유도 기전력을 이용한 자가 발전기 설계

소개글

유도 기전력을 이용한 자가 발전기 설계 에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서 론

1.1 프로젝트 목적
1.2 조직 구성도 및 임무 분담 계획표
1.3 프로젝트 계획서

2. 본 론

2.1 저항 종류 및 단가
2.2 OP-amp
2.3 센서 종류 및 역할
2.4 ADC
2.5 설계 조건
2.6 설계 과정
2.7

3. 결 론

3.1 설계 후기
3.2 결 과
3.3 기대효과

본문내용

으로 바꾸는 역할을 한다. 그리고 자가 발전으로 생성된 전압의 세기는 자유롭게 조절하지 못하므로 LED 정격 전압을 초과하게 되면 LED가 터지므로 이를 보호하기 위해 LED 옆에 저항을 직렬로 달아 주었다. 이러한 문제점을 보완한 회로도를 구성하게 되었다.
2.4 회로도 구성 부품
그림 2.7 구매한 부품 SET
그림 2.8 낚시 찌통
그림 2.9 2200uF 커패시터 3개
그림 2.10 영구 자석
2.3 절에서 구상한 회로도에 사용된 부품들을 구매하기 위해 직접 서면에 위치한 ‘서진전자’에서 구매를 하였다. 그림 2.6은 조원들이 직접 구매하러간 사진이고, 그림 2.7은 구매한 부품들로 정류형 다이오드(Si) 12개, 커패시터(0.01uF, 1uF, 100uF) 각각 3개씩, 발광다이오드(RED) 3개를 구매를 하였다. 예상보다 가격이 비싸지 않아 이와 같이 한 세트를 여유분으로 더 구매를 하였다. 저항은 실험실에서 지원을 받았다. 그리고 자가 발전을 실행하다가 멈추었을 때 커패시터의 용량이 작아 바로 방전이 되어 자가발전이 멈추어도 조금 더 오래 LED가 켜져있게 하기 위해 커패시터 2200uF을 추가로 구매하였다. 그리고 그림2.8는 자가발전 대를 만들기 위해 플라스틱으로 된 통이 필요했는데 생각해낸 것이 낚시 도구 중에 찌를 보관하는 통이 가장 알맞을 것 같다는 생각에 구매하게 되었다. 그리고 그림 2.9에 자석은 서면에 위치한 ‘도도자석’에 가서 자가발전 대에 알맞은 크기의 자석(가우스 : 5000)을 구매하였다. 그리고 에나멜 선은 ?조와 ?조에서 0.3mm 에나멜 선을 지원 받았다. 마지막으로 자석의 충격을 흡수하기 위해 스펀지를 ‘천원마트’에서 구매하였다.
낚시 통
자석
6개
에나멜선
스펀지
커피시터(2200uF) 3개
set
2개
합계
가격(원)
6200
9600
-
800
600
1000
18200
※set : 정류형 다이오드(Si) 12개, 커패시터(0.01uF, 1uF, 100uF) 각각 3개씩, 발광다이오드(RED) 3개
2.5 제작 과정
그림 2.11 자가 발전 손전등 제작 준비 부품
먼저 위의 그림 2.11은 하나의 자가발전 손전등을 만들기 위한 부품이다.
그림 2.12 자가 발전대 제작 전후
그림 2.13 내부 회로 구성 단계
그림 2.12는 자가 발전대에 자석이 통과할 때 코일과 쇄교 할 수 있게 자가 발전대에 에나멜선을 감아놓은 전후 사진이다. 가운데 사진은 에나멜선을 감는 과정에 이동욱 학생이 집에서 고생하며 감는 사진이다. 그림 2.13은 자가발전 손전등의 내부회로이다. 정류형 다이오드 4개와 2200uF 커패시터와 발광 다이오드(LED)와 저항(1k)을 이용하여 먼저 정류형 다이오드 4개로 다리를 서로 감아 정류형 브릿지 회로를 만든 뒤에 커패시터에 감는다. 그리고 맨 오른쪽 그림처럼 LED와 저항을 병렬로 연결한다. 이 때 주의할 점은 다른 노드끼리 접지되지 않게 절연 테이프를 적절히 사용해야 한다.
