. 그래서 이걸 갖다 우리가 뭐라고 그러냐면 정상 상회전 방향이라고 이야기를 합니다. 여러분도 여기서 같이 챙겨 주시면 좋을 것 같습니다. 그러면 또 다음 시간에 뵙겠습니다.