5. 동기발전기에서 전기자 반작용이 발생하는 과정

5. 동기발전기에서 전기자 반작용(armature reaction)이 발생하는 과정

전기자 반작용(armature reaction)이란
발전기나 전동기에서 전기자 전류에 의해서 발생하는 자속이 주계자 자속에 미치는 반작용이다.
전기자 반작용이 발생하게 되면 반작용 계자에 의해 주자계의 자기 분포가 일그러지고
그 결과 전동기 속도 및 발전기의 전압 변동률에 영향을 미치게 된다.

왜 전기자 반작용이 발생하는지 알아보자.

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1. 전기자 반작용이 발생하는 과정

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1. 전기자 반작용 발생하는 과정

동기발전기가 '회전계자형'이라고 가정하고 전기자 반작용이 발생하는 과정에 대해 알아보자.
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3. 동기발전기에서 '회전계자형'을 주로 사용하는 이유

회전계자형에서는 코일이 고정되어 있고 자석이 회전하는 형태이다.

동기발전기 회전계자형

자석이 회전함에 따라서 코일을 통과하는 자기장의 크기가 시간에 따라 변하면 전압전류가 생성된다.
전자석이기 때문에 전원을 공급해줘야 하는데 자석은 회전하고 여자장치는 고정된 형태이므로 둘을 연결해주기 위해
슬립링과 브러시를 사용하게 된다.


여기에서 전기자(코일)와 계자(자석)를 등가적으로 표현하고
동기발전기 가동순서에 따라 전기자 반작용이 일어나는 과정을 확인해보자.

동기발전기 회전계자형 등가표현

전기자 반작용이 일어나는 과정

1.

동기발전기 전기자 반작용이 일어나는 과정(1)

(1) 계자를 회전켜서 동기속도까지 만들어준다.(무부하상태) (2) 동기속도에 도달하면 계자전류를 흘려준다.
(3) 그러면 계자전류에 의해 주자속이 생성된다. (이때 부하상태로 만들어준다)
여기서 만들어진 주자속이 전기자(코일)에 영향을 준다.



2.

동기발전기 전기자 반작용이 일어나는 과정(2)

(4) 계자가 계속 회전하고 있기 때문에 전기자(코일)을 지나는 자속의 크기가 시간에 따라 변한다.
(5) 전기자(코일)을 지나는 자속의 크기가 시간에 따라 변하게 되면 패러데이 법칙에 의해 유기기전력이 생성되고
유기기전력에 의해 전기자전류(부하전류)가 흐르게 된다.

3.

동기발전기 전기자 반작용이 일어나는 과정(3)

(6) 전기자전류(부하전류)에 의해서 전기자반작용자속이 만들어진다.

이 과정은 앞에서 공부한 패러데이 법칙과 렌츠의 법칙을 보면 이해할 수 있다.
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17. 패러데이 법칙과 렌츠 법칙(Faraday's Law, Lenz's Law)

4.

동기발전기 전기자반작용(armature reaction)이 일어나는 과정(4)

그러면 원래 있던 주자속과 전기자반작용자속의 합으로 자속이 흐르게 되고
이 합성자속에 의해 기전력이 발생하게 된다.

이렇게 전기자반작용자속이 주자속에 영향을 주어 유기기전력의 크기에 영향을 주는 것을 '전기자 반작용'이라고 한다. 그래서 전기자 자속을 전기자반작용 자속이라고도 부른다.

전기자반작용 자속은 부하의 상태(역률)에 따라서
R(저항)부하냐 L(인덕터)부하냐 C(커패시터)부하냐에 따라서 다르게 나타난다.
지상인 부하가 연결되어 있는 경우에는 주자속을 감소시키는 '감자'가 나타나고
지상인 부하가 연결되어 있는 경우에는 주자속을 증가시키는 '증자'가 나타난다.