2021. 2. 23. 20:19ㆍ전기공부/발전기
4. 동기발전기의 직류,교류 여자방식에 대해 알아보자.
앞에서 동기발전기가 '회전계자형'을 주로 사용하는 이유에 대해 공부했다.
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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 동
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'회전계자형'은 자석(계자)이 회전하고 코일(전기자)이 고정되어 있는 방식이다.
전기가 만들어지는 코일이 고정되어 있으므로
1. 코일을 결선할 때 편리하고
2. 절연에 유리하고
3. 슬립링과 브러시의 개수가 줄어들어서 경제적이다.
'회전계자형'인 동기발전기가 소용량 발전기라면 계자를 영구자석으로 써도 충분하지만
대용량 발전기에서는 더 큰 자기장이 필요하고 크기도 제어할 필요가 있다.
그래서 영구자석이 아닌 전자석이 필요하다.
전자석이란
전류가 흐르면 자기화되고 전류를 끊으면 원래의 상태로 되돌아가는 자석이다.
철심(계자)에 코일을 감고 코일로 전류를 흘리게 되면 철심이 아주 강한 자석이 된다.
이때 코일을 계자권선이라고 한다.
이 계자권선에 직류전류를 공급하는 장치를 '여자기(Exciter)라고 한다.
전자석을 쓰는 동기발전기의 계자는 전류를 흘려야 자석이 되므로 '여자기'는 중요하다.
동기발전기의 여자기(Exciter)는 직류를 쓸 거냐 교류를 쓸 거냐에 따라서
1. 직류여자방식과
2. 교류여자방식으로 나눠진다.
이 두 방식에 대해 알아보자.
1. 동기발전기 직류여자방식
2. 동기발전기 교류여자방식
1. 동기발전기 직류여자방식
아래는 동기발전기 직류여자방식의 한 가지 예이다.
부여자기와 주여자기로 이루어져 있다.
부여자기의 AVR(자동전압조정장치)이 동기발전기의 출력을 읽어서 발전기가 만들 전압을 제어하게 된다.
그리고 부여자기의 계자권선에서 만들어진 계자자속을 이용해서
주여자기의 발전기가 발전한다.
주여자기의 발전기가 만든 여자전류는 동기발전기의 계자(자석)로 전달되고 계자는 자기장을 발생시킬 수 있게 된다.
동기발전기의 자석(계자)은 회전하는 부분이고 주여자기의 발전하는 부분은 고정된 부분이기 때문에
브러시와 슬립링을 이용하여 고정된 부분과 회전하는 부분을 연결한다.
직류여자방식은 발전기가 대형화될수록 주,부여자기의 DC발전기의 크기가 아주 커져서 DC발전기 제작이 곤란하고
장치가 굉장히 복잡하기 때문에 전압제어에 어려움이 있는 방식이다.
그래서 과거에 적용하고 현재는 사용하지 않는 방식으로 참조적으로 알아두면 된다.
2. 동기발전기 교류여자방식
교류여자방식은 3상교류발전기나 소스를 써서 여자하는 방식이다.
여자할때는 직류전류가 필요하기 때문에 교류를 직류로 바꾸는 정류기가 필요하다.
어떻게 보면 직류방식보다 복잡해 보일 수 있는데 제어에는 이 방식이 유리하다.
동기발전기 교류여자방식 중 두 가지를 확인해보자.
(1) 회전정류기방식(Brushless Type)
회전정류기방식은 슬립링과 브리시가 필요 없는 타입이다. 계자전류를 공급해주는 부분이 동기발전기 전자석과 함께 회전하고 있기 때문이다.
그림을 보면 파란색 부분은 전자석과 함께 회전하는 부분이다.
왼쪽의 영구자석이 회전하면서 3상코일에 교류전류를 만들어낸다.
그러면 Contolled Rectifier가 발전기 출력을 읽고 전압, 전류를 제어한다.
Conrolled Rectifier를 거친 전류는 코일을 전자석화 시킨다. 그러면 자기장이 발생하게 된다.
자기장이 발생하는 중에 회전전기자형의 코일이 회전하게 되면 교류전류가 발생한다.
이 교류전류는 Rotating Rectifier를 거치면서 직류전류로 바뀌고 동기발전기의 계자를 전자석화 시킨다.
이러한 방식은 슬립링 브러시를 사용하지 않기 때문에 손실이 없고 유지보수비용이 절감된다.
하지만 회전체에 영구자석, 회전전기자형, Rotating Rectifier를 동기발전기 계자를 모두 연결해야 하므로
회전축이 길어지고 설치면적 및 중량이 커져서 가격이 비싸진다. 그리고 Rotating Rectifier가 회전부에 설치되어 있어서 유지보수가 어렵다.
대용량 발전에서는 잘 안 쓰고 수력발전 같은 중용량에서 쓰는 방식이다.
(2) 정지형여자방식(Thyristor 직접여자 방식)
정지형여자방식은 대용량 발전기에서 많이 쓰는 방식이다.
초기직류여자전원을 직접 넣어서 여자시킨 후 발전기가 발전을 해서 출력이 나오면
발전돼서 나온 출력을 변압기로 변압한 후 여자전류로 쓰는 방식이다.
사이리스터(Tyristor)는 제어가 가능한 정류기이므로 AVR에서 읽은 출력을 바탕으로 전압,전류 제어를 하게 된다.
슬립링과 브러시를 써야하므로 위의 방식보다는 덜 세련될지는 모르지만 훨씬 장점이 많다.
제어하기에 좋고 위와는 다르게 정지형이므로 유지보수가 편리하다. 그래서 대부분 신설 발전기는 여자기로 이 방식을 채용하고 있다.
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