1. 전기기기 > 1. 직류 발전기 > 2. 직류 발전기의 특성

1. 전기기기 > 1. 직류 발전기 > 2. 직류 발전기의 특성

 

1. 직류 발전기의 유기 기전력

 

1) 직류발전기의 전기자 권선에 유기되는 유기 기전력은 전기자 권선에 쇄교되는 자속량 Φ 피 [Wb 웨버] , 사용한 전기자 총 도체수 Z, 발전기의 회전수 N에 비례하여 기전력이 발생된다.

 

E = p * Z * Φ / 60 * a [V]

 

p: 극수, Z: 전기자도체수, Φ 피 [Wb 웨버]: 자속, N : 회전수 [rpm] , a: 전기자 병렬 회로수

 

2) 위 식에서 전기자 병렬 회로수 a는 중권과 파권의 종류에 따라서 나뉜다.

-중권: a = p (중권에서는 전기자 병렬 회로수와 극수는 항상같다)

-파권: a = 2 (파권에서는 전기자 병렬 회로수는 항상 2이다.

 

2. 정류자 편수와 정류자 편간 유기되는 전압

 

1) 정류자 편수: 정류자는 수개의 정류자 편으로 이루어져 있으므로 정류자 편수는 다음 식으로 구한다

 

K = 총 전기자 도체수 / 2 = 슬롯 한개에 들어가는 코일 변수 * 전체 슬롯수 / 2

 

2) 정류자 편 1개당 전기자 도체는 항상 2개씩 소요 되므로 전기자 총 도체수를 구한 후 이를 2로 나누어 주면 그것이 정류자 편수가 된다. 

 

3) 정류자 편간 평균 전압

 

-어느 정류자 편과 이와 이웃하는 정류자 편 사이의 전압은 그 사이에 접속된 코일 만큼 전압이 유기한다.

-정류자 편간 전압 e = 총전기자 유기 기전력 / 정류자 편수 = E * p / K [V]

 

E: 전기자 권선에 유기되는 유기 기전력 [V], p: 극수 [극], K: 정류자 편수

 

3. 리액턴스 전압

 

1) 리액턴스 전압의 정의

 

- 직류 발전기의 구조상 브러시와 접촉된 정류자 편이 이동하면서 전기자 코일의 전류의 방향이 바뀌게 된다.

-전가자 코일은 유도성 소자이므로 전류의 급격한 변화를 막기 위하여 전기자 코일에 리액턴스 역기전력이 발생한다.

 

eL = L * di(t) / dt = L * ( Ic - ( - Ic) ) / Tc = L * 2 Ic / Tc [V]

 

L: 정류 코일의 자기 인덕턴스[H], Tc: 정류 시간 [sec], Ic: 정류자에 의해서 정류된 전류 [A]

 

-> 리액턴스 전압도: 패러데이의 전자 유도 법칙 원리이다.

 

2) 리액턴스 전압이 발전기에 주는 악영향: 전기자 코일에 리액턴스 전압이 크게 유기되면 브러시에 단락 상태가 된 정류자 편에는 불꽃이 발생하여 정류자 표면과 브러시를 손상시켜 정류자와 브러시 수명이 단축되고 정류를 방해하게 된다.

 

 

4. 전기자 반작용

 

1) 전기자 반작용의 정리

 

-전기자 전류에 의해서 생기는 자속이 계자 권선에서 발생되는 주자속에 영향을 주어 자속이 일그러지면서 감소하는 현상이다

 

2) 전기자 반작용에 의한 악영향

 

-자속 (Φ 피) 감소 -> 기전력 E 감소 -> 발전기 출력 (P) 감소

-전기적 중성축 이동: 발전기는 회전 방향으로 이동, 전동기는 회전 반대방향으로 이동 

-정류자 편간 국부적인 불꽃 발생으로 정류 불량 및 브러시 손상이 일어난다

-발전기의 전체적인 효율 저하를 일으킨다.

 

3) 전기자 반작용 방지 대책

 

- 브러시를 중성축 이동 방향과 같게 이동시킨다.

-보상권선 설치 (가장 좋은 대책): 계자극의 철심 부분에 홈을 파고 전기자 권선과 직렬 연결한 권선, 대부분의 전기자 반작용을 상쇄 시킬 수 있는 가장 효과적인 방법

-보극 설치: 계자극 부분의 계자극과 90도 위치의 빈곳에 보조극을 설치하여 전기자 권선과 직렬로 연결한 권선, 중성축에서 발생되는 전기자 반작용을 상쇄시키는 데 효과가 우수하다

 

5. 직류 발전기의 정류 작용

 

1) 정류 작용의 정의

-전기자 권선에서 유기되는 전류는 교류이므로 이를 직류로 변환시키는 것을 말하며 정류자편수가 많으면 많을 수록 직류의 맥동이 감소하고 평활한 직류 파형을 얻을 수 있다.

 

-정류 작용을 나쁘게하는 원인

-리액턴스 전압이 너무 클 때: 전기자 코일에 리액턴스 전압이 크게 유기되면 브러시 단락 상태가 된 정류자 편에는 불꽃이 발생하여 정류자 표면과 브러시를 손상시켜 정류자와 브러시 수명이 단축되고 정류를 방해하게된다.

-보극이 없거나 보극의 위치가 부적당할 때: 보극이 없으면 전기자 반작용에 의한 영향이 커져 정류 작용이 그만큼 전하된다.

-브러시의 위치 및 재질이 나쁠 때 : 브러시의 설치 위치가 부적당하거나 브러시의 종류가 적절하지 못하면 정류자 편과 브러시에서 불꽃이 많이 발생되어 정류 작용이 나빠진다.

 

 

2) 양호한 정류 대책

-리액턴스 전압을 작게한다: 브러시 접촉 전압 강하

-보극을 적당한 위치에 설치한다. (전압 정류 효과)

-탄소 브러시를 사용한다. (저항 정류 효과)

-전기자 권선을 전절권 대선 단절권으로 적용한다.

-정류주기를 길게한다. (회전자 속도를 낮춤)

 

3) 정류곡선

-직선정류: 가장 이상적인 정류 작용 

-정현전류: 양호한 정류 작용

-부족 정류: 브러시 말단 부분에서 불꽃 발생

-과정류: 브러시 앞단 부분에서 불꽃 발생