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전기기능사 전기기기 · 동기발전기

Synchronous Generator

동기 발전기는 직류로 여자한 회전자(계자)를 돌려 고정자(전기자) 코일에 교류 전압을 유도하는 기계로, 주파수가 회전 속도와 극수로 정해진다(f = PN/120). 회전 계자형을 쓰는 이유, 계자에 직류를 대는 여자 방식, 전압 변동률과 병렬 운전 조건을 다룬다. 그림에는 바깥 고정자의 세 상 코일과 안쪽에서 도는 회전자의 N · S 극이 있어요. 극수 · 회전 속도 슬라이더를 옮기면 위쪽 설정값과 아래쪽 발생 주파수가 바뀌어요.

동기 발전기의 원리: 자석을 돌려 전기를 만든다

4
1800 rpm
💡 발전기의 원리
①회전자에 직류로 여자한 전자석(계자)을 두고 바깥에서 돌린다
②그러면 고정자(전기자) 코일을 지나는 자속이 바뀌어 교류 전압이 유도된다
③발생 주파수는 회전 속도와 극수가 정해요
④우리나라 계통은 60 Hz 라서 4극 발전기는 1,800 rpm 으로 돌려야 한다

주파수와 동기 속도

발생 주파수
f = P × N120
f: 주파수 [Hz] · P: 극수 · N: 회전 속도 [rpm]
🎯 지금 설정값
①극수 P = 4, 속도 N = 1800 rpm
②발생 주파수 f = 4 × 1800/120 = 60.0 Hz
③우리나라 전력 계통은 60 Hz 라서 4극 발전기는 1800 rpm 으로 돌려야 해요

발전기 구조와 여자 방식

발전기 구조

회전 계자형을 쓰는 이유

여자 방식

계자에 직류를 대는 방법

전압 변동률과 병렬 운전

전압 변동률
ε = V0 - VV × 100 [%]
V₀: 무부하 전압 · V: 정격 전압

병렬 운전 조건

병렬 운전의 다섯 조건
기전력 크기
다르면 무효 순환 전류
같아야 함
주파수
다르면 동기화 전류가 주기적으로 흘러 난조
같아야 함
위상
다르면 유효 순환 전류(동기화 전류)
같아야 함
파형
다르면 고조파 순환 전류
같아야 함
상회전 방향(3상)
상 순서가 같아야 투입 가능
같아야 함
💡 병렬 운전을 하는 까닭
①한 대로 모자란 전력을 여러 대가 나눠 낸다
②한 대를 점검하거나 한 대가 고장 나도 나머지가 전력을 이어 보낸다
③조건이 맞지 않은 채 투입하면 큰 순환 전류가 흘러 기기가 상해요

정리

주파수 식
f = PN120
주파수 = 극수 × 회전 속도 ÷ 120
전압 변동률
ε = V0 - VV × 100%
무부하 전압과 정격 전압의 차이를 정격 전압으로 나눈 비율
🎯 시험에서 묻는 것
①f = PN/120
②동기 발전기는 회전 계자형이 표준이고 전기자가 고정돼 있다
③병렬 운전 조건은 기전력의 크기 · 주파수 · 위상 · 파형과 3상의 상회전 방향이다
④전압 변동률이 작을수록 부하가 바뀌어도 전압이 덜 흔들려요
⑤60 Hz, 4극이면 1,800 rpm
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