전기공사기사 직류발전기의 구조 — 계자·전기자와 기전력 계산

직류발전기는 구조상 고정자(멈춘 쪽)에 계자(전자석)가, 회전자(도는 쪽)에 전기자와 정류자가 놓인다. 브러시는 고정 측에서 정류자에 접촉해 전기자에 유도된 교류 기전력을 외부 회로에 직류로 출력한다. 브러시는 정류자보다 연한 탄소로 만들어져 적당한 접촉저항을 갖는다.

전기자 코일이 자석 속을 회전하면 교류 기전력이 유도되고, 정류자와 브러시가 매 반회전마다 연결을 바꿔 외부 회로에는 직류가 나간다.

유기기전력은 E = PΦZN/60a로 구한다. P는 극수, Φ는 극당 자속, Z는 총 도체수, N은 회전수, a는 병렬회로수다. 단권(랩) 권선은 a가 극수와 같고, 파권은 a가 2다. 4극 단권 발전기에서 총 도체수 400, 극당 자속 0.02Wb, 회전수 1,500rpm이면 E = 4×0.02×400×1,500/(60×4)로 200V다.

8극 중권 발전기에서 총 도체수 960, 매극 자속 0.04Wb, 회전수 400rpm이면 유기기전력은 256V가 된다. 자속을 구하는 문제에서는 식을 Φ에 대해 풀어 넣고, 문제에 주어진 권선법에 맞는 병렬회로수를 대입한다. 파권이면 병렬회로수에 2를 넣는다.

유기기전력과 반비례하는 것은 병렬회로수다. 자속, 회전수, 도체수가 커지면 기전력이 커지지만, 도선을 여러 갈래로 나누면 한 갈래당 전압은 줄어든다. 전부하에서 자속을 구할 때는 전기자 전류로 인한 전압강하를 더해 유기기전력을 먼저 구한 뒤 식에 대입한다.