전기공사산업기사 직류발전기의 운전 등 — 자기여자·특성곡선·전압변동율

직권 발전기는 계자 권선이 전기자 권선과 직렬로 연결되어 부하전류가 곧 계자전류가 된다. 그래서 무부하 상태에서는 계자에 전류가 흐르지 않아 여자 자속을 세울 수 없고, 잔류 자석만으로는 정상적인 기전력을 일으킬 수 없다. 즉 직권 발전기는 무부하 상태에서는 스스로 여자해 전압을 세우지 못한다. 반면 분권 발전기와 분권 권선을 갖춘 복권 발전기는 무부하에서도 계자전류가 흘러 자기여자가 가능하다.

발전기의 외부특성곡선(부하특성곡선)은 부하전류에 따른 단자전압의 변화 관계를 나타낸 그래프다. 계자전류와 단자전압의 관계는 무부하포화곡선(자화특성곡선)으로 전혀 다른 곡선이므로 구분해야 한다. 자려 발전기가 만드는 최종 단자전압, 즉 정상전압은 무부하 포화곡선과 계자 저항선(V = Rf·If)의 교점에서 정해진다. 두 식을 연립해 교점의 계자전류를 구한 뒤 V = Rf·If에 대입한다.

기전력 E는 자속 Φ와 회전수 n의 곱에 비례한다(E ∝ Φn). 계자전류가 같으면 직권기의 자속도 같으므로, 부하전류를 일정하게 유지한 채 회전수를 바꾸면 기전력은 회전수에 비례해 변한다. 포화하지 않은 영역에서는 자속이 여자전류에 비례하므로, 회전수가 1/2로 줄었을 때 같은 기전력을 유지하려면 여자전류를 2배로 늘려야 한다.

전압 변동율은 (무부하 전압 − 정격 전압) / 정격 전압으로 정의한다. 직류 분권 발전기는 부하가 걸리면 전기자 반작용과 내부 전압강하로 단자전압이 내려가므로 무부하 전압이 정격보다 높고, 변동율은 양수가 된다. 무부하 전압은 정격 전압에 (1 + 변동율)을 곱해 구한다.