직류발전기의 종류와 특성

여자 방식에 따른 분류와 외부특성곡선

직류발전기 종류는 계자 전류를 어디서 가져오느냐로 갈려요. 타여자는 외부 전원으로 안정적이고, 분권·직권·복권 자여자는 자기 출력으로 여자하며 외부특성 곡선 모양이 달라요. 부하가 늘 때 전압이 어떻게 떨어지는지가 여자 방식별 시험 포인트예요. 회로도와 외부특성 곡선에서 여자 방식별 V-IL 기울기 차이를 비교해 봐요.

도입

🤔 계자권선에 전류를 어디서 가져오느냐의 문제

직류발전기가 자기장을 만들려면 계자권선에 전류(여자전류)가 필요하다.

①이 여자전류를 어디서 공급하느냐에 따라 발전기 종류가 나뉜다:

②

• 타여자: 별도의 외부 전원으로 공급

③

• 자여자: 자기 자신이 발전한 전기로 공급

④자여자는 다시 3가지: 분권, 직권, 복권

🍕 피자 가게 비유

발전기를 피자 가게라고 생각하자:

①타여자 = 재료(밀가루)를 외부에서 사온다 → 안정적이지만 비용 발생

②분권(자여자) = 팔린 피자 수익의 일부로 밀가루를 산다 → 자급자족

③직권 = 손님이 올수록 밀가루를 더 산다 → 손님 없으면 문 닫음

④복권 = 기본 재료(분권) + 손님 비례 추가(직권) → 가장 안정적

타여자/분권

부하전류 IL20 A

🔋 타여자 발전기: 가장 단순하고 안정적

계자 전류가 외부 전원에서 오므로 부하가 변해도 자속(Φ)이 일정하다.

①V = E − Ia·Ra에서 부하↑ → Ia↑ → 전압강하 증가 → V 약간 감소

②그래프: 거의 수평에 가까운 직선 (전압이 잘 안 변한다)

③장점: 전압 제어가 쉽다 / 단점: 외부 전원이 필요하다

🔌 분권 발전기: 자기 전압으로 여자

계자권선이 부하와 병렬(shunt)로 연결된다.

①부하↑ → Ia↑ → V↓ → 여자전류(V/Rf)도↓ → Φ↓ → E↓ → V 더 ↓

②악순환! 타여자보다 전압 강하가 크다

③그래프: 타여자보다 더 많이 처지는 곡선

④부하가 너무 크면 전압이 급락할 수 있다 (과부하 주의)

V = E − Ia·Ra (Ia = IL + If)

분권: 전기자 전류 = 부하전류 + 여자전류

직권

⚡ 직권 발전기: 특이한 녀석

계자권선이 부하와 직렬(series)로 연결된다.

①부하전류 = 여자전류! (IL = If = Ia)

②무부하(IL=0)이면 여자전류도 0 → 자속도 0 → 발전 불가!

③부하↑ → 여자전류↑ → Φ↑ → E↑ → V↑ (처음엔 전압이 올라간다!)

④하지만 어느 시점부터 IaRa 전압강하가 커져서 V 감소

⑤그래프: 0에서 시작 → 증가 → 꺾여서 감소하는 독특한 형태

V = E − Ia·(Ra + Rf) (Ia = IL)

직권: 전기자 전류 = 부하전류 = 여자전류

⚠️ 직권 발전기의 특징

①전압이 불안정하므로 일반 전원으로는 부적합

②하지만 특수 용도에는 유용: 부스터(전압 보상기) 등

③무부하에서 전압 = 0이라는 것이 시험 핵심 포인트!

복권

🔗 복권 = 분권 + 직권의 합체

분권의 안정성 + 직권의 부하 보상 능력을 합쳤다!

①분권 권선: 기본 여자 (안정적 자속 제공)

②직권 권선: 부하에 비례하여 추가 여자

③부하↑ → 직권 효과로 Φ가 약간 증가 → 전압강하를 보상

④그래프: 거의 수평! 전압이 일정하게 유지된다

📊 복권의 3가지 종류

직권 권선의 세기에 따라:

①

• 과복권: 직권 효과가 커서 부하↑ → V↑ (전압이 오히려 올라감)

②

• 평복권: 딱 맞게 보상 → V 거의 일정 (이상적!)

③

• 부족복권: 직권 효과가 부족 → V 약간↓ (분권과 비슷)

평복권: V ≈ 일정 (부하 변동에 무관)

실무에서 가장 많이 사용되는 발전기 타입

정리

V = E − Ia·Ra

모든 직류발전기의 기본 전압 방정식 (Ra에 주의)

📝 시험 포인트

①타여자: 외부 전원, 전압 안정, V = E − IaRa

②분권: 병렬 여자, If = V/Rf, Ia = IL + If

③직권: 직렬 여자, Ia = IL = If, 무부하시 V≈0

④복권: 분권+직권, 평복권이 가장 안정

⑤전압변동률 = (V₀ − Vn)/Vn × 100% (V₀: 무부하, Vn: 정격)

분권: Ia = IL + If

전기자 = 부하 + 여자

직권: Ia = IL = If

전부 같은 전류!