개념 한 쪽
동기발전기의 구조 및 원리 세트는 전기자 반작용의 위상별 분류, 효율로 손실 역산, 병렬운전에서 여자전류 조절의 결과를 묻는다.
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출제기준 단원 「동기발전기의 구조 및 원리등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 위상별 반작용 분류 | 1 | 지상 전류가 만드는 반작용의 이름을 고른다 |
| 효율로 손실 역산 | 1 | kVA·역률·효율에서 손실 전력을 구한다 |
| 여자 조절 결과 예측 | 1 | 병렬운전 중 여자전류 증가의 현상을 고른다 |
동기발전기의 속도와 권선이 골격이다 — 동기속도는 Ns=120f÷p로 정해지고(60Hz·12극이면 600rpm), 회전자 표면의 주변속도는 v=πDNs÷60로 잰다(외경 2m면 π×2×10=62.8m/s). 권선은 여러 슬롯에 나누어 감는 분포권이 기본인데, 코일 기전력이 위상차를 두고 합성되어 고조파가 상쇄되고 파형이 정현파에 가까워진다 — 대신 분포계수가 1보다 작아 합성 기전력의 크기는 줄고 누설 리액턴스도 작아진다.
전기자 반작용은 전류의 위상이 결정한다 — 전류가 기전력과 동상이면 자속을 비트는 교차자화작용(횡축반작용), π/2 뒤지는 지상전류이면 자속을 약화하는 감자작용, π/2 앞서는 진상전류이면 자속을 강화하는 증자작용이다. '지상=감자, 진상=증자, 동상=교차자화' 세 짝만 정리하면 위상을 바꿔 낸 문제에 바로 답한다.
손실은 출력과 효율로 역산한다 — 출력은 피상전력에 역률을 곱한 유효전력이고(1350kVA×0.8=1080kW), 효율 96%면 입력=1080÷0.96=1125kW, 손실=입력−출력=45kW다. 한 줄로는 손실=출력×(1÷η−1)이며, 2극·3600rpm·11kV 같은 조건은 계산에 쓰이지 않는 장식임을 알아야 겁먹지 않는다.
병렬운전의 규칙이 나머지 축이다 — 병렬 조건은 기전력의 크기·위상·주파수·파형(3상은 상회전 방향)이 같아야 하는 것이고 정격 용량은 무관하다(부하는 용량비로 분담). 주파수를 맞추려면 f=PN÷120을 쓰는데 6극 1200rpm은 60Hz이므로 함께 돌릴 8극은 N=120f÷P=900rpm이다. 병렬운전 중 한 대의 여자전류만 늘리면 단자전압은 계통에 묶여 그대로이고 내부 기전력만 커져 그 차이만큼 무효전류가 흘러나간다(역률은 나빠진다) — 여자는 무효전력, 원동기 출력은 유효전력 담당. 동기화력은 수수전력 P=E²÷(2X)·sinδ를 δ로 미분한 값이라 cosδ에 비례하고 δ=90°에서 0이 되어 탈조한다. 고조파 대책은 분포권·단절권·스큐 슬롯·Y결선이고 전절권은 고조파까지 크게 감아 부적합하며, 동기조상기는 부족여자에서 리액터, 과여자에서 콘덴서로 작용한다.
① 손실 — 1080×(1÷0.96−1)=45kW. ② 병렬 회전수 — 6극 1200rpm=60Hz, 8극은 900rpm.
3상 교류발전기의 기전력에 대하여 π/2[rad] 뒤진 전기자 전류가 흐르면 전기자 반작용은?
정답 ② · 전기자 반작용은 전류와 기전력의 위상차에 따라 달라진다. 기전력보다 π/2(90°) 뒤진(지상) 전류가 흐르면 전기자 반작용은 계자자속을 약화시키는 감자작용을 한다.
기전력보다 π/2 뒤진(지상) 전류의 전기자 반작용은 자속을 약화하는 감자작용이다.
터빈 발전기의 출력 1350kVA, 2극, 3600rpm, 11kV일 때 역률 80%에서 전부하 효율이 96%라 하면 이 때의 손실 전력[kW]은?
정답 ② · 출력 , 효율 이므로 입력 . 손실 .
출력=1350×0.8=1080kW이고, 손실=출력×(1/η−1)=1080×(1/0.96−1)=45kW이다.
3상 동기발전기를 병렬 운전하는 도중 여자 전류를 증가시킨 발전기에서 일어나는 현상은?
정답 ① · 동기발전기 병렬운전 중 여자전류만 증가시키면 유기기전력이 커지지만 단자전압은 계통에 의해 고정되어 있으므로, 그 차이가 무효전류(지상 무효전류)로 흘러 무효전류가 증가한다. **오답소거**: 역률은 오히려 나빠지고(지상방향), 단자전압·유효출력(출력)은 변하지 않는다(원동기 출력이 그대로이므로).
병렬운전 중 여자전류↑ → 단자전압은 계통에 고정, 그 차만큼 무효전류가 증가한다.
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