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동기발전기의 특성곡선
Characteristics of Synchronous Generator
무부하 포화곡선(OCC)이란?
📈 계자전류를 올리면 전압도 올라간다, 하지만...
발전기를 무부하로 돌리면서 계자전류(If)를 0부터 서서히 올려본다.
①처음에는 If에 비례해서 전압(V)이 쭉 올라간다 (공극선, 직선 구간).
②그런데 어느 지점부터 철심이 자기포화(saturation)되면서 전압 상승이 둔해진다.
③마치 스펀지에 물을 붓는 것처럼 — 처음엔 잘 흡수하지만 나중엔 효율이 뚝 떨어진다.
OCC와 SCC 그래프
계자전류 If
50%
포화도
70%
무부하 포화곡선(OCC), 3상 단락곡선(SCC) 및 단락비(Ks) 다이어그램
🔍 두 곡선의 차이
OCC(무부하포화곡선, 금색): 계자전류 vs 무부하 전압 — 포화로 인해 곡선
①SCC(단락곡선, 파란색): 계자전류 vs 단락전류 — 항상 직선!
②SCC가 직선인 이유: 단락 시 자기포화가 거의 일어나지 않기 때문 (전기자 반작용으로 감자)
동기 임피던스 측정법
동기 임피던스
Z
s
=
V
oc
I
sc
(같은 I
f
에서)
무부하 개방전압 / 단락전류 = 동기 임피던스
근사
X
s
≈ Z
s
(R
a
무시 시)
보통 Ra << Xs이므로 Zs ≈ Xs로 근사
단락전류
I
s
=
100
\%Z
s
× I
n
%Zs에서 정격전류 대비 단락전류 계산
단락비 Ks
단락비 정의
K
s
=
I
f0
I
fs
=
1
X
s
(pu)
If0: 정격전압을 내는 If, Ifs: 정격전류를 흘리는 If. Xs(pu)의 역수!
💡 단락비가 큰 기계의 6가지 특성
Ks가 크다 = Xs가 작다. 따라서:
①전압변동률이 작다 (부하 변해도 전압 안정)
②안정도가 높다 (동기화력↑, 탈조 안 됨)
③동기화력(Ps)이 크다
④단락전류가 크다 (단점!)
⑤기계의 크기가 크고 비용이 높다
⑥공극이 크다
Ks 큰 기계
수차발전기 (돌극형)
안정도↑ 전압변동률↓ 크기↑
Ks 작은 기계
터빈발전기 (원통형)
안정도↓ 전압변동률↑ 크기↓
시험 정리
Zs 측정
Z
s
=
V
oc
I
sc
같은 If에서
단락비
K
s
=
I
f0
I
fs
Xs(pu) 역수
단락비=역수
Ks = 1/Xs(pu)
핵심 관계
SCC 특성
SCC는 항상 직선
단락 시 포화 없음
📝 시험 포인트
①OCC는 포화곡선(곡선), SCC는 직선 — 반드시 구분!
②동기 임피던스 = 같은 If에서 Voc / Isc
③단락비 Ks = If0/Ifs = 1/Xs(pu) — 역수 관계 핵심!
④Ks 큰 기계: 수차발전기(돌극형), Ks 작은 기계: 터빈발전기(원통형)
⑤Ks 큰 기계 6특성: 전압변동률↓, 안정도↑, 동기화력↑, 단락전류↑, 크기↑, 공극↑
⑥포화도가 높을수록 OCC와 공극선의 차이가 커짐
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 동기발전기의 단락비가 큰 기계의 특성이 아닌 것은? (답: 기계가 소형이다 — 실제로는 대형)
②[기출유형] 단락비와 동기 리액턴스(pu)의 관계는? (답: 역수 관계 Ks = 1/Xs(pu))
③[기출유형] 3상 단락곡선(SCC)이 직선인 이유는? (답: 단락 시 전기자 반작용에 의한 감자로 자기포화가 일어나지 않음)
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