전기기사 전기기기 · 직류발전기의 병렬운전

Parallel Operation & Load Sharing

직류 발전기 병렬 운전은 여러 대를 같은 모선에 나란히 물려, 전압은 그대로 두고 전류 용량을 키우는 운전이다. 두 발전기는 모선 전압 V 를 함께 쓰므로 각자의 분담 전류는 (E − V)/Ra 로 정해지고, 기전력이 높거나 전기자 저항이 작은 쪽이 더 많이 떠맡는다. 기전력 차이가 지나치게 크면 낮은 쪽으로 전류가 거꾸로 흘러 그 발전기가 전동기처럼 돌고 과열될 수 있어요. E₁ · E₂ 와 총 부하 전류 슬라이더를 움직이면 모선 전압 V 와 두 발전기의 분담 막대가 바뀌고, 역전류가 생기면 그 값이 빨간 음수로 나와요.

발전기를 나란히 잇는 까닭

🏭 발전기 한 대로 모자랄 때

큰 공장처럼 전력 수요가 많으면 발전기 여러 대를 함께 써야 한다.

①이때 발전기들을 같은 모선에 나란히 잇는 것이 병렬 운전이다.

②직렬이 아니라 병렬로 잇는 것은 전압을 그대로 두고 전류 용량을 늘리기 위해서예요.

✅ 병렬 운전의 장점

①부하가 늘면 발전기를 더 투입해 맞출 수 있다

②한 대가 고장 나도 나머지가 계속 전기를 댄다

③각 발전기를 효율이 좋은 부하 근처에서 돌릴 수 있다

④한 대를 정비하는 동안에도 나머지로 운전을 이어 갈 수 있어요

병렬 운전 조건과 부하 분담

G1 기전력 E₁220 V

G2 기전력 E₂220 V

총 부하 전류 IL80 A

⚠️ 아무 발전기나 붙이면 안 된다

병렬 운전에는 지켜야 할 조건이 있다.

①기전력이 같아야 한다(E₁ ≈ E₂).

②극성이 같아야 한다(+ 는 + 끼리, − 는 − 끼리).

③외부 특성이 수하 특성(부하가 늘면 V 가 내려감)이어야 한다.

④E₁ 과 E₂ 를 다르게 두면 무슨 일이 생기는지 슬라이더로 바로 볼 수 있어요.

🔥 기전력이 다르면

E₁ 을 E₂ 보다 높게 두면 막대 그래프가 달라진다.

①G1 이 부하를 더 많이 떠맡고 G2 는 적게 맡는다.

②E₁ 이 E₂ 보다 훨씬 크면 G2 의 분담이 음수가 되는데, G2 로 전류가 거꾸로 들어가 전동기로 돈다는 뜻이다.

③이 역전류는 G2 를 과열시키고 손상시킬 수 있다.

④그래서 병렬로 넣기 전에 두 기전력을 맞춰 둬야 해요.

부하 분담 공식

모선 전압

V = E₁ − I₁·Ra₁ = E₂ − I₂·Ra₂

병렬로 이어진 모든 발전기의 단자 전압은 모선 전압 V 로 같다

발전기별 분담 전류

I₁ = E₁ − VRa₁, I₂ = E₂ − VRa₂

기전력이 높거나 전기자 저항이 작은 발전기가 더 많이 분담한다

부하 전류의 합

I_L = I₁ + I₂

총 부하 전류는 각 발전기 분담 전류의 합이다

💡 핵심 포인트

①기전력이 높은 발전기가 부하를 더 많이 분담한다

②전기자 저항이 작은 발전기가 부하를 더 많이 분담한다

③E₁ = E₂ 이고 Ra₁ = Ra₂ 이면 부하를 정확히 반씩 나눈다

④이 그림처럼 Ra 가 다르면(0.4 Ω · 0.5 Ω) 기전력이 같아도 분담이 고르지 않아요

분권 · 직권 · 복권의 병렬 운전

✅ 분권 발전기의 병렬 운전: 가장 안정

분권 발전기는 수하 특성(부하가 늘면 V 가 내려감)을 가진다.

①이 성질이 부하 분담을 저절로 맞춰 준다.

②한쪽이 부하를 더 지면 그쪽 전압이 내려가 전류가 줄어든다.

③다른 쪽은 상대적으로 전압이 높아져 전류가 는다.

④그래서 저절로 균형이 잡히고 균압선이 필요 없어요.

❌ 직권 발전기의 병렬 운전: 불안정

직권 발전기는 상승 특성(부하가 늘면 V 가 올라감)을 가진다.

①한쪽이 부하를 조금 더 지면 전류와 자속이 커져 E 와 V 가 오른다.

②전압이 오르니 전류가 더 몰리는 되먹임이 생긴다.

③결국 한쪽에 전류가 몰리고 다른 쪽은 0 이 되어 불안정하다.

④두 직권 계자를 균압선으로 이어 같은 전류가 흐르게 해야 안정돼요.

🔗 복권 발전기: 과복권은 주의

①부족 복권: 수하 특성이라 분권처럼 안정되게 병렬 운전할 수 있다

②평복권: 거의 수평이라 안정적이다

③과복권: 상승 특성이라 직권처럼 불안정해 균압선이 필요해요

분권

안정(수하 특성)

저절로 균형 → 균압선 필요 없음

직권

불안정(상승 특성)

균압선으로 강제 균형 → 균압선 필수

시험 정리

병렬 운전 3 조건

E₁ ≈ E₂, 같은 극성, 수하 특성

세 가지를 모두 갖춰야 안정되게 병렬 운전할 수 있다

부하 분담

V = E₁ − I₁Ra₁ = E₂ − I₂Ra₂, I_L = I₁ + I₂

모선 전압이 같다는 조건으로 각 발전기의 분담 전류를 구한다

📝 시험 포인트

①병렬 운전 조건 세 가지: 기전력이 같을 것, 극성이 같을 것, 수하 특성일 것

②부하 분담: V = E₁ − I₁Ra₁ = E₂ − I₂Ra₂, I₁ + I₂ = IL

③분권 발전기는 수하 특성이라 안정되게 병렬 운전하며 균압선이 필요 없다

④직권 발전기는 상승 특성이라 불안정해 균압선이 필요하다

⑤과복권도 상승 특성이라 균압선이 필요해요

📝 대표 기출 유형

①[부하 분담] 직류 분권 발전기 2 대 병렬, E₁ = 230 V, Ra₁ = 0.2 Ω, E₂ = 225 V, Ra₂ = 0.3 Ω, IL = 0(순환 전류만) → V = (E₁Ra₂ + E₂Ra₁)/(Ra₁ + Ra₂) = 228 V, I₁ = (E₁ − V)/Ra₁ = 10 A, I₂ = (E₂ − V)/Ra₂ = −10 A

②[균압선] 직류 발전기 병렬 운전에서 균압선이 필요한 것 → 직권 발전기, 과복권 발전기

③[조건] 병렬 운전 조건이 아닌 것 → 주파수(직류라 주파수 조건이 없어요)

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전압 방정식과 전압변동률

직류전동기의 종류와 특성

마지막 수정 2026-10-20

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