동기발전기 특성곡선은 무부하·단락·외부·조정 특성처럼 운전점을 그림으로 보여 줘요. 무부하 포화 곡선과 단락비는 동기 임피던스·안정도 감각을 주고, 외부특성은 부하 역률에 따라 전압이 떨어지는 모양을 보여요. 곡선 이름을 보고 축과 의미를 바로 떠올리는 연습이 필요해요. 특성 종류를 골라 곡선 형태와 읽는 포인트가 어떻게 다른지 비교해 봐요.
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
50%
70%
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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
Zs = VocIsc (같은 If에서)
무부하 개방전압 / 단락전류 = 동기 임피던스
근사
Xs ≈ Zs (Ra 무시 시)
보통 Ra << Xs이므로 Zs ≈ Xs로 근사
단락전류
Is = 100%Zs × In
%Zs에서 정격전류 대비 단락전류 계산
단락비 Ks
단락비 정의
Ks = If0Ifs = 1Xs (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
Zs = VocIsc
같은 If에서
단락비
Ks = If0Ifs
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)