다음 중 동기기의 안정도 향상대책이 아닌 것은?
- 동기임피던스를 크게 할 것
- 회전자의 플라이휠 효과를 크게 할 것
- 조속기를 신속하게 동작하게 할 것
- 단락비를 크게 할 것
정답과 해설 보기
정답 ①
동기기 안정도는 동기임피던스가 작을수록 좋다 — 크게 하는 것은 역효과다.
개념 한 쪽
전기기능사 동기발전기 이론 및 특성 — 전기자 반작용과 단락비
동기발전기의 특성은 부하 전류의 위상에 따라 달라지는 전기자 반작용, 권선 방식인 단절권, 단락비와 퍼센트 동기임피던스로 정리된다. 발전기에서는 지상 전류가 감자, 진상 전류가 증자 작용을 하고, 역률 1에서는 교차 자화 작용이 나타난다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「동기발전기 이론 및 특성에관한 사항 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 안정도 향상 대책 | 1 | 동기기의 안정도를 높이는 수단에서 벗어난 것 가려내기 |
| 단락비와 공극 설계 | 1 | 단락비로 퍼센트 동기 임피던스 계산 · 공극 크기가 성능에 주는 영향 |
| 여자전류와 단절권 특징 | 1 | 여자전류 크기를 바꿀 때 나타나는 변화 · 단절권의 성질 판정 |
뜻
전기자 반작용은 전기자 전류가 만든 자기장이 계자 자속에 영향을 주는 현상이다. 동기발전기에서는 전류의 위상에 따라 작용이 갈린다. 전류가 기전력에 대하여 90° 늦는 지상 전류는 자속을 약하게 하는 감자 작용, 90° 앞서는 진상 전류는 자속을 강하게 하는 증자 작용을 한다. 전류가 기전력과 같은 위상이면 자속 축을 비트는 교차 자화 작용이 된다.
단절권은 코일 간격을 극 간격보다 짧게 감는 방식이다. 고조파가 상쇄되어 기전력 파형이 좋아지고 코일이 짧아 재료가 절약되지만, 전절권보다 합성 유기기전력은 감소한다. 따라서 「단절권이 전절권보다 합성 기전력을 크게 한다」는 설명은 틀린 설명이 된다.
단락비와 퍼센트 동기임피던스는 역수 관계이다. 단락비 Ks = 100/%Z이고, %Z = 100/Ks이다. 단락비가 1.2이면 %Z = 100/1.2 ≈ 83%이다. 단락비가 클수록 동기임피던스가 작아져 안정도가 높아진다.
안정도는 부하 변동에도 동기 상태를 유지하는 능력이다. 동기임피던스가 작을수록, 단락비가 클수록 안정도가 좋다. 그러므로 동기임피던스를 크게 하는 것은 안정도 향상 대책이 아니라 안정도를 나쁘게 하는 방향이다.
공극이 큰 동기기는 단락비가 커진다. 이때 동기임피던스, 전기자 반작용, 전압변동률은 모두 작아지고 기계는 무겁고 비싸진다. 공극이 큰데 전기자 반작용이 크다고 설명하면 틀린 설명이 된다.
공식 교재로 짚기
국가직무능력표준(NCS) 학습모듈 「동기발전기 성능 설계」(1901050108)는 이 개념을 이렇게 다룹니다.
학습목표: 포시에 벡터도에 쓰이는 전기자 반작용 기자력과 전기자 누설 리액턴스를 구하는 방법을 설명할 수 있다.
포시에 벡터도를 얻기 위해서는 전기자 반작용 기자력과 전기자 누설 리액턴스를 알아야 하는데
NCS 학습모듈 ncs-1901050108 동기발전기 성능 설계 · 3-1 최적 설계
예제
전기자 반작용 문제는 발전기 기준의 표를 그대로 적용한다. 「기전력에 대하여 90° 늦음 = 감자」, 「기전력에 대하여 90° 빠름 = 증자」, 「같은 위상 = 교차 자화」이다. 지상 전류를 감자 작용으로, 진상 전류를 증자 작용으로 연결하면 위상과 작용을 헷갈리지 않는다.
단락비 문제는 역수 관계를 쓴다. 단락비 1.2이면 %Z = 100/1.2 ≈ 83%이다. 안정도 문제는 방향을 확인한다. 동기임피던스를 작게 하는 것과 단락비를 크게 하는 것은 안정도를 높이지만, 동기임피던스를 크게 하는 것은 향상 대책이 아니다.
대표 기출 3문항
동기 발전기 단절권의 특징이 아닌 것은?
- 고조파를 제거해서 기전력의 파형이 좋아진다.
- 코일 단이 짧게 되므로 재료가 절약된다.
- 전절권에 비해 합성 유기기전력이 증가한다.
- 코일 간격이 극 간격보다 작다.
정답과 해설 보기
정답 ③
단절권은 전절권보다 합성 유기기전력이 감소한다(고조파 제거·재료 절약은 장점).
단락비 1.2인 발전기의 퍼센트 동기 임피던스[%]는 약 얼마인가?
- 100
- 83
- 60
- 45
정답과 해설 보기
정답 ②
단락비와 퍼센트 임피던스는 역수 관계다: %Z = 100/단락비 = 100/1.2 ≈ 83%.
자주 묻는 물음
- 동기발전기의 전기자 반작용은 위상에 따라 어떻게 달라지나요?
- 전류가 기전력에 대하여 90° 늦는 지상 전류는 감자 작용, 90° 앞서는 진상 전류는 증자 작용을 합니다. 전류가 기전력과 같은 위상이면 교차 자화 작용이 됩니다.
- 단락비와 퍼센트 동기임피던스는 어떤 관계인가요?
- 역수 관계입니다. Ks = 100/%Z이고 %Z = 100/Ks입니다. 단락비가 1.2이면 %Z = 100/1.2 ≈ 83%가 됩니다. 단락비가 클수록 동기임피던스는 작아집니다.
- 공극이 큰 동기기는 어떤 특성을 가지나요?
- 단락비가 커지고 동기임피던스, 전기자 반작용, 전압변동률은 작아집니다. 대신 기계가 무겁고 비싸집니다. 공극이 큰데 전기자 반작용이 크다는 설명은 틀립니다.
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