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1. 서론
많은 사람들은 콘센트에 코드를 꽂으면 당연하게 전기가 통하는 것으로 알고 있다. 하지만 전기가 어떻게 만들어졌고, 어떻게 여기까지 오게 되었는지는 모른다. 하지만 항공정비사를 꿈꾸는 우리는 전기의 발생 원리와 작동원리를 이해하는 것은 매우 중요하다. 근래의 항공기는 대형화, 디지털화, 자동화 등을 추구하고 있다. 즉, 작은 전기적인 문제 하나로 전기 장치가 고장 난다면 항공기의 안전을 위협할 수 있는 치명적인 결과를 초래할 수 있다는 것이다. 예비 항공 정비사인 우리는 전기의 발생 원리와 작동 원리에 대해 정확하게 알고, 그 원리에 입각하여 정비가 필요한 곳을 수리해야 한다. 항공기의 안전한 정비와 운행의 근간이 되는 전기의 발생 원리와 작동원리를 살펴보기 위하여, 전동기와 발전기의 기본적인 원리와 구성요소를 알아보고자 한다.
2. 전동기
2.1. 직류 전동기
2.1.1. 원리
직류 전동기의 원리는 코일과 자석으로 구성되어 있다는 것이다. 코일에 전류가 흐르면서 전류에 의한 자기장이 생기게 되고, 이 자기장과 원래의 자기장 사이의 상호작용으로 인해 힘이 발생한다. 이 힘으로 인해 축이 회전하게 되어 역학적인 일을 수행할 수 있게 된다. 이는 일정한 크기의 자계 속에 하나의 도선을 놓아두고, 이 도선에 전류를 흘리면 도선에 힘이 작용하게 된다는 원리이다. 이때 전류와 힘, 그리고 자계의 방향 사이의 관계는 플레밍의 왼손법칙을 이용하여 설명할 수 있다. 엄지는 운동방향(힘, 회전력 방향), 검지는 자기력선(자속밀도)의 방향, 그리고 중지는 전류의 방향을 나타낸다.
2.1.2. 구성요소
2.1.2.1. 전기자
전기자(armature)는 전동기의 주요 구성요소 중 하나로, 전기자 철심과 전기자 권선으로 이루어져 있다. 전기자 철심은 전기자가 회전함에 따라 내부의 자속방향이 변화하기 때문에 철손, 즉 와전류(eddy current)와 히스테리시스 현상에 의한 손실이 생긴다. 이러한 철손을 줄이기 위하여 전기자 철심은 얇은 규소 강판을 겹쳐서 만든 성층 철심(laminated core) 구조를 갖는다.
또한 전기자 권선에 전류가 흐르면 자기력이 발생되고, 이자기력이 계자의 자기력에 작용하여 자속의 분포가 편류시키는 현상이 발생하는데 이를 전기자 반작용이라고 한다. 이 전기자 반작용을 줄이기 위하여 브러시를 새로운 중성축으로 이동시키거나 보극이나 보상권선을 설치하는 등의 방법이 있다.
2.1.2.2. 계자
계자는 자기틀(magnet fram)이라고 불리는 계철에 고정된 자극을 말한다. 계자는 직류 전동기의 고정자로, 전기자에 균일한 자기장을 공급하는 역할을 한다. 계자에 전류를 흘려주면 계자의 자속이 N극에서 S극으로 일정하게 공급된다. 이때 전기자의 한 개의 코일 변을 도체라고 할 때 도체에 기전력을 유지시키기 위해서 도체와 자계가 직각으로 놓인 상태에서 도체를 일정한 속도로 회전시킨다. 이를 통해 전기자에 기전력이 유기되어 전동기가 회전하게 된다. 즉, 계자는 직류 전동기의 고정자로서 전기자에 균일한 자기장을 공급하여 전동기의 동작을 가능하게 하는 핵심 구성요소이다.
2.1.2.3. 정류자
정류자(commutator)는 직류 전동기에서 필수적인 구성요소이다. 정류자는 전기자 축의 끝에 설치되어 있으며, 전기자 권선과 외부 회로를 연결해주는 역할을 한다. 직류 전동기는 정류자가 있으므로 정류자 전동기라고도 불린다.
정류자는 C자 형태의 두 개의 반원통형 금속편으로 구성되어 있으며, 전기자 권선의 양 끝이 각각 이 정류자 편에 연결된다. 이때 정류자 편과 브러시가 서로 접촉하면서 전기자 권선에 유기된 교류 전압을 직류로 변환시켜 준다. 즉, 전기자 권선이 회전하면서 발생하는 교류 전압을 정류자와 브러시의 작용으로 직류로 변환하여 출력하게 되는 것이다.
정류...
