동기발전기


동기발전기

동기 발전기의 원리 및 구조

1)동기기의 구조

  • 고정자 : 3상의 계자권선이 감겨있다
  • 회전자 : 여자코일에 의해 전자석이 된다
  • 슬립링 : 여자코일에 직류전압을 가해 주는 장치
  • 정류기 : 교류에서 직류를 변환하는 장치

2)동기속도

  • 회전자가 여자되어 회전 시 고정자에 전압을 유기하여 발전한다
  • 동기속도 :
\[N_s=\frac{2f}{P}[rps]\]\[N_s=\frac{120f}{P}[rpm]\]

3)동기기 출력 및 동기화 조건

\[P=VI\cosϕ[W]=\frac{VE}{X}\sinδ[W]\]
V : 단자전압, E : 역기전력, X : 리액턴스, δ : 상차각
  • 동기운전조건이되어야 한다
\[ \frac{dP}{dδ}\gt0\]

4)동기 발전기의 유기 기전력

  • 1상 유기 기전력
\[E=4.44K_ωfWϕ[V]\]
W : 1상의 전권수, Kw : 권선계수, f : 주파수,
φ : 1극당의 자속 수[Wb]
Y결선 시 단자전압 : V=3E

5)회전자에 의한 동기기 분류

  • 회전 전기자형 : 특별한 경우가 아니면 거의 쓰이지 않는다.
  • 회전 계자형 : 일반적으로 회전 계자형을 사용한다
    • 계자 권선 : 저압 소요전력이 작음, 인출도선이 2개
    • 전기자 권선 : 고압, 대용량 전류, 인출도선 4개, 결선이 복잡함
    • 종류 : 돌극형과 비 돌극형이 있다.

전기자 권선법

1)집중권

  • 매 극 매상의 코일을 한 슬롯에 집중하여 감은 것

2)분포권

  • 매 극 매상의 코일을 2개 이상의 슬롯에 분산하여 분산하여 감은것
  • 장점 : 고조파 제거, 누설 리액턴스 감소, 과열방지
  • 단점 : 유기 기전력 크기 감소

3)전절권

  • 코일 피치를 자극 피치와 같게 감은것

4)단절권

  • 코일 피치를 자극피치보다 짧게 감은 것
  • 장점 : 고조파 제거, 동량 절감, 크기가 작아짐
  • 단점 : 유기 기전력 크리 감소함

전기자 반작용

1)전압과 전류가 동상인 경우

  • 자속이 한쪽으로 치우치는 편자작용을 한다
  • 자속이 왜곡되어 고조파가 발생한다

2)전류가 전압보다 90 늦은 경유

  • 전기자 자속에 의해 감자작용을한다
  • 낮아진 전압을 보상하기 위해 AVR이 계자전류를 증가시킨다
  • 계자회로에 과부하를 주의해야 한다

3)전류가 전압보다 90 앞선 경우

  • 전기자 자속에 의해 증자작용을 한다
  • AVR이 계자전류를 감소시킨다
  • 발전기 운전이불안정하므로 단락비를 크게 한다

발전기 내부리액턴스

1)고장전류

무부하 시 단자 간에 고장이 발생하였을 깨 고장전류를 시간에 따라 그래프를 그리면 다음과 같다

2)발전기 내부 리액턴스

  • 발전기 내부 전압의 최대치를 Emax라고 하면
  • 차과도리액턴스
\[X”d=\frac{E_{max}}{I”_{max}}\]
  • 과도리액턴스
\[X′_d=\frac{E_{max}}{I′_{max}}\]
  • 동기리액턴스
\[X_d=\frac{E_{max}}{I_{max}}\]
  • 발전기 설계에서 이들의 관계
\[X”_d\lt X′_d\lt X_d\]

자기여자 현상

1)자기여자 현상

  • 무부하, 경부하 송전선로를 충전할 경우 발전기 단자 전압이 상승하는 현상

2)자기여자 현상 방지법

  • 발전기 2대 이상 병렬 운전한다
  • 단락비가 큰 발전기를 채용한다
  • 충전전압을 낮게 한다
  • 수전단에 변압기를 접속한다
  • 수전단에 리액턴스를 병렬로 접속한다
  • 수전단에 동기조상기를 접속하여 부족여자로 운전한다

단락비(Ks)

1)단락비의 정의

  • 무부하 발전기를 3상 단락했을 때의 단락전류와 발전기의 정격용량에 따른 정격전류의 비를 발전기의 단락비()라 한다
\[Ks=\frac{무부하시정격전압을유지하기위해인가하는여자전류}{3상단락시정격전류를유지하기위해인가하는여자전류}\]

2)단락비가 큰 기기(철기계)

\[K_s=\frac{1}{Z_s}[pu]\]
  • 동기 임피던스가 작다
  • 전기자 반작용 현상이 작다
  • 공극이 크다
  • 계자 기자력이 크다
  • 기계치수가 커진다
  • 철손이 크다
  • 값이 비싸다
  • 출력이 크다
  • 선로 충전용량이 크다
  • 과부하 내량이 크다
  • 안정도가 증진된다

동기 발전기 병렬운전 조건

  • 기전력 크기가 같을것=>무효순환전류가 흐른다
  • 기전력 위상이 같을것=>유효순환 전류(동기화전류)가 흐른다
  • 기전력 주파수가 같을것=>유효순환전류가 흐른다
  • 기전력 파형이 같을것=>고주파 무효순환 전류가 흐른다.
  • 기전력 상회전 방향이 같을것=> 과대 돌입전류가 흐른다.

동기기의 무효전력

1)동기발전기

계전전류증가->전압증가->지상->무효전력공급

2)동기조상기

계전전류증가->전압증가->진상->무효전력공급

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