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1. 전기 기기 > 3. 동기기 > 1. 동기 발전기의 구조 

 

1. 3상 대칭 기전력의 발생 원리

 

최대치: Vm

실효치: Vms

상전압: Vp  : A/B/C와 N간

선간전압: VL : A/B/C 간

 

A상, B상, C상, N상

 

Va = Vm sin ω t                    ω: 오메가, 각속도

Vb = Vm sin( ω t   - 120도)

Vc = Vm sin( ω t   - 240도)

 

 

2. 회전자의 종류

 

1) 회전 계자형: 전기자 권선이 고정자이고 계자 권선이 회전자인 구조 (동기 발전기에서 사용)

 

2) 회전 전기자형: 계자 권선이 고정자이고 전기자 권선이 회전자인 구조 (직류 발전기에서 사용)

 

3) 회전 계자형과 회전 전기자형의 구조 비교

 

4) 유도자형: 계자와 전기자 권선이 모두 고정이고 유도자가 회전자인 구조 (고주파 발전기에서 사용)

 

 

3. 동기기를 회전 계자형으로 하는 이유

 

1) 전기자 보다 계자가 철의 분포가 많기 때문에 회전시 기계적으로 튼튼하다.

 

2)전기자는 권선을 많이 감아야 하므로 회전자로 하면 크기가 커진다.

 

3)계자 권선은 직류의 저전압, 소전류이므로 브러시를 통해 인출하기가 쉽다.

 

4) 계자 권선은 저전압이므로 절연하기가 쉽다.

 

5) 계자 권선은 직류의 저전압, 소전류이므로 소요 전력이 작다.

 

6) 고압의 전기자 권선을 고정자로 하면 전기자의 절연이 용이하다.

 

7) 고장 시의 과도 안정도를 높이기 위하여 회전자의 관성을 크게하기 쉽기 때문이기도 하다.

 

8) 회전 진기자의 경우보다 발전기 제작과 경제성 면에서 유리하다.

 

 

4. 동기 발전기 여자 방식

 

1) 직류 여자기 방식

 

-별도로 설치된 정지형 정류 장치 (static reflector)를 이용하여 주 발전기에 계자 전류를 공급하는 방식

-슬립링과 브러시가 필요하다.

 

2) 브러시레스 여자 방식

 

-회전 전기자형 교류 여자 발전기에서 발생한 교류를 축과 함께 회전하는 실리콘 정류기를 거쳐 직류로 정류하여 주 교류 발전기의 계자 권선을 여자하는 방식이다.

-이 여자 방식은 슬립링과 브러시가 없으므로 유지 정비가 용이하다.

 

3) 정류기 여자 방식

 

-주 정류기에 사이리스터를 사용하여 직접 여자 제어를 하는 방식이다.

-사이리스터로 직접 제어되기 때문에 시간 지연이 거의 없고 응답이 빠르다.

 

 

5. 회전자의 구조

 

1) 동기 속도

 

-교류 전원을 사용하는 동기기나 유도기에서 만들어지는 회전 자기장의 회전속도를 말한다.

-동기 속도는 전원의 주파수에 비례하고 자극의 수에 반비례한다.

 

Ns = 120 f / p   [rpm] 

 

f [Hz] : 주파수, p : 극수

 

2) 돌극형 발전기

 

-회전자 자극이 돌출된 형태의 구조이다.

-고정자와 회전자 간의 공극이 넓어서 공기 냉각 방식을 채용한다.

-원심력에 약하며 저속기 (수차발전기)에 사용되고 단락비가 크다

-저속일므로 극수가 많은 것을 사용한다.

 

3) 비돌극 (원동) 형 발전기

 

-회전자 자그이 원통 형태의 구조이다.

-고정자와 회전자 간의 공극이 좁아서 수소 냉각 방식을 채용한다.

-원심력에 강하여 고속기 (터빈 발전기)에 사용되고 단락비가 작다.

-고속이므로 극수가 적다 (2극  또는 4극)

 

 

6. 전기자 권선법

 

-단층권

-이층권 - 파권

              -중권 - 집중권

                        - 분포권 - 전절권

                                      - 단절권

 

1) 집중권과 분포권

-집중권: 매극 매상의 도체를 1개의 슬롯에 집중시켜서 권선하는 방법

-분포권: 매극 매상의 도체를 2개 이상의 슬롯에 분포 시켜서 권선하는 방법

 

-분포권의 장단점

a. 고조파를 감소시켜 파형을 개선한다.

b. 누설 리액턴스가 감소된다.

c. 집중권에 비하여 기전력이 감소한다.

 

-분포권 계수 및 유기 기전력의 관계

 

a. 분포 계수

 

Kd = sin ( π  / 2 m ) / q sin ( π  / 2 m q)

 

m: 상수, q: 매극 매상당 슬롯수

 

b. 유기 기전력

 

E = 4.44 Kd Kp f Φ W [V]

 

Kd : 분포권 계수, Kp : 단절권 계수, Φ : 자속 [Wb], W: 1상당 권수 (회)

 

2) 전철권과 단절권 (단절권의 장단점)

 

- 단절권은 코일 간격을 극 간격보다 짧게 하는 권선법이다.-고조파를 감소시켜 파형을 개선한다.-권선의 양이 절약된다.-전철권에 비하여 유기 기전력이 감소한다.

 

-단절권 계수   Kp = sin ( β  π  / 2 )

 

β = 코일 간격 / 극 간격, 제 5 고조파 제거 시 β = 0.8

 

 

7. 전기자 권선을 Y 결선하는 이유

 

1) 이상 전압의 방지: 중성점을 접지할 수 있으므로 권선 보호 장치의 시설이나 중성점 접지에 의한 이상 전압의 방지 대책이 용이하다.

 

2) 코로나, 열화 감소: 상전압이 낮기 때문에 (선간 전압의 1/ √ 3) 코일의 절연이 쉽고 코이르이 코로나 및 열화 등이 적다

 

3) 고조파 순환 전류 발생 방지: 권선의 불평형 및 제 3 고조파 ( 그 배수 포함) 등에 의한 순환 전류가 흐르지 않는다.

 

4) 고전압 발생 유리: 같은 상전압에서도 Δ  델타 결선에 비해 √ 3 배의 선간 전압을 얻을 수 있으므로 고전압 송전에 유리하다.

 

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