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전기기사 전기기기 · 동기발전기의 특성곡선

Characteristics of Synchronous Generator

동기 발전기의 성질은 계자 전류 If 를 가로축에 놓은 두 곡선, 곧 무부하 포화 곡선(OCC)과 삼상 단락 곡선(SCC)으로 거의 다 읽힌다. OCC 는 철심 포화 때문에 위로 갈수록 눕고, SCC 는 단락 상태에서 전기자 반작용이 자속을 줄여 포화가 없으므로 곧은 직선이다. 두 곡선에서 정격 전압과 정격 전류를 내는 계자 전류의 비가 단락비 Ks 이며, 이 값 하나로 전압 변동률 · 안정도 · 기계 크기를 가늠해요. 계자 전류 슬라이더로 위 그래프의 두 점이 곡선을 따라 움직이고, 포화도 슬라이더를 올리면 OCC 가 더 눕고 아래 그림의 If0 와 Ks 가 커져요.

무부하 포화 곡선(OCC)이란

📈 계자 전류를 올리면 전압도 오르지만
발전기를 무부하로 돌리며 계자 전류 If 를 0 부터 서서히 올려 본다.
①처음에는 If 에 비례해 전압 V 가 곧게 오른다(공극선을 따르는 직선 구간).
②어느 지점부터 철심이 자기 포화되며 같은 If 를 더 넣어도 전압이 덜 오른다.
③그래서 OCC 는 공극선에서 점점 아래로 벌어지는 곡선이 돼요.

OCC 와 SCC 그래프

50%
70%
🔍 두 곡선의 차이
OCC(무부하 포화 곡선, 금색)는 계자 전류에 대한 무부하 전압으로, 포화 때문에 휘어 있다.
①SCC(단락 곡선, 파랑)는 계자 전류에 대한 단락 전류로, 늘 직선이다.
②단락 상태에서는 전기자 반작용이 자속을 크게 줄여 철심이 포화하지 않기 때문이에요.

동기 임피던스 재기

동기 임피던스
Zs = VocIsc (같은 If 에서)
같은 계자 전류에서 무부하 개방 전압 ÷ 단락 전류 = 동기 임피던스
근사
Xs ≈ Zs (Ra 를 무시할 때)
보통 Ra ≪ Xs 라 Zs ≈ Xs 로 놓는다
단락 전류
Is = 100%Zs × In
%Zs 로 정격 전류에 대한 단락 전류를 셈한다

단락비 Ks

단락비의 정의
Ks = If0Ifs = 1Xs (pu)
If0: 정격 전압을 내는 계자 전류, Ifs: 정격 전류를 흘리는 계자 전류. Xs(pu)의 역수다
💡 단락비가 큰 기계의 여섯 가지 특성
Ks 가 크다는 것은 Xs 가 작다는 뜻이다.
①전압 변동률이 작아 부하가 바뀌어도 전압이 안정적이다.
②안정도가 높아 탈조가 잘 일어나지 않는다.
③동기화력 Ps 가 크다.
④단락 전류가 커서 차단 설비 부담이 크다.
⑤철을 많이 써서 기계가 크고 비싸다.
⑥공극이 크다는 점까지 여섯 가지가 한 묶음으로 나와요.
Ks 가 큰 기계
수차 발전기(돌극형)
안정도 ↑ 전압 변동률 ↓ 크기 ↑
Ks 가 작은 기계
터빈 발전기(원통형)
안정도 ↓ 전압 변동률 ↑ 크기 ↓

시험 정리

Zs 재기
Zs = VocIsc
같은 If 에서
단락비
Ks = If0Ifs
Xs(pu)의 역수
단락비 = 역수
Ks = 1/Xs(pu)
핵심 관계
SCC 의 특성
SCC 는 늘 직선
단락 상태에서는 포화가 없다
📝 시험 포인트
①OCC 는 포화 때문에 휜 곡선, SCC 는 직선이라는 점을 꼭 구분한다
②동기 임피던스 = 같은 If 에서 Voc/Isc
③단락비 Ks = If0/Ifs = 1/Xs(pu)의 역수 관계가 핵심이다
④Ks 가 큰 기계는 수차 발전기(돌극형), 작은 기계는 터빈 발전기(원통형)다
⑤Ks 가 큰 기계는 전압 변동률 ↓, 안정도 ↑, 동기화력 ↑, 단락 전류 ↑, 크기 ↑, 공극 ↑ 이다
⑥포화가 셀수록 OCC 가 공극선에서 더 멀어지고 If0 가 커져요
📝 대표 기출 유형
①[단락비] 단락비가 큰 동기 발전기의 특성이 아닌 것 → 「기계가 작다」(실제로는 크다)
②[관계] 단락비와 동기 리액턴스(pu)의 관계 → 역수, Ks = 1/Xs(pu)
③[SCC] 삼상 단락 곡선이 직선인 이유 → 단락 때 전기자 반작용의 감자 작용으로 철심이 포화하지 않아서예요
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동기 임피던스와 등가회로
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전압변동률

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