개념 한 쪽
전기공사기사 동기발전기의 전압조정 — 전압변동률과 여자전류에 따른 전기자전류 변화
전압조정 세트는 정격전압과 전압변동률로 무부하 단자전압을 구하는 계산, 여자전류를 바꿀 때 전기자전류와 역률이 어떻게 변하는지, 병렬운전 중 한 발전기의 여자전류를 증가시켰을 때의 변화, 역률 1 운전 중 여자전류를 증가시켰을 때 전기자전류의 변화, 정격역률과 동기리액턴스로 최대출력을 구하는 계산을 묻는다. 여자방식의 구분, 동기임피던스 계산, 단락비의 정의도 묻는다.
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뜻
전압변동률은 무부하 시 기전력과 부하 시 단자전압의 차이를 비율로 나타낸 값이다. 정격전압 6600V인 3상 동기발전기가 정격출력으로 운전할 때 전압변동률이 12%라면, 여자와 회전수를 조정하지 않은 상태의 무부하 단자전압은 6600V에 1.12를 곱한 7392V다.
동기전동기에서 공급전압과 부하를 일정하게 유지하면서 여자전류를 바꾸면 전류의 위상관계가 바뀌어 전기자전류의 크기와 역률이 달라진다. 이것이 위상 특성 곡선이다.
병렬운전 중인 두 발전기에서 한쪽의 여자전류를 증가시키면 그 발전기가 무효전력을 더 내어준다. 그 결과 전류의 위상차가 커져 역률이 나빠질 수 있다.
역률 1로 운전 중인 동기전동기에서 여자전류를 증가시키면 자기장이 강해져 계통에 무효전력을 내보내는 성향이 강해진다. 부하가 같으므로 전기자전류의 무효 성분이 앞서게 커진다.
여자를 정격상태로 유지한 비돌극형 3상 동기발전기에서는 내부 기전력이 정해지고, 그 값과 동기리액턴스로 최대 전달 가능한 유효전력을 계산한다. 정격출력 5000kVA, 정격전압 6000V, 정격역률 0.8, 1상 동기리액턴스 0.8퍼유닛, 저항 무시 조건에서는 최대출력이 약 10MW가 된다.
여자방식은 발전기 자신의 전기자 교류를 정류해 계자에 공급하는 자려식과, 외부의 직류 전원으로 계자를 여자하는 타려식으로 나뉜다. 계자자속을 만들기 위해 계자권선에 전류를 흘리는 것을 여자라 한다.
3상 동기발전기의 동기임피던스는 무부하 정격전압에서의 상전압을 3상 단락전류로 나누어 구한다. 단자전압 1000√3V, 3상 단락전류 50A이면 상전압 1000V를 50A로 나눈 20Ω이다.
단락비는 무부하 정격전압일 때의 여자전류 If0를 3상 단락 정격전류에 대한 여자전류 Ifs로 나눈 값이다.
예제
출제 패턴은 세 가지다. ① 전압변동률 — 무부하 단자전압은 정격전압에 (1+변동률)을 곱한 값이다. 6600V와 12%이면 6600×1.12로 7392V다. ② 여자전류 변화 — 공급전압과 부하가 일정하면 전기자전류의 크기와 역률이 변한다. ③ 병렬운전 — 한쪽 여자전류를 늘리면 그쪽이 무효전력을 더 내고 역률이 나빠질 수 있다.
④ 여자·임피던스형 — 자려식은 발전기 자신의 교류를 정류해 계자에 공급하고, 동기임피던스는 상전압을 3상 단락전류로 나눈다. 1000√3V·50A이면 20Ω이다. ⑤ 단락비형 — 단락비는 If0÷Ifs다.
자주 묻는 물음
- 정격전압 6600V, 전압변동률 12%인 발전기가 무부하로 운전하면 단자전압은?
- 7392V입니다. 무부하 시 전압이 정격전압보다 변동률만큼 높으므로 6600V에 1.12를 곱합니다.
- 공급전압과 부하를 일정하게 두고 여자전류를 바꾸면 전기자전류는 어떻게 되나요?
- 전류의 위상관계가 바뀌어 전기자전류의 크기와 역률이 달라집니다. 이것이 동기전동기의 위상 특성 곡선입니다.
- 병렬운전 중 한 발전기의 여자전류를 증가시키면?
- 그 발전기가 무효전력을 더 내어주고, 전류의 위상차가 커져 역률이 나빠질 수 있습니다.
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