전기자 반작용

Armature Reaction

전기자 반작용은 부하 전류가 만드는 자속이 원래 계자 자속에 영향을 주는 현상이에요. 지상 역률에서는 감자, 진상에서는 증자, 역률 1에서는 교차자화가 일어나 기전력과 단자전압이 달라져요. 이 복잡한 자기 효과를 동기 리액턴스 Xs 안의 전압 강하로 옮기면 페이저와 등가회로로 다루기 쉬워져요. 역률 모드를 바꿔 가며 자속 방향과 감자·증자 효과가 어떻게 바뀌는지 살펴봐요.

전기자 반작용이란?

⚙️ 부하를 걸면 자석의 세기가 변한다!

무부하 상태에서는 계자 자속(Φf)만 존재한다.

①그런데 부하를 연결하면 전기자에 전류(Ia)가 흐르고, 이 전류가 만드는 자속(Φa)이 생긴다.

②Φa가 원래 Φf에 영향을 주는 현상이 바로 '전기자 반작용'이다.

③수도관 비유: 메인 수압(Φf)에 대해 지류(Φa)가 수압을 높이거나 낮추는 것과 비슷하다.

역률에 따른 전기자 반작용

부하율60%

🔍 3가지 경우를 비교하자

저항 부하: Ia가 E와 동상 → Φa가 Φf에 수직

①주자속을 약화시키지도 강화시키지도 않고, 자속 분포를 찌그러뜨린다 (교차자화).

①실효적으로는 약간의 감자 효과

감자·증자·교차자화 비교

지상역률 → 감자

지상역률 (cosθ < 1, 유도성) → 감자 작용

Φa가 Φf를 약화 → 단자전압 하락. 발전기 운전 시 가장 흔하고 중요

진상역률 → 증자

진상역률 (cosθ < 1, 용량성) → 증자 작용

Φa가 Φf를 강화 → 단자전압 상승. 콘덴서 부하, 경부하 송전선

역률1 → 교차자화

역률 1 (cosθ = 1, 저항성) → 교차자화 작용

Φa가 Φf에 수직 → 자속 분포 왜곡 (편자 작용)

등가 리액턴스와 동기 임피던스

동기 리액턴스

X_s = X_a + X_l

동기 리액턴스 = 전기자 반작용 리액턴스 + 누설 리액턴스

동기 임피던스

Z_s = R_a + jX_s

Ra는 전기자 저항, 보통 Xs >> Ra

💡 왜 리액턴스로 바꾸는가?

자속 변화 → 기전력 변화라는 복잡한 자기적 현상을

①전압 강하(jXs·Ia)라는 간단한 전기적 등가로 변환하면

①회로 해석(페이저 다이어그램, 등가회로)이 훨씬 쉬워진다.

시험 정리

지상→감자

유도성 부하

전압↓

진상→증자

용량성 부하

전압↑

역률1→교차자화

저항 부하

자속왜곡

동기리액턴스

X_s = X_a + X_l

전기자반작용 리액턴스 + 누설 리액턴스

📝 시험 포인트

①지상역률(유도성) → 감자, 진상역률(용량성) → 증자 (핵심!)

②순수 저항 부하(역률1) → 교차자화 (편자 작용)

③감자 작용 보상: 여자전류를 증가시켜 Φf를 키움

④동기 리액턴스 Xs = Xa + Xl에서 Xa >> Xl이 일반적

⑤전기자 반작용은 부하가 커질수록(Ia↑) 영향이 커짐

📝 대표 기출문제

①[기출유형] 동기발전기에 유도성 부하를 걸면 전기자 반작용은? (답: 감자 작용. 주자속 감소)

②[기출유형] 동기발전기의 단자전압이 무부하 때보다 높아지는 경우는? (답: 진상역률(용량성) 부하. 증자 작용)

③[기출유형] 동기 리액턴스 Xs의 구성은? (답: Xs = Xa(전기자반작용) + Xl(누설))