|
출처: 대체 에너지 원문보기 글쓴이: 빈티지
|
이 강좌는 Kevin R. Sullivan교수의
Understanding the Alternator
를 기초로 한 것이다.
|
|
주행 중에는 발전기와 배터리가 같이 동작하면서 전력을 공급한다. 알터네이터의 출력은 직류이지만 사실은 교류(AC)를 먼저 만들어서 직류(DC)로 변환한 후 배터리와 전기부하에 공급한다. 부하란 전력을 소모하는 전기기구나 시스템 전체를 표현하는 말이다. |
|
충전시스템에서 알터네이터와 나머지 부분을 서로 연결하는 것은 4개의 전선이다. |
|
'IG' 단자 'L' 단자 'B' 단자 'F' 단자 |
알터네이터 외관과 각 부분
|
이 사진에 보이는 알터네이터의 내부 구성품: 로터(Rotor)라 불리는 회전하는 계자권선(捲線: coil) 한 개가 있다. 로터의 우리말은 회전자(回轉子), 회전계자 또는 계자(界磁: Field Magnet)라 한다. 스테이터(Stator)라 불리는 정지상태의 유도 권선. 우리말은 고정자(固定子)이다. 정류브릿지(Rectifier Bridge)라 불리는 다이오드 조립세트. 리귤레이터(Regulator: 전압조정기)라 불리는 제어기. 공기를 강제 순환 시켜 주는 내부 냉각팬 2개. |
|
옛날 모델이나 특수한 모델의 알터네이터를 제외한 대부분의 알터네이터는 리귤레이터를 내장하고 있다. 이 사진에 있는 모델은 보통 알터네이터와 달리 다 뜯지 않고도 수리가 가능한 커버구조이다. 다이오드, 리귤레이터 등을 덮고 있는 가장 뒤의 커버를 분리하면 내부가 노출된다. 그러나 알터네이터 내부의 어느 일부에만 문제가 있다 하더라도 알터네이터를 통째로 교체하는 것이 요즈음 정비업체들의 관행이다. |
|
풀리에 따라서 'V' 형이나 여러 개의 골이 파인 벨트(서펜타인 벨트)가 사용된다. 이 사진의 알터네이터는 풀리와 함께 팬이 외장된 타입이 아니라, 두 개의 냉각 팬이 본체 안에 내장 되어 있다. |
|
알터네이터 뒤 커버를 벗겨보자: 리귤레이터(Regulator)는 알터네이터 출력을 제어한다.. 브러시(Brushes)는 로터권선에 가는 전류의 통로이다. 정류브릿지(Diode Rectifier 또는 Rectifier Bridge)는 AC를 DC로 변환한다. 슬립링(Slip Rings)은 로터의 일부로서 로터 계자권선 양쪽 끝에 연결된다. |
|
|
|
리귤레이터는 충전시스템의 두뇌이다. 리귤레이터는 배터리와 고정자의 전압을 감시하고 이 결과를 가지고 로터에 보낼 계자전류의 양을 조절함으로써 알터네이터 출력을 제어한다. 리귤레이터는 알터네이터 내부에 설치하는 내장형과 알터네이터 외부에 설치하는 외장형이 있다. 오늘날 기술의 발달로 특별한 경우가 아니면 대부분 내장형을 채택하고 있다. |
|
정류(整流)브릿지는 AC를 DC로 변환하는 역할을 한다. 고정자(Stator)에서 나오는 교류전압을 직류전압으로 바꾸기 위해 6개 또는 8개의 다이오드가 사용된다. 이 다이오드중 절반은 (+)쪽을, 나머지 절반은 (-)쪽을 맡아서 직류로 변환한다. 정류브릿지에 대해 뒤에 상세하게 설명한다. |
|
고정자(固定子: Stator)의 권선이 로터를 에워싸고 있다. 로터는 배터리로부터 받은 전기로 전자석이 되어 자장(磁場: Magnetic Field)을 만든다. 로터가 회전하면 로터의 자장때문에 고정자 권선에 전압이 발생하고 로터의 유도(誘導)자장으로부터 전류가 흐르기 시작한다. |
|
|
로터는 철심과 철심 축, 철심 위에 감은 코일(권선), 철심 축에 끼운 슬립 링 그리고 쐐기모양의 극편(極片)으로 구성되어 있다. 쐐기모양의 극편을 클로폴(Claw Pole)이라 부른다. 모델에 따라서는 지지 베어링과 한 두 개의 내장 냉각팬이 있다. 알터네이터 내부에서 로터가 회전하는 것은 엔진의 크랭크 축에 연결된 벨트때문이다 |
|
철심은 로터 회전축의 일부이다. 철심 위에 감은 권선 두 개의 쐐기형 극편이 둘러싸고 있다. 권선의 두 끝은 슬립링에 연결되어 있다. 브러시는 회전하지 않지만 로터와 알터네이터를 서로 연결한다. 로터 어셈블리는 베아링이 지탱한다. 베아링 한개는 축을 받치고 다른 한 개는 구동 프레임 속에 있다. |
| |||||
|
