2.10 직류기의 효율
직류 발전기의 효율은 기계적인 동력으로부터 전기에너지를 얼마나 효율적으로 얻을 수 있는가를, 직류 전동기의 효율은 전기에너지로부터 기계적인 동력을 얼마나 효율적으로 얻을 수 있는가를 보여줍니다. 기기 효율의 계산은 입력과 출력 그리고 손실에 관한 식으로 정리할 수 있습니다. 발전기와 전동기 각각에 대한 효율을 다루어 보겠습니다.
| 직류기 효율 |
2.10.1 손실의 종류
손실은 입력과 출력을 정하는 중요한 요소입니다. 이러한 손실의 종류는 크게 동손과 철손, 그리고 기계적인 손실(기계손)로 나눌 수 있습니다.
(1) 동손과 철손
손실을 다룰 때 매번 언급되는 손실입니다. 동손은 가장 기본적인 손실로서 전류가 흐르면 권선의 저항에 의하여 열로 발생하는 부분을 말합니다. 주로 권선을 인덕턴스 효과로 보지만, 미세한 양의 저항을 무시할 수는 없습니다. 한편 철손은 자속을 발생하는 과정에서 필연적으로 발생하는 부분으로 히스테리시스 손실과 와전류 손실등이 있습니다. 이 부분에 대한 고찰은 1 장에서 다루었습니다.
(2) 기계손
회전력이 발생한 축에서 모든 에너지가 순수하게 목적한 일로만 사용되지는 않습니다. 구체적으로는 축상의 베어링에 의한 마찰손 혹은 공기의 저항을 이기기 위한 풍손등의 이유로 실제로 부하로 전달되는 에너지는 이러한 기계적인 손실을 뺀 값이 됩니다.
전기적 에너지와 기계적 에너지의 관계
전기자에 공급되는 전력 (전기에너지)는 EI로 표현이 가능하고 이는 기계적인 에너지로 각속도와 축의 토크의 곱에 해당하는 기계적 에너지로 변환된다.
물론 이 에너지 변환의 과정에서 실질적으로는 기계손에 해당하는 손실이 발생하게 된다.
| 직류기의 에너지 변환 |
2.10.2 효율의 계산
효율을 계산하는 방법은 다음의 식으로 표현합니다.
이상의 어느 식을 사용하여서도 효율을 계산할 수 있습니다. 전동기와 발전기 모두 효율의 값을 갖고 있는데 전동기의 경우는 입력이 전동기의 정격 전력이 되며, 출력은 축에서의 회전력과 각속도를 곱한 기계적 에너지의 값이 됩니다. 발전기의 경우는 입력이 원동기로부터 축에 공급되는 기계적 에너지가 되며 출력은 발전된 전력량이 됩니다. 측정된 손실, 입력, 출력값을 가지고 기계의 성능을 평가하게됩니다. 이 값은 정상상태에서 기계가 낭비하게되 는 에너지의 규모를 알려줍니다.
효율을 높이는 방법으로는 직류기에서는 부하손(가변손)과 고정손을 같게해주고, 변압기에서는 철손과 동손을 같게 하여주면 됩니다.
고정손은 부하가 증가 감소하여도 항상 일정한손실을 말하고, 부하손(가변손)은 부하가 증가 감소에 따라 변하는 손실을 말합니다.
