[electric machine ] 1-5, 1-6 인덕턴스와 교류전압

이전 챕터에서는 전자기 유도현상에 대해서 이야기했는데 이번에는 자기 인덕턴스, 상호 인덕턴스와 교류전압과 자속에 대해서 이야기하겠습니다. 

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코일의 전류 변화가 코일 자체의 쇄교자속의 변화를 일으켜 기전력이 유기되는 것과 마찬가지로 부근에 다른 코일이 있다면 그 코일의 쇄교 자속에도 변화를 일으킬 수 있습니다. 어렵게 말했지만 간단하게 이야기하자면 한 코일이 다른 코일에게도 영향을 미칠 수 있다는 것입니다.

코일에 전류가 흘러 자속이 만들어 진다면 이 자속이 아래 코일에도 영향을 미치게 됩니다. 

적혀있는대로 쇄교자속은 N2* 자속이고 이는 N2*N1/R * i 가 됩니다. 

이때 N2*N1/R 을 L21으로 표현합니다. 숫자의 순서는 그냥 코일 2에서 1로인해 영향받는 인덕턴스라고 생각하면 됩니다. 

그림 (b(=)에서는 그럼 L12로 나타낼 수 있겠죠. 이처럼 다른 코일 사이의 쇄교자속과 전류 사이의 비례상수를 상호 인덕턴스라고 하고 코일의 자체 인덕턴스를 자기인덕턴스라고 합니다. 이를 활용해 전류를 키우거나 줄였을 때를 생각하면 다른 코일에서 자석을 근접시키거나 멀어지게 하는 자속 변화처럼 행동할 수 있습니다. 

이는 결국, 나중에 변압기의 원리가 됩니다. 

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지금까지 코일에 직류가 흐를 경우를 위주로 생각했는데 이번에는 교류가 흐를 경우를 생각해보겠습니다. 교류가 흐른다면 철심이 한 방향으로 자화되었다가 반대 방향으로 자화되는 동작이 반복되면서 자속이 끊임없이 변합니다. 이에 정상상태에서도 끊임없이 코일에 기전력이 유기됩니다. 전원전압은 코일에 전류를 흐르게 하고 전류는 코일에 자속을 만듭니다. 

자속의 변화는 기전력을 유기하고 유도기전력은 코일 양단에 가해진 전원전압과 전기적 평형을 이루게 됩니다. 저번 페러데이법칙처럼 유도기전력은 아래와 같은 공식을 가지고 있는데,  만약 인가된 전압이 정현파라고 한다면, 자속은 식을 잘 정리해서 구할 수 있습니다. 

실효치가 V인 Cos 정현파가 전원전압이라고 한다면, 자속은 sin정현파를 가지게 됩니다. 

즉 자속의 위상은 전압에 비해 90도 뒤지게 됩니다. 자속의 최대치는 sin이 1일때 이겠죠? 이를 통해 가장 중요한 사실을 알 수 있습니다. 코일을 쇄교하는 자속의 크기는 같은 턴수의 코일에서 철심에 무관하고, 오로지 인가된 교류전압의 크기와 주파수에 결정됩니다. 만약 주파수가 일정하다면 코일 내부 자속의 크기는 전적으로 인가전압의 크기에 비례한 것입니다. 

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다음에는 코일의 자화전류/ 코일의 무효전력에 대해 알아보겠습니다. 푸키였습니다.