25. 이중여자 유도발전기에 대해 알아보자.

25. 이중여자형 유도발전기에 대해 알아보자.

앞 시간에 유도전동기와 유도발전기 차이에 대해 알아보았다.
https://yyxx.tistory.com/179

24. 유도발전기 - 유도전동기와의 차이

유도기는 대표적으로 권선형(이중여자형)과 농형으로 나눠진다.

권선형(이중여자형) 유도전동기와 농형 유도전동기

오늘은 이 중 권선형(이중여자형) 유도발전기가 어떻게 발전기 역할을 할 수 있는지, 왜 많이 사용하는지 알아보자.

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1. 유도기에서 무효전력의 필요성
2. 이중여자형 유도발전기

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1. 유도기에서 무효전력의 필요성

유도기가 되기 위해서는 (1)전력계통으로부터 혹은 (2)자체적인 커패시터 뱅크를 통해서든지 무효전력을 받아야 한다.

유도기에서 회전자의 회전자계와 고정자의 회전자계는 서로 계속 상호작용한다.

유도기 고정자 회전자계와 회전자 회전자계가 상호작용

고정자의 회전자계에서 발생한 자기장이 회전자에 영향을 줘서
회전자에 유도전류가 발생하고 회전자의 회전자계가 생겨날 수 있다.
이런 상호작용을 통해서 유효전력의 전달이 이루어지게 된다.

이때 유효전력이 고정자에서 발생해서 회전자로 받게 되면 회전자가 회전하면서 전동기가 되게 되고

고정자에서 회전자로 유효분전력이 전달되면 전동기

유효전력이 회전자에서 발생해서 고정자로 받게 되면 고정자 계통을 통해 유효전력이 전달되기 때문에 발전기가 된다.

회전자에서 고정자로 유효분전력이 전달되면 발전기

그런데 이 과정에서 회전자의 자계를 만들어주는 부분이 무효전력파트이다.
발생한 유효분전력을 전달시켜주는 역할을 하는 게 무효분의 역할이다.
무효전력이 없다면 유효전력의 전달이 이루어지지 않는다.

동기기에서는 회전자에 코일을 감고 여자기를 통해 계자전류를 흘리면 계자자속이 만들어진다.

동기발전기는 여자기에서 무효분전력을 공급

이 계자자속이 고정자 자속과 작용하게 된다.
동기기는 여자기가 무효분을 만들기 때문에 따로 무효전력을 받아올 필요가 없다.

그러나 유도기 같은 경우에는 여자기가 없기 때문에 따로 받아올 필요가 있다.
그래서 (1)전력계통 혹은 (2)자체적인 커패시터 뱅크를 통해서 받아와야만 한다.

유도기는 전력계통을 통해 무효분전력을 받아온다.

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2. 이중여자형 유도발전기

농형유도발전기의 경우에는 틀자체가 회전자로 외부저항 연결이 불가하므로 회전자에 직접 여자를 가할 수 없다.

농형 유도전동기

동기속도(Ns) 이하로 회전중이어서 전동기 역할을 하고 있는 농형유도발전기를 발전기로 만들어 주기 위해서는
농형유도발전기에 연결된 터빈(원동기)에 더 큰 기계적인 힘을 가해서 회전시켜줘야 동기속도(Ns)를 넘어가면서 발전기 역할을 할 수 있다.

터빈의 기계적 입력을 높이면 전동기 모드였던 유도기가 발전기 모드가 된다.

그런데 이중여자형 유도발전기는 터빈(원동기)을 사용하지 않고도 전동기 모드에서 발전기 모드로 넘길 수 있다.

권선형(이중여자형) 유도전동기

회전자 쪽으로 직접 여자를 할 수 있는 구조이므로 추가적인 여자를 통해 발전기로 만들 수 있고 속도 조정도 어느 정도 해낼 수 있다. 이런 장점 때문에 이중여자형 유도발전기를 최근에 많이 채용한다.
이중여자형 유도발전기의 경우에도 계통을 통해 무효분전력(Q)를 받아야 하는 건 기본적으로 동일하다

이중여자형 유도발전기 역시 전력계통을 통해 무효분전력을 받아와야함

이중여자형 유도발전기에서 전동기모드에서 발전기모드로 넘어가기 위해서는
농형유도발전기에서 터빈의 기계적인 입력(유효분)을 받듯이 유효분에 대한 공급을 받아야 넘어갈 수 있다.
그래서 무효분을 받아오는 것 이외에도 변환기(인버터,정류기) 쪽을 통해 여자가 한 번 더 들어간다. 그래서 이중여자라고 한다.

이 부분은 여자라고는 하지만 전동기에서 발전기로 넘아가기 위한 힘이기 때문에 유효분에 대한 공급이다.
전력계통의 일부의 유효전력을 빼와서 공급하게 된다. 회전하는 부분이므로 슬립링과 브러시가 당연히 필요하고
전력계통에서 빼온 유효전력을 변압기에서 가변하고 정류기에서 정류한 후 인버터에서 주파수를 조정한다.

이중여자형 유도발전기는 전력계통에서 유효분전력을 빼와서 공급

이렇게 전압을 조정하게 되면 슬립의 크기를 조정할 수 있어서 동기속도 이하 전동기모드였던 유도기를 발전기모드로 전환 가능하다.