동기발전기 원리와 구조

동기발전기의 정의

동기발전기는 계자에 직류를 공급해 교류 기전력을 만드는 교류발전기다.

회전자 속도와 주파수가 일정한 관계를 유지해 동기라는 이름이 붙었다.

발전소 운영과 설계의 출발점이며 시험에서도 기본 문항으로 반복된다.

동기속도와 주파수

동기속도는 주파수와 극수로 정해지는 회전 자계의 속도다.

식은 120f/p 이며 60Hz 4극이면 1800rpm이다.

식을 바꾸면 주파수가 극수와 회전속도로 정해진다는 뜻이다.

같은 주파수에서 극수가 많을수록 회전속도는 낮아진다.

그래서 저속 수차 발전기는 극수가 많은 구조를 쓴다.

구성요소와 회전계자형

구성은 고정자, 회전자, 여자장치 세 부분으로 나눠 본다.

고정자는 적층 철심 슬롯에 3상 전기자 권선을 넣은 정지부다.

회전자는 직류 계자권선으로 자극을 만들며 돌극형과 원통형이 있다.

여자장치는 슬립링과 브러시로 직류를 넣거나 무브러시로 공급한다.

대용량 기기는 계자가 회전하고 고압 전기자는 고정된 회전계자형을 쓴다.

회전계자형을 쓰는 이유

회전계자형을 쓰는 이유는 절연, 슬립링 전류, 기계적 강도 세 가지다.

고압 권선을 고정자에 두면 절연과 출력 인출이 유리하다.

회전부에는 작은 계자 전류만 슬립링으로 넣으면 되므로 부담이 준다.

이 세 가지 때문에 대용량 터빈 발전기는 회전계자형을 채택한다.

과여자와 저여자

계자전류를 조절하면 전기자 전류의 위상이 바뀌어 무효전력 방향이 달라진다.

계자전류를 늘리면 과여자가 되어 지상 전류가 흐르고 무효전력을 공급한다.

계자전류를 줄이면 저여자가 되어 진상 전류가 흐르고 무효전력을 흡수한다.

두 상태를 반대로 적으면 감점이 크므로 위상 방향을 꼭 확인한다.

저여자 운전은 동기화력을 줄여 안정도를 떨어뜨리므로 함께 검토한다.

정리와 정답

정답은 과여자다. 계자전류를 늘리면 지상 전류가 흐르고 무효전력을 공급한다.

오늘 내용을 네 줄로 정리한다. 먼저 동기속도 식부터 기억한다.

회전계자형은 고압 전기자를 고정하고 계자 전류만 슬립링으로 넣는다.

저여자 운전은 동기화력을 줄이므로 시험에서는 안정도와 함께 답한다.