굴삭기 운전 기능사 필기 요약 8 - 내연기관에 사용되는 전기 장치(시동모터, 발전기)

  굴삭기 운전 기능사 필기 공부를 요약하면서 지금까지 내연기관의 기계적인 구동 방법 및 구조에 대해서 알아보았습니다. 이제 내연기관과 직접적으로 연동되는 전기 장치에 대해서 살펴보려고 합니다. 전기 장치는 크게 전동기와 발전기로 나눌 수 있습니다. 간단히 두가지 전기 장치의 특성을 비교해 볼까요?

  전동기는 전기 에너지를 동력 에너지로 바꾸는 장치이고, 발전기는 이와 반대로 동력 에너지로부터 전기 에너지를 얻어내는 장치입니다. 이 두가지 전기 장치가 왜 내연기관과 연동되어 사용되어야 하는지 간단히 말씀드리면 다음과 같습니다. 

  전동기는 우리가 쉽게 쓰는 용어로 바꾸면 모터입니다. 이 모터가 사용되는 부분은 바로 시동을 걸 때 사용하는 시동모터, 스타터 모터입니다. 디젤 엔진에서 처음 시동이 걸릴때 어떻게 시동이 걸리는지 살펴보면 다음과 같습니다. 맨 처음 첫 폭발이 생겨야 그 다음부터 연속적으로 피스톤이 움직일 수 있게 됩니다. 이렇게 첫 폭발이 이루어 지려면 크랭크축을 외부에서 임의로 돌려 피스톤이 압축행정을 할 수 있도록 해주어야 하는데, 이 외부 동력원이 바로 시동 모터입니다.

  발전기는 간단합니다. 전기를 만들어 내야 하는 이유는 차량에서 쓰이는 모든 전기 장치에 전력을 공급해 주어야 하기 때문입니다. 발전기에서 생성된 전력은 배터리를 충전하는데 사용되는 것이지요.

  이제부터는 시동모터와 발전기에 대해서 자세히 알아보도록 하겠습니다.

1. 시동모터

  시동모터는 다음과 같이 생긴 부품입니다.  아래쪽이 우리가 흔히 볼 수 있는 모터처럼 생겼고 그 위에 하나의 뭉치가 더 붙어 있습니다. 아래 쪽 모터 오른쪽에 보면 살짝 피니언 기어가 보이는데, 이 피니언 기어를 직접 돌려주는 동력은 아래쪽 큰 모터가 담당합니다. 그리고 위쪽의 뭉치는 솔레노이드 스위치인데, 피니언 기어를 오른쪽으로 밀어서 확실하게 다른 기어와 맞물릴수 있도록 하면서 동시에 회전을 시작하게 하는 스위치입니다. 

  시동 모터 안쪽 부품을 살펴보면 조금 더 쉽게 그 움직이는 모습을 알 수 있습니다. 아래 그림 보시죠. 위쪽 시동모터의 내부 모습인데 왼쪽 오른쪽이 뒤바뀌어 있음을 참고해 주세요.

  모터 안쪽에 무엇이 있는지 아마 어렸을 때 한번씩은 다 분해해 보셨을 것으로 생각됩니다. 3번과 4번이 피니언 기어를 돌리는 모터의 핵심 부품에 해당하고, 6번 부품이 솔레노이드 스위치 입니다. 6번과 2번이 링크로 연결되어 있는데 솔레노이드 스위치에 의해서 이 링크가 움직이게 되고 이에 따라서 피니언 기어가 왼쪽으로 슬라이드 될 수 있도록 설계되어 있습니다. 솔레노이드 스위치도 왕복운동을 하는 장치인데 이에 따라서 2번 피니언 기어 뭉치가 왼쪽으로 움직이게 됩니다. 다음 사이트에 가서 보시면 동작되는 모습을 쉽게 이해하실 수 있을테니 방문해 보시기 바랍니다.

  http://cafe.naver.com/qnrqndnstn/2181

  그림을 통해 움직이는 모습을 이해하셨나요? 시동모터는 크랭크축을 시동시에 회전할 수 있도록 해주는 부품입니다. 다음 그림에서 볼 수 있듯이 큰 링기어가 플라이휠에 부착이 되어 있는데 이 플라이 휠은 크랭크축과 직접 연결되어 있는 부품입니다. 따라서 시동모터의 피니언 기어가 회전하면 링기어가 회전하면서 결과적으로 크랭크축을 회전시키고 피스톤을 움직일 수 있게 합니다.

