전기기기 설계

전기기기 설계에 대하여 이미 다수의 서적이 출판되어 있으며, 새삼스럽게 사족(蛇足)을 달 필요는 없다고 생각되나 공립전서(共立全書)의 일부로 본 책을 저술했으면 하는 제안을 받았다. 처음 배우는 학생들을 대상으로 혹은 대학의 교과서로 사용 될 수 있는 그런 책을 써 달라고 했으며, 그런 취지에 부합하도록 될 수 있도록 어려운 계산식은 없애고, 실험식을 넣었다. 또한, 이론적인 근거와 실직적인 예제를 통하여 설명을 보충했다. 설계는 아무리 어려운 이론적인 근거에서 시작되었다 해도 그 이면에는 가능한 실제 데이터가 있어야 한다.

본서에 나타낸 내용은 평범하지만 실제 전기기기 설계에 충분히 활용 될 수 있도록 기술하였다. 여기에 다른 전문가들의 산 경험을 접합할 수 있다면 훌륭한 책이 될 수 있다고 믿는다.

실제 데이터는 제작 기술과 기계적 분분의 설계에도 많은 관계가 있지만 모든 것을 다 만족스럽게 쓴다는 것은 본래의 취지에 다소 벗어나므로 본서의 중요한 부분에 대해서는 근거와 관련된 문헌을 부기하였다.

이러한 설명을 완전히 하려면 방대한 분량이 되므로 생략한 경우가 많으며, 실제 설계는 그 결과만 사용해도 충분하지만, 특히 진취적인 연구를 하려는 학생들을 대상으로 기술하였다. 또한, 본서의 연습문제는 내용을 보충할 의미로 넣었으므로 해답을 넣지 않았다. 해답은 힌트대로 하면 나올 것이며, 스스로 이해하면 처음으로 설계의 방법을 습득할 수 있게 되므로 학생들은 반드시 스스로 풀어보도록 권한다.

본서는 이상과 같은 개념에서 서술했으므로 소위 이론적 방면에는 국내?외 설계에 관한 여러 저서의 입문서로 삼도록 저술하였다. 그러나 실제 설계에서는 다른 어떤 책보다 이해하기 쉬우므로 많은 도움이 되리라고 믿는다.



전기기기는 지난 반세기 동안 우리생활에 매우 밀접하게 접하며, 모든 산업에서 심장의 역할을 담당하고 있다. 무엇보다 전기기기 중에 변압기와 전동기는 전력분야, 산업 및 재료분야(자성재료 및 초전도 기술)의 발달과 함께 소형화, 고주파화, 초전도화 등으로 응용 및 발전하고 있다. 이렇게 다양하게 전기기기 제어, 응용 및 재료의 급격한 발전은 있었지만, 현재까지도 국내에는 실질적인 전기기기 설계에 대한 교재와 실무 지침서는 매우 부족한 실정이다.

따라서 이 책은 전기공학을 공부하는 학부 4학년 또는 대학원 과정에서 실질적인 전기기기의 설계(특히 직류기와 변압기)를 공부하는데 적합하며, 전기기기를 설계하고 응용하는 실무 기술자에게 유익한 참고서적으로 활용할 수 있으리라 기대하고 있다.

이 책의 구성은 1장 기초적 지식, 2장 직류기의 설계, 3장 변압기의 설계 및 부록으로 구성되어 있으며, 부록에서는 JEC 전기학회 전기 규격 조사회 표준 규격과 변압기와 전동기의 제작사진을 추가하였다.

변역에 있어서 저자인 고교신인 박사의 의도를 최대한 충실하게 전달하려고 노력하였으며, 그림?설명?전기규격의 추가를 통하여 독자들이 이해하기 쉽도록 노력을 하였다. 그러나 미흡하고 부족한 점이 많으리라 생각되고, 여러분들의 충고와 조언을 바탕으로 앞으로 더욱 좋은 지침서가 될 수 있도록 수정 및 보완을 약속드린다.



출판사 서평



전동기, 발전기 및 변압기 설계의 진정한 가이드를 제공한다.



전기기기(電氣機器)라는 것은 일반적으로 전기(電氣)를 발생시키거나, 전기(電氣)를 이용하여 운동에너지를 발생시키는 모든 기기를 통칭하는 용어이다. 특허 전기기기의 가장 대표적인 장치는 바로 발전기(제너레이터), 전동기(모터) 및 변압기(트랜스포머)라고 할 수 있으며, 이 책은 바로 전기기기의 설계를 어떻게 해야하는지 가이드를 제공하는 책이다.

