모터 드라이버｜기초편

모터의 발전 원리

2024.01.17

키 포인트

・회전 동작과 마찬가지로, 모터의 발전 작용은 전류와 자계와 힘에 관한 법칙에 근거한다.

・모터는 전자 유도에 의해 기계적 에너지 (운동)를 전기 에너지로 변환한다.

목차

지난 편에서는 모터의 회전 원리에 대해 설명했습니다. 이번 편에서는 발전 원리에 대해 설명하겠습니다.

모터는 전기 에너지를 동력으로 변환하는 것으로, 회전 운동은 자계와 전류의 상호작용에 의한 힘을 이용함으로써 얻어집니다. 이와 반대로, 모터의 발전 작용은 전자 유도에 의해 기계적 에너지 (운동)를 전기 에너지로 변환합니다. ‘발전’이라고 하면, 가장 먼저 발전기 (Dynamo, Alternator, Generator 등으로도 불립니다)를 떠올리실 것입니다. 원리는 모터와 같고, 기본 구조도 비슷합니다. 단적으로 말하자면, 모터는 단자에 전류를 흘려보냄으로써 회전 운동을 얻을 수 있고, 반대로 모터의 축을 회전시키면 단자 간에 전류가 흐릅니다.

모터의 발전 작용이란

앞서 설명한 바와 같이, 모터의 발전 작용은 전자 유도에 의해 발생합니다. 아래 그림은 관련 법칙과 발전 작용을 나타낸 것입니다.

왼쪽 그림은 플레밍의 오른손 법칙에 따라 전류가 흐르는 것을 나타낸 그림입니다. 자속 내부에서 도선이 운동함으로써 도선에 기전압이 발생하여 전류가 흐릅니다.

중앙과 오른쪽 그림은 패러데이의 법칙과 렌츠의 법칙입니다. 코일에 자석 (자속)을 가까이했을 경우와 멀리했을 경우에 전류가 흐르는 방향이 바뀌는 것을 알 수 있습니다.

이를 바탕으로, 발전 원리에 대해 설명하겠습니다.

모터의 발전 원리

면적 S (＝l×h)의 코일이 동일한 자기장 내에서 각속도 ω로 회전할 때, 코일 면의 평행 방향 (오른쪽 두번째 그림의 황색선)과 자속 밀도의 방향에 수직 (흑색 점선)이 되는 각도를 θ (＝ωt)라고 하면, 코일을 관통하는 자속 Φ는 하기 식과 같아집니다.

?=B×S×cos?θ=B×S×cos?ωt

또한, 전자 유도로 코일에 발생하는 유도기전압 E는 하기 식과 같습니다.

E=-d?/dt=B×S×ω×sin?θ [V]

기전압은 코일 면의 평행 방향이 자속 방향과 수직이 될 때 0이 되고, 수평일 때 절대치로 최대가 됩니다.

이와 같이, 모터에는 발전 작용이 존재합니다. 본 편에서 설명하고자 하는 내용은, 모터에 회전 동작과 발전 작용이 있다는 점으로, 모터를 발전에 이용한다는 것은 아닙니다. 발전이 목적이라면, 발전에 최적화된 발전기를 사용해야 합니다.

【자료 다운로드】 모터의 기초와 모터 드라이브의 개요

모터는 다양한 분야에서 다양한 어플리케이션에 사용되기 때문에 다양한 종류가 존재하며, 모터의 드라이브 (구동) 방법이나 제어 방법 역시 다양합니다. 본 핸드북은 모터의 기초부터 모터 드라이브의 개요에 대해 설명한 자료입니다.

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