  앞서 시동 모터의 그림에서 2번 부분에 대해서 조금 더 자세히 살펴보면 오버러닝 클러치라는 부품입니다. 시동이 걸려있는 상태에서 피니언 기어가 플라이 휠의 링기어와 물려있더라도, 그 회전력을 모터의 핵심 부품인 3번 쪽으로 전달하지 않도록 하는 기능을 합니다. 물론 시동이 걸린 상태에서 시동 스위치는 키지 않아야 합니다. 그리고 시동 모터에는 전류가 많이 흐르므로 스타트 릴레이 부품을 사용합니다.

  시동 모터는 직권식, 분권식, 복권식으로 나눌 수 있습니다. 이를 구분하는 것은 전동기의 핵심 부품인 계자 코일과 전기자 코일이 직렬로 아니면 병렬로 연결된 것인지에 따라 직권식, 분권식으로 나누는 것입니다. 복권식은 두가지 특성을 다 가지고 있도록 설계한 것입니다. 직권식이 기동 회전력이 크고, 건설기계에서 보통 직류 직권 전동기가 많이 사용됩니다.

  다음과 같은 경우에 시동 장치가 잘 동작하지 않으니 정비할 때 참고하시면 됩니다.

  1. 배터리 방전 또는 배터리 단자와 터미널 접촉이 되지 않을 때

  2. 시동 스위치 또는 배선이 불량일 때

  3. 연료량 점검 및 시동 모터의 고장 여부 점검

  4. 겨울철에는 엔진오일이 뻑뻑해지고, 배터리 용량이 줄어들며, 부하의 증가로 크랭크 축 회전수가 떨어진다.

2. 발전기

  발전기는 직류 및 교류 발전기로 나눌 수 있습니다. 직류발전기를 Generator, 교류발전기를 Alternator 라고 합니다. 구성 요소를 살펴보면 직류발전기는 전기자, 계자코일 및 계자철심, 그리고 정류자와 브러시로 구성되어 있습니다. 그리고 교류 발전기의 구성 요소는 스테이터, 로터, 슬립링과 브러시 및 정류기입니다. 여기서 정류기는 교류를 직류로 바꾸는 역할을 합니다.

  건설 기계에서는 통상 3상 교류 발전기를 많이 사용합니다. 그 특성은 다음과 같습니다.

  1. 내구성이 좋고 고속 사용이 가능합니다.

  2. 저속에서 충전성능이 좋습니다.

  3. 배터리에서 발전기로 흐르는 역류가 없으므로 컷아웃 릴레이가 필요없습니다.

  4. 브러시 및 정류자 고장이 적고, 정비가 간단합니다.

  교류 발전기의 스테이터는 외부에 고정되어 있는 상태이며, 이 안에 전자석이 되는 로터가 회전함에 따라 스테이터에서 전류가 발생하는 구조입니다. 로터는 외부 풀리가 벨트로 크랭크 축과 연결되어 회전하게 됩니다.

  

  아래 그림은 발전기가 설치된 모습을 볼 수 있는 그림입니다.

  발전기는 차량에서 매우 중요한 기능을 담당합니다. 발전기가 고장나면 배터리 충전이 안되고, 이에 따라 배터리가 방전이 되면 차량에서 쓰이는 모든 전기 장치에 전력을 공급할 수 없게 됩니다. 배터리가 충전이 안되면, 충전 경고등이 들어오며, 많은 전류를 필요로 하는 헤드 램프 점등 시에 약하게 불이 들어오는 것을 확인할 수 있습니다. 발전기의 로터는 엔진의 동력을 얻어 회전하기 때문에 벨트 장력이 적절하게 유지되는지 확인해야 합니다.

  오늘은 굴삭기 운전 기능사 필기 요약 8번째 포스팅이었습니다. 전기 장치에 해당하는 시동모터 및 발전기에 대해서 살펴 보았습니다. 그럼 방문해 주신 분들 좋은 하루 보내세요~