발전기, 전동기의 전자기 유도 현상 (플레밍의 오른손, 왼손 법칙)

발전기

1. 외부전원 또는 잔류자기로 철심에 자계를 생성한다. (왼쪽 → 오른쪽)

2. 회전자를 회전시킬 힘이 필요한데, 이 힘은 수차(수력발전), 증기를 이용한 터빈(화력발전) 등과 같이 유체의 흐름으로부터 에너지를 뽑아내는 회전기관에 의해 결정된다.(위 그림에선 시계방향으로 회전한다고 가정)

3. 처음 회전자가 A에서 B로 회전하면서 코일의 내부로 들어오는 자계의 자속이 변화한다. (감소)

- 검은색 도선을 기준으로 회전 방향은 아래쪽이다.

4. 렌츠의 법칙에 의해 자속의 변화에 반대되는 방향으로 코일 내부 자기장이 형성된다. (왼쪽 → 오른쪽)

5. 앙페르의 오른나사 법칙에 의해 자기장이 오른쪽을 항하므로 전류는 검은색 도선을 따라 반시계 방향으로 흐른다.

앙페르의 오른나사 법칙은 전류가 흐르는 곳 주위에 회전자계를 형성한다는 법칙이다. (전류 → 자기장)
페러데이, 렌츠의 법칙은 자속의 변화량에 반대하는 방향으로 유기기전력이 형성된다는 법칙이다. 즉, 자속의 변화량에 따라 자기장이 형성되고 자기장의 변화에 반대하는 방향으로 코일에 전류를 흐르게 하는 전압이 유도된다는 것이다. (자기장 → 전류)
유도되는 전류와 자기장의 방향을 앙페르의 법칙을 적용하여 확인 할 수 있음을 말하고 싶었다.

6. B에서 C로 회전할 때는 반대로 내부 코일을 통과하는 자속이 증가한다.

- 회전방향은 여전히 아래쪽이다.

7. 렌츠의 법칙에 의해 자속의 변화에 반대되는 방향으로 코일 내부 자기장이 형성된다. (오른쪽 → 왼쪽)

8. 앙페르의 오른나사 법칙에 의해 자기장이 왼쪽을 항하므로 전류는 검은색 도선을 따라 반시계 방향으로 흐른다.

9. C에서 D로 회전하는 동안에는 내부 코일의 자속이 감소한다.

- 회전 방향은 위쪽이다.

10. 렌츠의 법칙에 의해 자속의 변화에 반대하는 방향으로 코일 내부 자기장이 형성된다. (왼쪽 → 오른쪽)

11. 앙페르의 오른나사 법칙에 의해 자기장에 오른쪽을 향하므로 전류는 검은색 도선을 따라 시계 방향으로 흐른다.

12. D에서 E로 회전하는 동안에는 내부 코일의 자속이 증가한다.

- 회전 방향은 위쪽이다.

13. 렌츠의 법칙에 의해 자속의 변화에 반대하는 방향으로 코일 내부 자기장이 형성된다. (오른쪽 → 왼쪽)

14. 앙페르의 오른나사 법칙에 의해 자기장에 왼쪽을 향하므로 전류는 검은색 도선을 따라 시계 방향으로 흐른다.

15. A에서 E까지의 과정 중 C와 같이 반주기마다 동일한 위치가 반복되는 순간이 발생한다.

16. 반주기마다 시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 변하는 교번 전류 즉, 교류가 발생한다.

17. 정류자를 통해 항상 일정한 방향의 전류를 만들어준다.

위 과정으로 결정한 전류의 방향은 플레밍의 오른손 법칙에 따라 전류의 방향을 결정하는 것과 같은 결과가 나온다.

전동기

1. 외부전원 또는 잔류자기로 철심에 자계를 생성한다. (왼쪽 → 오른쪽)

2. 입력전압 V를 인가하여 전기자전류 Ia를 흘려준다.

3. 앙페르의 법칙에 의해 전류 주위에 자계가 생성된다. (아래 → 위)

4. 내부 코일을 통과하는 자속이 유기되었으므로 자속의 변화량이 발생했다.

5. 렌츠의 법칙에 따라 자속의 변화에 반대되는 방향으로 자기장이 형성된다. (위 → 아래)

6. N, S극 간의 반발력과 흡인력으로 시계방향으로 힘을 받아 회전한다.

위 과정으로 결정한 전동기의 힘의 방향은 플레밍의 왼손 법칙에 의해 결정된 힘의 방향과 같은 결과가 나온다.

7. 회전 방향은 발전기와 동일하지만 전기자에 흐르는 전류의 방향은 반대 방향이다.

- 이는 입력으로 인가된 전압 V에 의해 전기자전류 Ia가 흘렀기 때문이다.

8. 전동기는 발전기와 동일한 구조를 가지고 있다. 이로 인해 전동기가 회전하면서 발전기처럼 유기기전력을 발생시킨다.

9. 하지만 전동기의 입력과 반대의 극성을 가지기 때문에 "역기전력"이라고 한다.

2021.11.06