←
전기기기
›
동기기
동기기의 구조와 분류
Synchronous Machine Structure
동기기란 무엇인가?
⚡ 동기(同期)의 의미
동기기는 '전원 주파수와 회전 속도가 정확히 일치'하는 기계이다.
①자동차에 비유하면, 엔진 RPM이 변속기 기어비에 의해 정확히 결정되는 것과 같다.
②회전 속도 Ns = 120f / p [rpm]으로, 주파수(f)와 극수(p)가 정해지면 속도가 딱 고정된다.
③발전소의 대형 발전기는 거의 모두 동기발전기이다.
돌극형 vs 원통형
돌극형
원통형
극수 p
4
동기기 회전자 단면도 — 돌극형/원통형 구조 비교
🔧 돌극형 (Salient Pole)
극이 회전자 표면에서 돌출된 형태이다.
①수력발전기처럼 저속·다극(p=12~80) 기계에 사용
②직경이 크고 축방향 길이가 짧은 '납작한 원통형' 형상
③극 사이 공극이 불균일 → 직축/횡축 리액턴스가 다르다 (Xd ≠ Xq)
왜 회전계자형을 쓰는가
🔄 회전계자형 vs 회전전기자형
대부분의 실용 동기기는 '계자(자석)가 회전'하고 '전기자(코일)는 고정'이다.
①이유 1: 전기자 전류는 대용량(고전압·대전류) → 슬립링으로 빼내기 어려움
②이유 2: 계자 전류는 소용량 직류 → 슬립링 2개만으로 충분
③이유 3: 고정자에 3상 권선을 배치하면 절연·냉각이 쉬움
회전전기자형
전기자 회전, 계자 고정
소형기에만 사용 (고압 취출 곤란)
회전계자형
계자 회전, 전기자 고정
실용 동기기의 표준 구조
동기속도 공식
동기속도
N
s
=
120f
p
[rpm]
Ns: 동기속도, f: 전원 주파수 [Hz], p: 극수
f = 60Hz, p = 4극
일 때
Ns = 120 × 60 / 4 = 1800 rpm
주파수 역산
f =
pN
s
120
[Hz]
극수가 많으면 저속으로도 같은 주파수 생성
시험 정리
동기속도
N
s
=
120f
p
핵심 공식
돌극형
X
d
≠ X
q
리액턴스 불균일
원통형
X
d
≈ X
q
리액턴스 균일
주파수 역산
f =
pN
s
120
속도→주파수
📝 시험 포인트
①동기속도 공식에서 p는 '극수'(극쌍수 아님!)에 주의. p=4면 2쌍
②회전계자형을 쓰는 이유 3가지: 절연 용이, 슬립링 감소, 냉각 유리
③돌극형은 수차발전기(저속·다극), 원통형은 터빈발전기(고속·소극수)
④60Hz 기준: 2극→3600rpm, 4극→1800rpm, 6극→1200rpm
⑤원통형은 기계적 강도가 높아 고속 회전에 적합 (원심력에 강함)
⑥매극매상 슬롯수 q = 총슬롯수 / (극수 × 상수)
📝 대표 기출문제
①[기출유형] 60Hz, 4극 동기발전기의 동기속도는? (답: Ns = 120×60/4 = 1800rpm)
②[기출유형] 회전계자형을 사용하는 이유가 아닌 것은? (답: 기전력 증가 — 이유가 아님)
③[기출유형] 수차발전기에 적합한 회전자 형식은? (답: 돌극형 — 저속 다극에 적합)
← 이전
정류 작용
다음 →
유기기전력