개념 한 쪽
동기기 단원의 특수 동기기 개념이다. 동기발전기의 계자에 직류를 공급하는 여자기의 용도와, 여자 성능을 나타내는 단락비 계산이 핵심이다. 더불어 반작용 전동기처럼 특수 동기기 각 기종의 특징도 함께 묻는다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「초동기발전기」의 공개 문제 1개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 스테핑 모터 구조 형 분류 | 1 | 구조 형 세 가지에 없는 항목을 가리기 |
가장 자주 묻는 것은 스테핑 모터 구조 형 분류입니다.
동기발전기는 계자 권선에 직류를 흘려 자석 역할을 하게 하고, 그 자속을 전기자 도체가 가로질러 전압을 만드는 구조다. 이때 계자 권선에 공급할 직류 전기를 만들어 주는 장치가 여자기다. 즉 여자기의 용도는 계자에 직류 여자전류를 공급하는 것이다. 발전기의 회전 속도와 주파수 f = pN/120은 원동기와 조속기가 담당하고, 부하변동 대응은 전압조정기의 몫이므로 여자기와 무관하다.
단락비는 동기발전기의 여자 성능을 나타내는 지표로, 정격전압을 가할 때 흐르는 단락전류를 정격전류로 나눈 값이다. 3상 발전기의 경우 단락비 = 정격전압/(√3·정격전류·동기임피던스)로 계산한다. 단락비는 %동기임피던스의 역수 개념이므로 정격전류와 동기임피던스만 주어지면 바로 구할 수 있다.
특수 동기기 각 기종의 특징도 중요하다. 반작용(릴럭턴스) 전동기는 회전자에 권선도 영구자석도 없이, 자기저항(릴럭턴스) 변화가 만드는 반작용 토크로 돌아간다. 자계를 만드는 자화전류를 모두 전기자 측 교류에서 공급받아야 하므로 역률이 나쁜 것이 대표적인 특징이다. 동기 주파수 변환기는 조작이 간편하고 효율이 좋으며, 정현파 발전기는 부하와 관계없이 정현파 기전력을 발생시킨다.
한편 스테핑 모터처럼 펄스 신호 한 번에 일정 각도씩 회전하는 전동기의 구조 형은 VR형·PM형·하이브리드형 세 가지다. 회전전기자형은 일반 직류기 등에서 쓰는 전기자가 도는 구조를 가리키는 말일 뿐 스테핑 모터의 분류 항목이 아니다.
3상 동기 발전기가 용량 10000[kVA]와 선간 6600[V]의 정격, 그리고 3.6[Ω]의 동기 임피던스를 가질 때 단락비를 구한다.
1단계, 정격전류를 구한다. 정격전류 In = 1000000/(√3 × 6600) ≈ 875[A]. 여기서 정격출력은 3상 용량이므로 선간전압과 √3이 들어간다. 2단계, 단락전류를 구한다. 상전압 = 6600/√3 ≈ 3810[V] 기준이므로, 단락전류 Isc = 3810/3.6 ≈ 1058[A]. 3단계, 단락비 = 1058/875 ≈ 1.21.
이 계산에서 √3을 빼먹거나, 선간전압과 상전압 기준을 혼동하거나, 정격전류와 단락전류의 비를 뒤집으면 엉뚱한 값이 나온다. 선지의 가짜 값들은 대부분 이런 계실수에서 나온다.
3상, 6극, 슬롯수 54의 동기발전기가 있다. 어떤 전기자 코일의 두변이 제 1슬롯과 제 8슬롯에 들어있다면 단절권계수는 얼마인가?
정답 ① · 문제는 주어진 슬롯 배치에서 단절권계수를 구하는 것이다. 슬롯각은 180°×극수/슬롯수 = 180×6/54 = 20°이고 권폭은 두 변의 슬롯 차이로 8−1 = 7슬롯이므로 권폭각은 7×20° = 140°이므로 β = 180°−140° = 40°가 된다.
단절권계수 k=cos(β/2). 슬롯각 20°, 권폭 7슬롯=140° → β=40° → cos20°≈0.9397.
동기 발전기의 병렬 운전 중 A기의 부하 분담을 크게 하려면?
정답 ④ · 동기 발전기의 병렬 운전 시 부하 분담을 조절하려면 원동기의 입력을 조절해야 합니다. 원동기의 속도(또는Governor 설정)를 증대시키면 발전기의 위상이 앞당겨지면서 유효 전력(부하) 분담이 증가하게 됩니다.
병렬 운전에서 유효전력(부하) 분담은 원동기 속도(조속기)로, 무효전력 분담은 계자 전류로 조절한다.
다음 중 스테핑 모터의 구조 형이 아닌 것은?
정답 ④ · 문제는 스테핑 모터의 구조 형 중 아닌 것을 고르는 것이다. 스테핑 모터의 대표적 형식은 영구자석형, 가변리럭턴스형, 하이브리드형 세 가지이며 회전전기자형은 이 분류에 포함되지 않는다.
스테핑 모터의 구조 형은 VR형·PM형·하이브리드형 3종류이다(회전전기자형은 제외).
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