직류 전동기의 회전 원리에 대해 알아보기

직류 전동기는 전자기학과 전자공학 분야에서 중요한 역할을 하는 전동기 중 하나로, 앞선 포스팅들에서 알아본 유도 전동기와 영구자석 동기전동기와 같이, 전기 에너지로부터 기계 에너지를 생성하는 전동기입니다. 직류 전동기는 직류 전원과 전기 자속 간의 상호작용을 기반으로 동작하며, 간단한 제어 원리와 작은 크기를 장점으로 삼아 많은 산업군에서 사용되고 있습니다. 오늘은 직류 전동기의 회전 원리에 대해 알아보겠습니다.

 

자기장의 형성

직류 전동기는 고정자의 자석 또는 전기적으로 생성된 자기장을 이용하여 동력을 발생시킵니다. 고정자는 직류 전동기의 중심부에 위치해 있기 때문에, 고정자의 자석으로 부터 형성되는 자기장은 전동기의 중심 부근에 형성됩니다. 생성된 자기장은 회전자의 도선에 흐르는 전류와 상호작용하며, 이것이 직류 전동기 동력의 원천입니다.

 

전류 인가

직류 전동기와 연결된 전류 공급 장치에 전원이 인가되면, 회전자의 도선에 전류가 흐르게 되는데, 이때, 브러시와 커뮤테이터가 동작합니다. 브러시는 전류 공급 장치와 전기자 도선을 연결해주는 역할을 하며, 커뮤테이터는 전기자 도선과 연결된 브러시와 함께 회전하며 전동기에 인가되는 전류의 방향을 반복적으로 바꾸어주어 전기자 도선이 일정한 방향으로 계속 회전할 수 있게하는 역할을 하게 됩니다. 해당 과정을 거쳐 전류가 인가되면, 전류와 고정자의 자기장이 상호작용하며 직류 전동기의 동력을 만들게 됩니다.

 

자기장과 전류의 상호작용(플레밍의 왼손 법칙)

플레밍의 왼손 법칙을 사용하여, 전류의 방향과 자기장의 방향에 따라 회전자가 회전하게 되고, 이를 통해 직류 전동기의 동력이 발생합니다. 플레밍의 왼손 법칙이란, 형성된 자기장의 방향과 흐르는 전류의 방향을 알 때, 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 방향을 결정할 수 있게 하는 법칙입니다. 왼손을 중심으로 엄지손가락은 자기장의 방향, 검지손가락은 전류 방향, 중지손가락은 동력 방향으로 가정하여 직류 전동기의 회전 방향을 결정할 수 있습니다.

 

회전 운동

전기자 도선과 고정자의 자기장의 상호작용으로 인해 직류 전동기의 동력이 발생하게 되고, 이 동력이 발생됨에 따라 전기자 도선은 회전 운동을 시작할 수 있습니다. 도선이 회전하면 커뮤테이터라는 정류자 장치를 통해 전기 회로가 지속적으로 연결 및 끊기면서 전류의 방향이 바뀌게 되고, 이로부터 도선의 지속적인 회전을 유지하여 직류 전동기의 지속적인 힘을 만들어냅니다.

 

오늘은 다양한 산업군에서 사용되는 직류 전동기의 회전 원리를 크게 4단계에 걸쳐 알아보았습니다. 3상 교류 전동기와 비교해 보았을 때, 이해하기 쉽고 회전 원리가 간단하다는 사실을 알 수 있었습니다. 다음 포스팅은 직류 전동기가 실제로 사용되는 제품 및 산업군에 대해 알아보도록 하겠습니다. 감사합니다.