동기기✦

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1.동기기의 원리

(1)원리 : 회전자계로 3상 유도기전력을 발생

(2)동기속도

(3)주파수

(4)전기각

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2.동기기의 구조

(1)회전자에 따른 분류

구분	고정자	회전자	적용
회전 전기자형	계자	전기자	직류기
회전 계자형	전기자	계자	동기기
유도자형	계자,전기자	유도자	고주파발전기

전기자를 Y결선을 하는 이유

• 중성점 접지 : 이상전압으로부터 기기 보호하고 보호계전기 동작 확실하다
• 상전압이1/3낮음 : 코일 절연 용이하고 코로나 손과 열화 방지한다
• 권선의 불평형및 제3고조파 제거 : 순환전류가 흐르지 않는다

회전계자의 특징

• 기계적으로 튼튼하고 절연이 용이하다
• 고전압에 유리(Y결선)하다
• 계자회로는 저전압 직류로 소요전력이 작다

(2)원동기에 따른 분류

구분	돌극형	비돌극형(원통)
발전기	수차	터빈
극수	6극이상	2~4극
회전속도	저속	고속
크기	지름 대,길이 소	지름 소, 길이 대
단락비	0.9~1.2	0.6~1.0
최대출력 부하각	60	90
배치	수직형	수평형
리액턴스	직축>횡축	직축=횡축

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3.전기자 권선법

(1)기전력의 파형을 정현파로 하기 위한 방법

• 매극 매상 슬록수를 크게 한다
• 단절권과 분포권을 사용한다
• 전기자 철심은 경사슬롯으로 한다
• 공극을 크게 한다

(2)단절권 전절권

• 단절권 : 극간격>코일간격
• 전절권 : 극간격=코일간격(파형불량)

• 고조파를 제거하여 기전력의 파형을 개선
• 코일의 길이가 짧게 되어 동량이 절약
• 전절권에 비해 합성 유기기전력이 감소-단점

단절권계수	권선 피치
\[K_p=\sin\frac{\beta\pi}{2}\]	\[\beta=\frac{코일간격}{극간격}\]

(3)분포권, 집중권

• 분포권 : 1극, 1상이 코일이 차지하는 슬롯수가 2개
• 집중권 : 슬롯수가 1개

• 기전력의 파형이 개선되거나 유기기전력은 감소
• 권선의 누설리액턴스가 감소
• 전기자에 발생되는 열을 골고루 분포시켜 과열을 방지

분포권 계수	총코일수	슬롯수/매극 매상
\[\frac{\sin\frac{\pi}{2n}}{q\sin\frac{\pi}{2mq}}\]	\[\frac{총슬롯구\times 층수}{2}\]	\[q=\frac{총 슬롯수}{상수\times 극수}\]

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4.유기기전력 및 출력

(1)유기기전력의 실횻값

발전기 단자전압(전격전압, 선간전압)

(2)동기발전기의 출력

비돌극기(원통형)의 출력

단상발전기

3상발전기

E : 유기기전력, V : 단자전압, xs : 동기리액턴스

최대 출력 : 부하각 δ=90° 에서 발생

돌극기의 출력

출력

최대 출력 : 부하각 δ=60° 에서 발생

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5.동기기의 전기자 반작용

3상 부하전류(전기자 전류)에 의한 자속이 주자속에 영향을 미치는 현상

소자	위상(기준 E)	반작용	발전기	전동기
R	\[I_a와 동상\]	횡축	교차자화	교차자화
L	\[I_a가\frac{\pi}{2} 뒤짐\]	직축	감자	증자(자화)
C	\[I_a가\frac{\pi}{2} 앞섬\]		증자(자화)	감자

직축반작용

		전류
	증자		증자
전압 전동기				유도기전력 발전기
	감자		감자

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6.동기발전기의 특성

(1)동기임피던스(Y결선)

(2)%동기임피던스

(3)단락전류

동기발전기 단자를 단락하고 서서히 계자전류를 증가하면 3상 단락전류가 흐른다

돌발(순간)단락전류 : 누설리액턴스

영구(지속)단락전류 : 동기리액턴스

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7.동기발전기 곡선과 단락비

(1)무부하 포화곡선과 3상단락곡선

단락비를 구하는 시험
무부하 포화곡선, 3상 단락곡선
3상 단락곡선이 직선인 이유 : 전기자 반작용

(2)단락비

(3)단락비가 큰경우

%Z(소)->공극(대)->주자속(대)->If(소)

Zs(소)->전기자반작용(소)->전압변동율(소)->단자전압일정

중량이 무겁고 비사지만 안정도가 좋아 수차형, 저속기에 전압
단락비 작은 경우(공기기) : 특성은 철기기와 반대

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8.동기발전기의 자기여자

(1)발생원인

(2)자기여자현상

무부하 장거리 송전선에 동기발전기를 접속한 경우 선로의 충전전류에 의해 단자전압이 상승하여 절연이 파괴되는 현상

(3)방지대책

• 수전단에 리액턴스가 큰 변압기 사용한다
• 발전기를 2대 이상 병렬 운전한다
• 동기조상기를 부족여자 운전한다
• 단락비가 큰 기계 사용한다.