로터가 스테이터 권선 안에서 회전하면, 교대하는 자장이 로터로부터 스테이터 권선 속으로 교류전압을 유도한다. 유도(誘導): 전기나 자기가 자계(磁界) 또는 전계(電界) 속에 있는 어떤 물체에 미치는 작용과 받는 감응. 건강한 남자 또는 여자가 포르노에 유도되면 어떤 현상이 생길까요? 회전하는 로터로부터 발생한 교류 자장은 스테이터 권선에 교류전압을 유도한다. 자장이 셀수록 또 로터의 회전속도가 빨라질수록 스테이터의 전압이 올라간다. |
|
스테이터는 3개의 권선으로 이루어진다. 각각의 권선이 놓인 위치는 다르다. 여러 장의 철판을 겹쳐 만든 스테이터 철심은 로터로부터 자장을 모아들인다. 스테이터 권선 끝에서 전류가 흘러나와 다이오드 정류브릿지로 간다. Y-자 회로에서는 6가닥의 전선을 보고 중성점(Neutral Junction)을 확인할 수 있다. |
|
스테이터 권선은 3개이다. 각각의 권선은 균일한 간격으로 스테이터 철심에 감겨있는 많은 코일이다. 그 결과 3개의 단상(單相)AC정현파(正弦波: Sine Wave)가 서로 겹치게 된다. 그림에서는 A, B, C로 표시되어 있다. 이 3개의 정현파를 합하여 총 AC출력이 되는데 소위 3상(三相) 교류전류라는 것이다. 즉, 3상이므로 단상보다 더욱 고른 전류출력을 얻을 수 있다. |
델타 형식 디자인에서는 스테이터 리드선이 3개밖에 없고 리드선에 같은 수효의 전선이 연결된다. |
Y-형식으로 디자인하면 스테이터 리드선이 4개이다. 그 중 한 개는 중섬점이 된다, 중성점은 다른 모든 리드선에 콤몬(common)이다. |
형식의 스테이터에는 중성점과 콤몬(common)인 3개의 권선이 있다. 따라서 스테이터 리드 끝이 4개이다. 이 형식의 스테이터는 낮은 RPM에서 높은 전압을 요구하는 알터네이터에 이용된다. 두 개의 권선은 충전출력 중 항상 직렬이다. |
|
델타형식의 스테이터는 스테이터 리드선이 3개밖에 없다. 이 형식의 스테이터는 낮은 RPM에서도 비교적 큰 전류가 흐르게 할 수 있다. 권선은 Y형식 스테이터처럼 직렬이 아니라 병렬이다. |
|
다이오드 정류기 브릿지는 AC전압을 정류하여 DC로 변환하는 일을 한다. |
스테이터 리드선마다 두 개씩의 다이오드가 연결되어 있는데 그 중 하나는 (+)를 정류하고 다른 하나는 (-)를 정류한다. 말하자면 다이오드 한 개가 AC전압의 반쪽만 맡는다. 그래서 스테이터의 AC전압을 다 정류하자면 6개 또는 8개의 다이오드가 필요하다. 이 그림에 있는 구성에서 사용된 다이오드는 (+)극과 (-)극의 AC전압 신호를 모두 처리하여 DC전압을 만든다. 이 과정을 "전파(全波: Full - Wave)정류"라고 부른다. |
|
다이오드는 일종의 일방통행 체크 밸브(one-way check valve)라고 말할 수 있다. 다이오드는 전류를 한 방향으로만 통과하게 할 뿐 거꾸로 흐르지 못하게 하기 때문이다. 다이오드는 열이 많이 나므로 히트싱크(Heat Sink)를 이용하여 열을 발산한다. |
정류기의 동작
|
적색선은 정류기를 거쳐 배터리로 가는 B+ 전류이다. 녹색선은 이것이 되돌아 가는 경로를 보여준다. |
정류기 동작
|
적색선은 B+ 전류가 정류기를 통과하는 경로이다. 그러나 이 그림에서는 전류의 극이 반대로 되어 있다. 녹색선은 되돌아가는 새로운 경로를 보여 준다. 전류가 다른 입구를 통해 정류기에 들어가지만 배터리로 가는 방향은 달라지지 않았다. |
|
리귤레이터는 미리 설정된 충전전압 수준을 유지해 준다. 충전전압이 그 이하로 떨어지면 리귤레이터가 계자전류(Field Current: 로터 권선에 흐르는 전류)를 올려서 자기장을 더 세게 한다. 이렇게 하면 알터네이터 출력이 증가한다. 충전시스템의 전압이 설정 전압을 초과하면 리귤레이터는 계자전류를 줄여 자기장을 약하게 함으로써 알터네이터 출력을 줄인다. |
리귤레이터 타입 리귤레이터에는 계자전류(로터로 가는 전류)의 양을 조절하는 방법에 따라 두 가지 타입이 있다. 그 첫째는 로터 필드권선에 가는 접지 (-)전류량을 리귤레이터가 조절하는 타입인데, "A회로" 타입이라 부른다. |
|
리귤레이터 타입 타입은 리귤레이터가 로터로 가는 배터리 (+)전류량을 조절하는 타입인데, "B회로"라 부른다. |
|
|
리귤레이터는 배터리 전압을 감시한다. 감시한 결과에 따라 로터에 가는 전류를 조절한다. 로터는 공급 받은 전류로 자기장을 형성한다. 스테이터로 전압이 유도된다. 스테이터의 AC전압을 정류브릿지가 DC출력으로 바꾸어 차량에 공급한다. |