백과

직류발전기는 원주상에 N극, S극을 서로 같은 간격으로 배치한 계자와 적층 철심에 설치된 홈 안에 도체가 감겨 있는 전기자로 이루어져 있다. 계자나 전기자 어떤 것을 회전시켜도 되지만, 직류발전기의 경우는 기계적인 문제 때문에 전기자를 회전시키는 것이 보통이다.

그림은 직류발전기의 구조를 나타낸다. 이 그림에서 축전지는 계자극에 감긴 계자 코일에 전류를 흐르게 하는 직류 전원이다. 이 직류 전원으로부터 전류가 통하면 표시된 것과 같은 경로의 자기력선이 생긴다.

그림에서 전기자 코일을 통과하는 자기력선 선속은 코일면이 자기력선과 평행할 때 0이 되고 수직할 때 최대가 된다. 어느 순간에 코일에 생기는 전압은 그 코일을 통과하는 선속에 의해서 결정되는 것이 아니라 선속이 변화하는 비율에 비례한다. 코일면이 평행 위치에 도달하기 전까지 선속은 같은 방향으로 코일면을 지나가지만, 코일면이 이 위치를 통과한 직후에는 면을 통과하는 선속은 반대 방향으로 된다. 평행 위치에서 선속의 변화율은 최대가 되고 발생하는 전압은 최대치로 된다. 코일면이 수직으로 되었을 때 면을 통과하는 선속의 변화율은 0으로 되고 이 순간에는 전압이 유도되지 않는다. 거의 1/2회전 동안 한쪽의 브러시는 코일면이 수직 위치의 좌측에 있을 때 정류자편을 통해서 좌측의 코일과 접촉하고, 우측의 브러시는 코일면이 수직 위치의 한쪽에서 다른 쪽으로 움직이면 즉시 한쪽의 브러시와는 접촉하지 않게 되고 다른 쪽의 브러시와 접촉한다. 그러므로 코일에 교류전압이 발생해도 브러시의 극성은 변하지 않은 채로 직류전압을 얻는다.

그림에서 브러시의 극성은 플레밍의 오른손법칙에 의해서 결정된다. 그림에서 브러시 사이에 유도되는 전압의 시간변화(파형)는 자극면과 전기자와의 간격, 자극면의 모양, 자극면에 의해서 덮인 전기자 표면의 비율에 의해서 결정된다. 그림의 브러시 사이에 접속되어 있는 직류전압계는 전압의 평균값을 가리키는데, 그 값은 대체로 최대 전압의 1/2 이상이다. 이 전압계의 바늘이 가리키는 값은 회전속도에 비례해서 증가한다. 또한 계자 회로의 전류는 그림의 계자 가감(가변) 저항기의 값을 조정함으로써 변화시킬 수 있다. 이 계자 전류를 증가시키면 전압계 바늘이 가리키는 값이 증가하는데, 전류에 정비례하지 않고 선속에 비례해서 증가한다. 전류를 0부터 증가시키는 경우, 선속은 전류의 증가에 따라 처음에는 전류에 거의 정비례해서 증가한다. 그러나 전류가 커다란 값이 되면 선속증가의 비율은 철의 자기포화 특성 때문에 전류증가 비율보다 작아진다.

그림의 브러시를 그림에 나온 위치에서 90。 이동한 경우, 코일면이 하나의 자극의 중심에서 다른 자극의 중심으로 이동하는 동안 브러시는 정류자편과 접촉하며 브러시 사이의 전압은 평균치가 0인 교류전압이 된다. 그림에서 더 많이 감긴 코일을 홈 안에 두고 그 코일 끝을 정류자편에 접속한 경우, 브러시 사이의 전압은 감은 횟수에 비례해 증가된다.

그림의 발전기는 타려식으로 계자 코일이 전기자 이외의 전원으로부터 전류를 공급받는다. 여기에서는 전원을 축전지로 표시했지만, 대부분의 타려식 발전기에서 계자 전류는 여자기라는 더 작은 발전기에 의해서 공급된다. 직류발전기의 계자 코일에 전류를 흐르게 했다가 그것을 끊은 다음에도 자기 회로에는 어느 정도의 잔류 선속이 남아 있다. 그결과 발전기를 정격 속도로 운전한 경우, 정격 전압의 약 5％ 정도의 전압이 전기자 단자 사이에 나타난다. 자려식 발전기는 이 전압을 이용해서 계자 코일에 전류가 흐르게 하여 더 높은 전압을 얻는다.