그림 2.14는 자가 발전대와 내부회로를 연결하여 자가발전 손전등의 총 제작품이다. 그림 2.12에에서 만든 자가 발전대의 앞 부분에 내부회로를 부착한 뒤 자가 발전대에 감은 에나멜선과 내부회로를 연결한다. 그리고 자가 발전대 안에 자석을 넣은 뒤 앞뒤 부분에 스펀지를 넣고 밀봉을 하여 위와 같은 손전등을 만들었다.
3. 결 론
3.1 자가발전 손전등 완성 모델
그림 3.1 손전등 완성 모델
그림 3.1는 자가 발전대와 내부회로를 연결하여 자가발전 손전등의 총 제작품이다. 그림 2.12에에서 만든 자가 발전대의 앞 부분에 내부회로를 부착한 뒤 자가 발전대에 감은 에나멜선과 내부회로를 연결한다. 그리고 자가 발전대 안에 자석을 넣은 뒤 앞뒤 부분에 스펀지를 넣고 밀봉을 하여 위와 같은 손전등을 만들었다.
3.2 유도기전력 측정 결과
유도기전력
가. 패러데이 법칙 중 를 변화 시켰을때 기전력이 어떻게 변하는지 실험해 본 결과이다.
권수
0번
2번
4번
6번
최대
300
0
0.6
1.3
1.7
3.7
표 3.1 에 따른 전압표
패러데이가 했던 실험 중 시간과 자속의 변화에 따라 기전력이 변한다는 것을 디지털 멀티미터를 이용하여 실험적으로 확인하였다. 그 결과를 표 3.1에 정리하였다. 표 3.1를 보면 1초에 0번, 2번, 4번, 6번, 그리고 최대로 흔들 때 발생되는 전압을 측정하였다. 측정에 실시한 완성품은 권수를 300번으로 한 것을 사용하였다. 측정한 전압은 정류 브릿지 회로를 거쳐 직류전압으로 측정된 전압이므로 다이오드에서 감소된 전압은 고려하지 않고 출력된 전압이다. 그 결과 당연히 자석이 코일에 쇄교하지 않았을 때는 전압이 발생되지 않았고 1초에 2번 쇄교할 시 0.6V가 생성 되었고 쇄교수를 2배로 증가 시 전압이 약 2배 1.3V가 생성 되었다. 그리고 자석이 코일에 1초에 6번 쇄교 할 경우 전압의 크기는 1.7V, 최대 생성할 수 있는 만큼 가장 빠르게 쇄교 할 경우 3.7V가 생성 되었다.
나. 패러데이 법칙 중 를 변화 시켰을 때 기전력이 어떻게 변하는지 실험해 본 결과이다.
권수
100
300
500
전압(V)
0.9
3.7
7.1
표 3.1 (권선수)에 따른 전압표
3.3 설계고찰 자기학이 응용된 설계를 찾던 중 페러데이의 법칙에 대해 관심이 갔고 자속이 코일을 쇄교할 때 발생하는 기전력을 이용한 자가발전 손전등을 설계하게 되었다. 페러데이 법칙은 예전부터 잘 알던 것이었고, 재료의 구매에는 큰 어려움이 없었다. 에나멜선은 조의 지원을 받았으며, 다른 부품들은 직접 전자상가에 찾아가서 구입을 하였다. 자속이 코일에 쇄교하여 얻어지는 정확한 자기력의 크기에 대해서 알아보려고 하였지만 변수가 너무 많아 이론치에는 접근하지 못하였고, 대략적인 결과에 접근 할 수 있었다. 처음에는 커패시터 용량의 중요성을 몰랐으나, 커패시터 용량이 작게 되면 그 만큼 충전용량이 작아서 LED의 불이 짧게 시간 만 들어옴을 알 수가 있었다. 그래서 큰 커패시터 용량을 이용하여 오랜시간 지속되는 자가발전 손전등을 만들 수 있었다. 아쉬운 점이 있다면 스위치를 달지 않아서 커패시터에 충전된 전압이 바로 소모되는 단점이 있었다.

키워드

유도기전력,   전자기학,   자가발전기