개념 한 쪽
동기전동기는 정해진 동기속도로 도는 대신 기동이 어렵고 부하 변동에 흔들리는 난조가 생긴다. 계자전류를 바꾸면 전기자전류가 V자로 변하며 역률이 지상과 진상 사이를 오간다. 이 두 특성과 전기자 반작용이 단자전압에 미치는 방향을 함께 익힌다.
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출제기준 단원 「동기전동기의 전기자 반작용 등」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 안정도 향상책 판별 | 1 | 동기 임피던스를 크게 하는 것이 안정도에 유효한지 가리기 |
| V곡선 최저점 특성 | 1 | 전기자전류 최소 지점의 역률 값을 가리기 |
동기전동기는 부하가 변해도 항상 동기속도를 유지한다. 대신 기동 토크가 거의 없어 스스로 시동하지 못하고, 감쇠권선이나 보조 전동기로 속도를 올려 동기에 넣어야 하므로 기동조작이 복잡하다. 계자전류를 조절하면 역률을 지상에서 진상까지 바꿀 수 있어 역률 개선용으로도 쓴다.
V곡선은 출력을 고정하고 여자전류를 바꿀 때 전기자전류가 그리는 곡선이다. 가로축이 여자전류, 세로축이 전기자전류이다. 곡선의 최저점은 전기자전류가 최소가 되는 지점으로 역률 100%이다. 이보다 여자전류를 크게 하면 과여자되어 앞선(진상) 전기자전류가 흐르고, 작게 하면 부여자되어 뒤지는(지상) 전기자전류가 흐른다.
난조는 부하 변동으로 회전자가 부하각을 중심으로 좌우로 흔들리는 현상이다. 회전자 관성이 클 때, 원동기 토크에 고조파가 있을 때, 전기자 저항이 커 동기화력이 줄 때, 조속기가 너무 예민할 때 생긴다. 관성이 작으면 오히려 교란에 빨리 적응하므로 난조의 원인이 아니다.
제동권선은 회전자 극 표면의 단락 막대와 단락링으로 된 권선으로, 유도전동기의 농형 회전자와 같은 구조이다. 시동 때는 유도전동기처럼 토크를 내고, 동기 속도에 오른 뒤에는 난조를 잡는 감쇠 역할을 한다. 제동권선의 주목적은 난조 방지이다.
안정도는 동기 임피던스와 반비례한다. 최대 출력은 E·V를 동기 임피던스로 나눈 값이므로 임피던스가 작을수록 커져 안정도가 좋아진다. 따라서 동기 임피던스를 크게 하는 것은 안정도 향상에 유효하지 못하다. 관성 모멘트 증대, 단락비 증대, 속응 여자는 모두 동요를 억제하는 수단이다.
전기자 반작용은 전류가 만드는 자기장이 자극에 미치는 영향이다. 90° 진상 전류는 반작용이 순수 증자 방향이 되어 단자전압을 올리고, 90° 지상 전류는 감자 방향이 되어 단자전압을 내린다.
V곡선 문제는 최저점의 역률을 0%로 뒤집거나 과여자와 진상의 대응을 뒤섞어 함정을 만든다. 난조 문제는 관성이 작은 경우를 원인으로 넣어 반전을 노린다. 안정도 문제는 동기 임피던스를 크게 하는 것을 향상책으로 제시한다. 단자전압 계산은 진상 전류에서 전압이 내려간다고 부호를 뒤집어 116V를 유인한다. 실제로는 90° 진상에서 증자되어 120V에 0.2Ω과 20A의 곱 4V를 더한 124V가 된다.
동기기의 안정도 향상에 유효하지 못한 것은?
정답 ④ · 질문은 동기기 안정도를 높이기 위한 방법 중 효과가 없는 것을 찾는 문제이다. 동기 임피던스 Xs가 작을수록 기계가 견딜 수 있는 최대 전력이 커지므로 큰 Xs를 취하는 것은 안정도 향상에 도움이 되지 않는다.
동기 임피던스는 작을수록 최대 출력 EV/Xs가 커져 안정도가 좋아지므로 크게 하는 것은 안정도 향상에 유효하지 못하다.
다음에서 동기전동기의 V곡선에 대한 설명중 맞지 않는 것은?
정답 ④ · 문제는 동기전동기의 V곡선 특성에서 잘못된 설명을 고르는 것이다. V곡선은 가로축에 여자전류, 세로축에 전기자전류를 놓고 그린 곡선으로 여자전류를 변화시킬 때 전기자전류가 최소가 되는 지점(곡선의 최저점)이 존재한다.
V곡선 최저점은 전기자전류 최소·역률 100% 지점이므로 '역률 0%' 설명이 틀리다.
60[Hz], 12극의 동기 전동기의 회전 자계의 주변속도는? (단, 회전 자계의 극 간격은 1m이다.)
정답 ④ · 동기 속도의 공식은 Ns = 120f / p [rpm]입니다. 여기서 주파수 f는 60Hz, 극수 p는 12이므로 Ns = 120 * 60 / 12 = 600 [rpm]입니다.
Ns=120f/P=600rpm, 원주=극간격×극수=12m, v=πDN/60=12×600/60=120m/s.
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