일반적으로 전기기기 서적은 전기기기의 이론 및 구조의 설명을 중심으로 기술하고 있지만, 정작 전기기기(電氣機器)를 제작 및 생산하는 현장에서는 어떻게 전기기기를 만들어야 하는지, 어떻게 설계해야 하는지가 가장 큰 문제라고 할 수 있다.

왜냐하면, 전기기기에서 궁극적으로 공급 또는 발생하는 에너지는 전기(電氣)에너지이며, 최종적으로 전압(電壓)과 전류(電流)라는 형태로서 에너지를 공급 또는 발생한다. 하지만, 더욱 중요한 점은 바로 전기기기를 기본적으로 동작시키는 것은 바로 자속(磁束)이다. 따라서 결국 자속(磁束)의 양, 밀도 등을 고려하여 전기기기에 대한 적절할 설계가 이루어져야만, 최적의 전기기기를 설계할 수 있는 것이다. 어쩌면, 이것은 매우 전문적이고 복잡한 문제와 만나는 것이지만, 이 책은 어떠한 과정에 의해서 전동기, 발전기 및 변압기의 설계가 이루어지는 것이 합당한 프로세서인지 아주 명쾌하게 보여주고 있다. 따라서 실제 전기기기 분야의 설계를 진정으로 고민하는 기업 및 연구소의 엔지니어에게 가장 실질적이고, 실무적인 지식을 제공하고 있으며, 전기기기 설계를 위한 기초적인 이론에서 세부적인 모든 설계까지 제시하고 있는 서적이다.

1장 기초적 지식



1.1 전기기기 2

1.2 전자유도 작용 2

1.3 플레밍의 법칙 3

1.4 전류에 의한 자계 4

1.5 자기회로 4

1.6 공극의 기자력 6

1.7 전기량의 단위 6

1.8 자기회로의 재료 8

1.9 전기회로의 재료 10

1.10 절연재료 12

1.11 전선의 피복 13

1.12 권선의 절연 14

1.13 주문서와 규격 15



2장 직류기의 설계



2.1 직류기의 구조 18

2.2 전기자 권선의 종류 20

2.3 중권 23

2.4 파권 24

2.5 균압선 27

2.6 중파권 권선 27

2.7 BBC 권선 28

2.8 슬롯수와 정류자편수와의 관계 29

2.9 권선의 설계 31

2.10 유도 기전력 33

2.11 전기자 반작용 33

2.12 전기자 직경과 길이 35

2.13 극수의 결정 38

2.14 매극 자속수의 결정 39

2.15 도체수의 결정 방법 39

2.16 전기자 도체의 단면 치수 41

2.17 도체 및 슬롯절연 41

2.18 슬롯의 형태 42

2.19 전기자 코일의 저항 43

2.20 리액턴스 전압 44

2.21 정류자와 브러시 46

2.22 자기회로의 계산 50

2.23 공극의 계산 55

2.24 분권 및 직권계자의 계산 56

2.25 보극의 계산 58

2.26 보상권선의 설계 60

2.27 전기자 반작용에 의한 전압강하 61

2.28 손실계산 64

2.29 온도 상승 한도 67

2.30 온도 상승 예측 69

2.31 300kW 직류발전기의 설계 예 72

2.32 30kW 직류전동기의 설계 예 95



3장 변압기의 설계



3.1 변압기의 개요 116

3.2 철심 117

3.3 권선 121

3.4 부싱 125

3.5 냉각방식 127

3.6 변압기 기름 132

3.7 전압변동률 133

3.8 손실 및 효율 135

3.9 누설 리액턴스 140

3.10 여자전류 142

3.11 단락시의 기계력 144

3.12 온도상승 148

3.13 이상 전압과 절연 157

3.14 권선 내 전위 경도 158

3.15 전위 진동 방지와 단절연 161

3.16 변압기의 탭 164

3.17 주요 치수의 결정 165

3.18 50kVA 단상 변압기 설계 예 171

3.19 150kVA 단상 변압기 설계 예 185

3.20 2000kVA 단상 변압기 설계 예 197

3.21 15000kVA 3상 변압기 설계 예 214

3.22 소음을 감소시킨 변압기 229

연 습 문 제 233



부 록

부록

전기기기용 권선 및 규격

1. 전기기기 권선용 연동선 240

2. 피복선의 외경 241

3. 평각동선 단면적 242

4. 변압기 효율 계산용 모노그램 247

5. 전기기기에 관한 규격 248



찾아보기 251

고교신인 ㅇ