3. 동기발전기에서 '회전계자형'을 주로 사용하는 이유

3. 동기발전기에서 '회전계자형'을 주로 사용하는 이유

발전기는 '회전전기자형'과 '회전계자형' 두 가지 방식 중 하나를 사용한다.
소형 발전기나 특수한 목적의 발전기가 아니라면
중,대형 동기발전기는 대부분 '회전계자형'으로 되어 있다.

'회전전기자형'과 '회전계자형' 발전기의 구조를 보고
왜 대용량의 동기발전기에서는 '회전계자형'이 유리한지 알아보자.

---

1. '회전전기자형'과 '회전계자형' 구조
2. 동기발전기에서 '회전계자형'을 사용하는 이유

---

---

1. '회전전기자형(revolving armature type)'과 '회전계자형(revolving field type)' 구조

전기자는 코일이고 계자는 자석이다.
그러므로 '회전전기자형'은 코일이 회전하는 구조이고
'회전계자형'은 자석이 회전하는 구조이다.

'회전전기자형(revolving armature type)'과 '회전계자형(revolving field type)'

앞에서 공부했던 동기발전기 원리에 따르면
yyxx.tistory.com/155

1. 동기발전기의 발전 원리와 특징

패러데이 법칙에 의해 시간에 흐름에 따라 자기장이 변화할 때 전기에너지가 만들어진다.
발전기에서는 자석(계자)이 만드는 자기장이 변화할 때 코일(전기자)에서 전기에너지가 만들어지게 된다.


'회전전기자형'을 보면

동기발전기 회전전기자형

고정되어있는 자석이 자기장을 만들고 있다.
이 상태에서 코일이 회전하게 되면 코일이 느끼는 자기장의 크기가 시간에 따라 변하게 된다.
그러면 패러데이 법칙에 의해 전기가 생성된다.



'회전계자형'을 보면

동기발전기 회전계자형

코일이 고정되어 있다.
자석은 자기장을 만들어내고 있는데 이 자석이 회전하게 되면 코일이 느끼는 자기장의 크기가 시간에 따라 변하게 된다.
그러면 패러데이 법칙에 의해 전기가 생성된다.

---

2. 동기발전기에서 '회전계자형'을 사용하는 이유

동기발전기에서는 소형이나 특수한 목적이 아니라면
대부분 '회전계자형'을 사용한다.

그 이유는
첫 번째
권선의 배열 및 결선할 때 편리하다.
보통 발전기는 3상전력을 만들어낸다.

3상 동기발전기 회전계자형 코일 3조

코일이 (A,A')(B,B')(C,C') 3조로 복잡한데
'회전계자형'은 코일이 고정되어 있으므로 회전하는 곳에 권선을 배열 및 결선하는 것보다 편리하다.


두 번째
절연에 유리하다.
중, 대형 발전기의 경우 고전압이 만들어진다.
이런 큰 전기에너지는 코일(전기자)쪽에서 만들어진다.

동기발전기 전기자쪽이 고전압, 계자쪽이 저전압

그러므로 코일(전기자)이 회전하는 곳에 있을 때 보다 고정되어 있어야 구조적으로 안정적이다.
자석(계자) 쪽도 전자석을 여자시키기 위해 전류를 공급하기는 하지만 기껏해야 수백볼트로 절연을 심각하게 고려할 수준은 아니다.


세 번째
슬립링(Slip-Ring)과 브러시(Brush)의 수가 줄어든다.

'회전계자형'은 전자석 여자를 위한 두 가닥의 선만 나온다.

동기발전기 회전계자형 슬립링(slip ring), 브러시(brush)

자석이 회전하고 있을 때 고정된 여자장치에서 전원을 공급하기 위해서는
위와 같이 슬립링과 브러시를 이용해야 한다.


그런데 '회전전기자형'은 3조의 코일이 회전하고 있으므로 여기서 발생하는 전기에너지를 가져오기 위해서는 4가닥의 선이 나오게 된다. 그러므로 '회전계자형'보다 더 많은 슬립링과 브러시가 필요하다.

동기발전기 회전전기자형은 회전계자형보다 더 많은 슬립링과 브러시 필요

2극기나 4극기의 발전기는 60Hz를 맞춰주기 위해 1초에 60바퀴, 1초에 30바퀴를 회전한다. 아주 고속으로 회전하는데
슬립링과 브러시는 접촉저항이 생겨서 열이 발생하고 마모가 되는 부분이기 때문에 적을수록 안정적이다.