전기와 자기는 같이 붙어 다닌다.

전기가 흐르는 주위에는 자기가 있다.

요즘 대세는 전기자동차다. 그 전기자동차에 에너지를 공급하는 배터리 제조의 최강자는 바로 대한민국이다. 어쨌든 스마트폰, 노트북, 자동차, 항공기 등 전기없이 작동하는 장치는 찾아보기 어렵다. 외국에서는 전기자동차처럼 엔진이 아닌 전기모터로 비행하는 여객기도 만들고 있다.

 

항공정비사 구술시험에서도 자주 나오는 문제가 IDG(Integrated Drive Generator)다. 여기서 발전기에 대해 간단히 살펴 보자.

 

핵심은 전기가 흐르는 주변에는 자석의 힘(자기)이 존재하고, 자기의 변화는 전기를 만들어낸다는 것이다.

 

전기와 자기는 떼낼야 뗄 수 없는 관계라는 점을 잊지 말자. 아래 그림은 막대 자석 주위에 생기는 자기장을 나타낸 것이다. 초등학교에서도 막대 자석 주변에 철가루를 뿌리거나, 나침반을 배치하여 아래 그림처럼 자기장이 생긴다는 것을 실험할 것이다.

 

 

그런데 전기가 흐르는 도선 주위에 철가루를 뿌리거나 나침반을 배치하면, 역시 일정한 모양으로 자기장이 형성되는 것을 볼 수 있다. 특히, 아래 그림처럼 도선을 감아서 코일을 만들고 전류를 흘리면, 막대 자석과 같은 형태의 자기장이 형성되는 것도 쉽게 확인할 수 있다.

자기의 변화가 생기면 유도 기전력이 생긴다.

반대로 전류가 흐르지 않는 도선이나 코일에 자기의 변화를 주면, 도선이나 코일에 전기가 흐른다. 이것을 유도 기전력이 생긴다고 한다. 엄격하게 말하면 기전력과 전압은 다르지만, 보통 기전력과 전압을 같은 것으로 생각해도 큰 문제는 없다. 즉, 도선이나 코일에 자기장의 변화를 가하면 전류를 흐르게 하는 전압이 생긴다.

 

위의 영상을 보면 코일을 상하로 움직이거나 좌우로 움직이거나 뒤집는 등의 변화를 주면 전압이 생기는 것을 볼 수 있다. 또한 4분 30초 부근을 보면 코일이 아니라 자석을 움직여도 같은 현상이 나타나는 것을 볼 수 있다.

 

즉, 자석과 코일을 상대적으로 움직여서 코일에 자기의 변화를 주면 전기를 만들 수 있다. 발전기의 종류에 따라 구조가 조금 다르고, 자석과 코일 중 누가 움직이느냐의 차이만 있을 뿐 전기를 만드는 원리는 같다.

원자력 발전기, 화력 발전기, 항공기의 발전기는 결국 다 같다.

각 발전소의 발전기에는 터빈(Turbine)이 달려 있고, 이 터빈을 원자력이나 화력으로 물을 끓여서 얻은 수증기로 돌리면 터빈 축에 연결된 발전기가 돌면서 자석이나 코일을 돌려 전기를 생산한다. 아래는 수력으로 터빈을 돌리는 그림이다.

 

항공기는 엔진에서 얻은 회전력의 일부를 이용하여 발전기를 돌린다. 그래서 엔진 구동식(Engine Driven) 발전기라고 부른다. 그리고 발전기에서 생산한 교류의 주파수를 일정하게 유지하기 위한 정속구동장치(Constant Speed Drive)를 내장하고 있어서 통합 구동 발전기(Integrated Drive Generator)라고 한다.