1.발전기초-제1절 전기이론

- 전자기 기초이론.

전기공학은 전기적 에너지와 신호의 발생, 변환, 전송 및 이용을 다루는 학문이다. 이 중 전기적 에너지의 발생 대한 이론과 실무를 겸비하는 것은 발전산업 종사자의 팔 수 요구 사항이다... 발전기와 관련된 이론의 배경, 유도 과정 및 의미를 이해하며 전기기기의 기초 지식과 전력 계통 내에서의 발전기의 역할을 이해함으로써 고급 기술자로의 길을 안내하고자 한다. 

가. 벡터 스칼라는 크기만 가지고 있는 물리량이다. 하지만 벡터 또는 벡터양 크기와 방향을 동시에 갖는다. 자연계뿐만 아니라 전자기 현상들은 벡터 해석 이용하여 분석하기 때문에 벡터를 이해하는 것이 중요하다. 두 벡터를 에이와 비라 할 때 아래와 같이 평행사변 법이나 삼각형 법을 따르며, 작도로 구할 수도 있다. 나. 전하 모든 전기적 효과는 전하와 그 공간적 분포 및 운동에 의해 일어난다. 전하의 근원은 원자에서 이탈된 자유전자이다. 원자 내의 전자는 핵에 있는 양자와 쿨롱의 전기력에 의해 구속되어 있지만 외부로부터 열이나 및 등의 에너지를 받으면 궤도를 이탈하여 자유전자가 될 수 있다. 자유전자가 모이게 되면 전하가 형성되고, 자유전자가 이탈된 원자들이 모이면 전하가 형성된다. 이때 전자 1개의 전기량이고, 물리계에 존재하는 최소 전기량이다. 전하 사이에는 위치에너지 차가 생기고, 위치에너지 차에 의해 자유전자가 이동하게 된다. 위치에너지 차를 전압이라 하고, 자유전자의 이동을 전류라 한다. 

다. 전류 전기회로에서 에너지가 전송되려면 전하의 이동해야 한다. 자유전자의 이동에 의해 형성된 전류는 도체로 이루어진 회로 내를 흐른다. 전류의 강도는 회로의 어느 단면을 단위 시간에 통과하는 전하가 양으로 정의하며 그 단위는 암페어와 같이 나타낸다. 라. 전압 전기적인 현상은 물의 흐름과 대응 관계가 있다. 물통 사이에 스위치가 있으면 이 수위 차에 해당하는 수입차가 발생하여 수조 사이로 물이 흐르게 되는데 전류도 물의 흐름과 같이 비슷하게 생각하면 된다. 도산에 전류를 흘려 전구에 불이 켜지려면 마치 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 것과 같이 전기적인 높이의 차이가 필요하다. 이때 건전지의 양극과 음극 사이의 전기적인 높이의 차이를 전위차 또는 전압이라고 하며, 단위를 볼트이다. 파이프의 밸브와 도선의 스위치는 대응 관계가 있고, 건전지의 역할은 펌프의 역할을 하게 된다. 전하가 회로의 두 점 사이를 이동할 때 잃거나 얻는 에너지를 두 점 간의 전위차 또는 전압이라 한다. 기전력. 전위차에 의해 전류가 흐르므로 전위차를 지속해서 유지해주면 전류를 흘려서 지속해서 전기에너지를 전송할 수 있다. 전위차를 지속시키는 힘을 기전력이라 하며, 단위는 볼트를 사용한다. 전지나 발전기 같은 전원은 기전력을 발생시키는 기기이다. 펌프에 의해 물이 낮은 곳에서 높은 곳으로 흐르는 것처럼 전원을 지날 때는 전류는 마이너스에서 플러스로 흐른다. 전력. 단위 시간에 변환 또는 전송되는 에너지를 전력이라 하며 단위는 와트이다. 전력은 에너지를 나타내는 중요한 값이다. 키르히호프의 법칙. 키르히호프의 전류 법칙과 전압 법칙은 관찰과 실험으로부터 유도된 것으로 전기회로 분석 시 기초가 된다. 정의는 도선의 임의의 접합점에 출입하는 전류의 대수적 합은 매 순간 0이다. 도선의 노드에서의 전하 보전법칙을 의미한다. 임의의 회로를 따라 한 방향으로 일주하면서 계산한 전압상승의 대수적 합은 매 순간 0이다. 일주하는 방향으로의 전압상승을 플러스로 한다면 전압강하는 마이너스로 하여야 한다. 저항기. 전기재료는 아래와 같이 3가지로 분류된다. 도체, 자성체. 따라서 전기회로의 기본적인 선형소자는 저항기, 용량 기가 된다. 이들 소자는 각 소자의 양단에 걸리는 전압과 흐르는 전류의 관계에 의해 분류된다. 저항기. 두 단자 사이의 전압이 단자 사이를 흐르는 전류에 비례하는 소자이며, 이 비례계수를 저항이라 한다. 저항에서는 전류의 방향으로 전압강하가 일어나고, 이때 열을 발생한다. 저항은 자유전자의 수와 전자가 이동하기 어려운 정도에 의하여 결정되는 물체 고유의 특성이므로 교류를 공급했을 때도 직류를 공급했을 때와 마찬가지로 저항의 크기가 항상 일정하다. 교류의 경우, 저항 양단에 걸리는 전압과 전류의 위상차가 없다. 유도기. 두 단자 사이의 전압이 단자 사이를 흐르는 전류의 시간적 변화율에 비례하는 소자이며, 이 비례 개수를 인덕턴스라 하고 단위는 헨리이다. 용량이 단자를 흐르는 전류가 두 단자 사이의 전압의 시장적 변화율에 비례하는 소자이며, 이 비례 개수를 커패시턴스라 하고 단위는 패러디이다... 직류와 교류. 전류 또는 전압이 시간에 따라 변하는 것을 파 또는 신호라 한다. 방향이 바뀌지 않는 전류나 극성이 바뀌지 않는 전압을 직류라고 하고, 방향과 극성이 시간에 따라 변하는 파를 교류라고 한다. 일반적으로 직류는 시간에 따라 값이 변하지 않는 것을 지칭하고, 교류는 정현파를 지칭한다. 전류와 자기장. 발전기 등의 전기기기는 에너지 변환하고, 변압기는 전압의 크기를 변환하는데, 이 과정에서 자기장의 변화를 통한 전자유도 법칙을 이용하게 된다. 전류가 자기장을 유도하기 때문에 이들 기기 내에 자기장을 만들기 위한 전류를 흘리게 된다. 

 

여기까지 알아보고 다음 장은 발전기 구조에 대해 알아보도록 하자.