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9.동기발전기의 전압변동률

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10.동기발전기의 병렬운전

발전기의 계통병입

(1)병렬운전조건

조건	다른경우	대책
크기 같을경우	무효순환전류(무효횡류) \[I_c=\frac{E_1-E_2}{2Z_s}=\frac{E_r}{2Z_s}\]	여자전류조정
파형 같을경우	고주파 무효순환전류 (과열원인)	Y결선,분포권,단절권
주파수 같을경우	난조발생	제동권선 설치
위상 같을경우	동기화전류(유효횡류) \[I_s=\frac{E}{x_s}\sin\frac{\delta}{2}\] 수수전력 \[P=\frac{E^2}{2Z_s}\sin\delta[kW]\] 동기화력 \[P_s=\frac{dP}{d\delta}=\frac{E_0^2}{2Z_s}\cos\delta\]	원동기 출력 조절

(3상)기전력의 상회전 방향이 같을 것

(2)부하부담

유효전력의 분담 : 원동기 입력 조정

병렬운전 시

• A발전기 여자전류증가
  지상전류->A발전기역률저하->B발전기 향상
• B발전기 여자전류증가
  지상전류->B발전기역률저하->A발전기 향상

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11.동기발전기의 안정도

(1)안정도 종류

정태안정도, 동태안정도, 과도안정도

(2)안정도 향상 대책

• 동기임피던스를 작게 한다
• 단락비를 크게 한다
• 정상임피던스는 작게, 영상과 역상 임피던스는 크게 한다
• 회전자에 플라이휠을 설치(관정 모멘트 크게)한다
• 속응 여자 방식을 채택한다
• 동기 탈조 계전기를 사용한다

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12.동기발전기 상간 접속법

구분	선간전압	선전류
성형	\[V_l=2\sqrt3E\]	\[I_l=I\]
Δ형	\[V_l=2E\]	\[I_l=\sqrt3I\]
지그재그성형	\[V_l=23E\]	\[I_l=I\]
지그재그Δ형	\[V_l=\sqrt3E\]	\[I_l=\sqrt3I\]
2중 성형	\[V_l=\sqrt3E\]	\[I_l=2I\]
2중 Δ형	\[V_l=E\]	\[I_l=2\sqrt3I\]

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13.동기전동기의 특징

(1)동기전동기의 특징

• 역률이 항상 1로 운전이 가능하여 부하의 역률을 개선할 수 있다
• 속도가 일정(동기속도 Ns로 운전)하므로 속도를 조정할 수 없다
• 기동토크가 0이라 기동 장치가 필요하다
  난조를 일으킬 염려가 있어 제동권선이 필요하다
• 직류 여자 장치가 필요해 많은 설비비가 필요하다

(2)동기전동기의 기동법

• 자기기동법
  제동권선(기동권선) : 기동토크 발생, 난조 방지

• 유도전동기법
  동기전동기보다 극수가 2극 적은 것 사용

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14.난조

(1)난조

부하가 급변하는 경우 회전속도가 동기속도를 중심으로 진동하는 현상

(2)대책

계자의 자극면에 제동권선 설치

(3)제동권선의 역활

난조방지, 기동토크 발생, 파형 개선과 이상전압 방지, 유도기의 농형 권선과 같은 역할

(4)난조의 발생 원인과 대책

원동기의 조속기 감도가 너무 예민할때
조속기를 적당히 조정

전기자회로의 저항이 너무 클 때
회로저항이 감소하거나 리액턴스 삽입

부하가 급변하거나 맥동이 생길 때
회전부 플라이휠 효과 적당히 선정

원동기의 토크에 고조파가 포함될 때
단절권, 부포권 설치

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15.동기전동기의 특성

(1)1상의 출력

(2)3상의 출력

(3)토크

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16.동기전동기의 위상특성곡선

단자전압과 부하를 일정하게 유지하고 계자전류If 조절하여 Ia와 역율이 변화시키는것

부족여자	성질	과여자
L	작용	C
뒤진(지상)	전류,역률	앞선(진상)
감소	\[I_f\]	증가
증가	\[I_a\]	증가
(-)	전압변동률	(+)

P1>P2>P3(무부하), 점선 : cosθ=1

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1.직류기
2.변압기
3.동기기
4.유도전동기
5.정류기