전기기기 전기자 반작용과 감자기자력, 교차기자력

 전기기사 필기 공부할 때 감자기자력과 교차기자력이 나오면 그냥 공식을 외우곤 했다. 하지만 정확히 한번 이해하고 정리하려고 한다.

 

 1. 전기자 반작용

 

 전기자 반작용은 간단히 말해 전기자에서 발생되는 자속이 주자속인 계자자속에 영향을 미치는 것을 말한다. 조금 더 그 과정을 상세히 살펴보면, 직류발전기에서 계자 자속이 주어지고 원동기에 의해 전기자가 회전한다면 전기자 권선에는 기전력이 발생하여 전류가 흐르게 된다. 이는 플레밍의 오른손 법칙을 생각해보면 당연한 결과이다. 그런데 문제는, 이렇게 생긴 전기자 권선의 전류가 또 다른 자속을 만든다. 이 자속은 계자 자속에 영향을 주게 된다. 이는 좋지 않은 현상이다. 우리가 발전기를 통해 만들고자 하는 기전력 E가 있는데 기전력은 자속에 비례하기 때문에 자속이 변하게 되면 원하는 기전력 E를 발생시킬 수 없기 때문이다.

 

 또한 전기자 반작용에 의해 편자 작용이 일어나고 이는 중성축을 이동시킨다. 편자 작용이란 자속의 분포가 어느 한쪽으로 치우치는 현상이다. 아래의 그림은 계자 자속과 전기자 자속을 그린 것이다.

 아래의 그림에서 주황색 부분을 주목해 보면 계자 자속과 전기자 자속이 겹치는 부분에서 자속의 불균형이 발생한다. 어느 쪽은 계자 자속과 전기자 자속이 같은 방향으로 겹쳐져서 합성 자속이 증가하는 반면, 어느 한쪽은 그 방향이 반대가 되어 합성 자속이 감소하는 부분이 생긴다. 이러한 현상이 편자작용이다. 또한, 전기자 중심 부분을 보면 아래 방향으로 향하는 전기자 자속이 합쳐져서 아래쪽으로 크게 향하는(주황색부분) 부분이 생긴다. 이러한 자속의 현상들 때문에 중성축이 이동하게 된다.

 

 

 

2. 감자기자력과 교차기자력

 

아래의 그림처럼 중성축이 회전 방향(시계방향)으로 이동한 상태에서 전기자 합성 자속이 왼쪽 아래 대각선을 향하는 것(주황색)을 알 수 있다. 이를 벡터적으로 해석을 해보면 푸른색과 붉은색의 벡터의 합으로 생각할 수 있다. 여기서 푸른색 부분을 감자기자력이라고 하는데, 초록색의 계자 자속과 완전히 반대되는 방향으로 계자 자속을 감소시키기에 감자기자력이라고 이해하면 편하다. 그리고 붉은색 부분은 교차기자력인데, 초록색 계자 자속과 수직으로 교차한다는 의미에서 교차기자력이라고 생각하면 편하다.