플레밍의 왼손법칙에 따르는 것은?
- 전동기
- 발전기
- 정류기
- 용접기
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 플레밍의 왼손법칙이 적용되는 장치를 묻고 있다. 왼손법칙은 전류와 자기장 사이에서 힘이 발생해 전기에너지를 기계적 에너지로 변환하는 원리를 나타내므로 전동기(모터)에 해당한다.
플레밍의 왼손법칙은 전류와 자계가 만나 힘을 발생시키는 전동기의 원리를 설명하는 법칙이다.
개념 한 쪽
승강기기사 직류전동기 및 발전기의 구조 및 원리 — 플레밍법칙, 속도·기동저항
직류 전동기와 발전기의 작동 원리는 전류와 자속의 상호작용으로 기계적 힘이나 기전력을 만들어내는 것에 있다. 플레밍의 왼손·오른손 법칙으로 전동기와 발전기의 원리를 구분하고, 직류기의 구성요소와 정류 작용, 속도와 기동 회로에서의 저항 계산을 이해해야 한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「직류전동기 및 발전기의 구조 및 원리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 손 법칙 적용 기기 구분 | 1 | 왼손·오른손 법칙을 전동기·발전기로 연결짓기 |
| 발전기 회전 방향 영향 | 1 | 역회전 시 직류발전기의 출력 특성 판단 |
| 발전기·전동기 원리 구분 | 1 | 오른손 법칙에 의한 기전력 발생 기기 판별 |
뜻
플레밍의 왼손법칙은 전류와 자기장이 만나 도체에 힘이 발생하는 방향을 나타내어 전동기의 원리를 설명한다. 검지손가락을 자계의 방향, 중지손가락을 전류의 방향으로 맞추면 엄지손가락이 도체가 받는 힘의 방향을 가리키는 것이 기본 원리이다.
반대로 플레밍의 오른손법칙은 도체가 자속을 자를 때 유도기전력이 발생하는 방향을 나타내어 발전기의 원리를 설명한다. 즉 기계적 운동이 자속과의 상대운동을 만들면 기전력이 유도되며, 이 방향은 오른손법칙으로 판단한다.
직류기의 주요 구성요소는 전기자(회전자), 계자(고정자), 정류자로 정의된다. 전기자 권선에 전류가 흐르면 자속과 상호작용하여 회전력이 발생하고, 정류자는 코일에서 발생하는 교류 기전력을 브러시와 접촉을 통해 직류로 바꾸는 역할을 수행한다. 보극은 전기자 반작용으로 인한 자속 왜곡을 보정하고 정류 시 스파크를 억제하여 안정적인 전압 정류를 돕는다.
직류전동기의 회전 속도는 인가전압에 비례하고 자속에 반비례하는 관계를 가진다(N ∝ V/Φ). 따라서 전압을 증가시키거나 자속을 감소시키면 속도는 증가하고, 반대로 전압을 낮추거나 자속을 증가시키면 속도는 감소한다.
기동 회로에서는 기동 시 기전력이 거의 무시되므로 기동전류는 전압과 회로의 전체 저항으로 결정된다. 허용 기동전류를 기준으로 총 저항을 계산한 뒤 전기자 저항을 빼면 필요한 기동저항 값을 구할 수 있다.
예제
속도의 배수 변화 예시를 들면, 전압을 n배로 높이고 계자전류를 1/n로 줄이면 자속이 1/n이 되므로 속도는 (n)/(1/n)=n²배로 증가한다는 결론이 나온다.
기동저항 계산 예시는 전원전압을 300V로 하고 전기자 저항을 0.3Ω, 정격전류를 50A로 잡으면 기동저항은 다음과 같이 계산된다고 한다. 허용 기동전류를 정격의 1.7배로 정하면 I_start = 50A × 1.7 = 85A가 된다. 총 저항 R_total = 300V / 85A ≈ 3.53Ω이고, 기동저항 R = R_total − 0.3Ω ≈ 3.23Ω이므로 약 3.2Ω이 필요하다고 계산한다.
대표 기출 3문항
직류발전기를 역회전 시키면?
- 단락이 일어난다.
- 정회전 때와 같다.
- 발전하지 않는다.
- 과대 전압이 유기된다.
정답과 해설 보기
정답 ③ · 직류발전기는 전기자 내부에 영구자석이나 별도의 전원을 통해 자계(Field)가 형성되어 있고, 그 자계를 코일이 회전하며 끊어 전류를 발생시키는 원리입니다. 만약 회전 방향을 역으로 바꾸더라도 자계와 코일의 상대 운동은 그대로 발생하므로 전류는 유도되나, 이는 정회전 때와 동일하게 정상적인 발전이 이루어지는 것입니다.
직류발전기는 역회전 시에도 자계와 전기자의 상대 운동이 유지되므로 정상적으로 전압이 유도된다.
플레밍의 오른손 법칙에 따라 기전력이 발생하는 원리를 이용한 기기는?
- 교류 발전기
- 교류 전동기
- 교류 정류기
- 교류 용접기
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 플레밍의 오른손 법칙에 따라 기전력이 발생하는 원리를 이용한 기기를 묻고 있다. 오른손 법칙은 도체가 자기장을 가로질러 움직일 때 유도 기전력이 발생하는 방향을 나타내며 이는 발전기의 원리와 직접 관련된다.
플레밍의 오른손 법칙은 도체가 자속을 자를 때 발생하는 기전력의 방향을 결정하는 발전 원리이다.
자주 묻는 물음
- 플레밍의 왼손법칙과 오른손법칙은 각각 무엇에 쓰이나요?
- 왼손법칙은 전류와 자계의 상호작용으로 도체에 힘이 발생하는 전동기의 원리를 설명하고, 오른손법칙은 도체가 자속을 가로지를 때 유도기전력의 방향을 나타내어 발전기의 원리를 설명한다.
- 직류기의 핵심 구성요소와 보극의 역할은 무엇인가요?
- 직류기의 핵심 구성요소는 전기자, 계자, 정류자이며, 보극은 전기자 반작용으로 인한 자속 왜곡을 보정하고 정류 시 발생하는 스파크를 억제하여 전압 정류를 안정화하는 역할을 한다.
- 기동저항은 어떻게 계산하나요?
- 기동전류 허용값을 정격전류의 배수로 정한 뒤 총 저항 R_total = 단자전압 ÷ 기동전류로 구하고, 기동저항은 R_total에서 전기자저항을 빼서 산출한다.
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