동기 발전기

동기 전동기는 발전기로 작동하는 장치입니다. 일반적으로 사용되는 교류 발전기이며, 현대 전력 산업에서는 수력 발전, 화력 발전, 원자력 발전, 디젤 엔진 발전 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 동기 발전기는 보통 직류 여자 방식을 사용하기 때문에 독립적으로 운전할 경우 여자 전류를 조절하여 발전기 전압을 편리하게 제어할 수 있습니다. 하지만 전력망에 연결하여 운전할 경우에는 전압이 전력망에 의해 결정되므로 변경할 수 없기 때문에 여자 전류를 조절하여 역률과 무효 전력을 제어해야 합니다.

동기 발전기의 고정자와 회전자 구조는 동기 전동기와 동일합니다. 일반적으로 3상 구조를 채택하고 있지만, 일부 소형 동기 발전기의 경우 전기자 권선이 단상 구조를 사용하는 경우도 있습니다.

작동 특성

동기 발전기의 주요 성능 특성은 무부하 특성과 부하 운전 특성입니다. 이러한 특성은 사용자가 발전기를 선택할 때 중요한 참고 자료가 됩니다.

무부하 특성

발전기가 부하에 연결되지 않은 경우, 전기자 전류는 0이 되며, 이를 무부하 운전이라고 합니다. 이때, 전동기 고정자의 3상 권선은 여자 전류 If에 의해 무부하 기전력 E0(삼상 대칭)만을 발생시키며, 그 크기는 If가 증가함에 따라 증가합니다. 그러나 전동기 자기 회로 코어의 포화 현상으로 인해 둘은 정비례하지 않습니다. 무부하 기전력 E0와 여자 전류 If 사이의 관계를 나타내는 곡선을 동기 발전기의 무부하 특성 곡선이라고 합니다.

전기자 반작용

발전기가 대칭 부하에 연결되면, 전기자 권선에 흐르는 3상 전류는 또 다른 회전 자기장인 전기자 반작용 자기장을 생성합니다. 이 자기장의 회전 속도는 회전자 회전 속도와 정확히 같으며, 두 자기장은 동기적으로 회전합니다.

동기 발전기의 전기자 반작용 자기장과 회전자 여자 자기장은 대략적으로 사인 함수 분포를 따른다고 볼 수 있다. 이들 자기장 사이의 공간 위상차는 무부하 기전력 E0와 전기자 전류 I 사이의 시간 위상차에 따라 달라진다. 전기자 반작용 자기장은 부하 조건과도 관련이 있다. 발전기 부하가 유도성일 경우, 전기자 반작용 자기장은 감자 효과를 일으켜 발전기 전압을 감소시키고, 부하가 용량성일 경우, 전기자 반작용 자기장은 자화 효과를 일으켜 발전기 출력 전압을 증가시킨다.

부하 작동 특성

주로 외부 특성과 조정 특성을 의미합니다. 외부 특성은 정격 속도에서 여자 전류와 부하 역률이 일정할 때 발전기 단자 전압 U와 부하 전류 I의 관계를 나타냅니다. 조정 특성은 정격 속도와 단자 전압에서 부하 역률이 일정할 때 여자 ​​전류 If와 부하 전류 I의 관계를 나타내며, 그림 3에 나와 있습니다. 그림 2는 저항성, 용량성 및 유도성 부하의 경우를 보여줍니다. 전기자 반작용 자기장의 영향이 다르기 때문에 세 가지 부하의 곡선도 서로 다릅니다. 외부 특성에서 무부하 상태에서 정격 부하 상태까지의 전압 변화율을 전압 변화율 △U라고 하며, 일반적으로 백분율로 나타냅니다.

동기 발전기의 전압 변동률은 약 20%~40%입니다. 산업 및 가정용 부하는 일반적으로 전압이 기본적으로 일정하게 유지되어야 합니다. 따라서 부하 전류가 증가함에 따라 여자 전류를 그에 맞게 조정해야 합니다. 부하 특성에 따라 세 가지 유형의 조정 특성이 있습니다. 조정 특성의 변화 추세는 외부 특성과 반대이지만, 유도성 및 순수 저항성 부하의 경우 상승하는 반면, 용량성 부하의 경우 일반적으로 감소합니다.

구조 및 분류

동기 발전기의 구조는 회전 속도에 따라 고속형과 저속(중속)형으로 분류됩니다. 고속형은 주로 화력 발전소와 원자력 발전소에 사용되고, 저속형은 주로 저속 수력 터빈이나 디젤 엔진에 연결하여 사용됩니다. 구조적인 측면에서 고속형 동기 발전기는 주로 은폐극 회전자를 사용하는 반면, 저속(중속) 동기 발전기는 주로 볼록극 회전자를 사용합니다.

고속 동기 발전기

대부분의 발전기는 원동기와 동축으로 연결되므로, 화력 발전소는 고속 증기 터빈을 원동기로 사용하며, 따라서 증기 터빈 발전기는 일반적으로 분당 3000회전(계통 주파수 60Hz에서는 분당 3600회전)에 달하는 고속 2극 모터를 사용합니다. 원자력 발전소는 주로 분당 1500회전(계통 주파수 60Hz에서는 분당 1800회전)의 속도를 가진 4극 모터를 사용합니다. 고속 및 고출력 요구 사항을 충족하기 위해 고속 동기 발전기는 다음과 같은 구조적 특징을 갖습니다. 첫째, 분권 회전자를 사용합니다. 둘째, 전용 냉각 시스템을 갖추고 있습니다.

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