개념 한 쪽
동기전동기의 위상특성곡선은 계자전류를 바꿀 때 전기자전류가 어떻게 변하는지 보여 주는 V자 모양 곡선이다. 곡선의 최저점과 좌우 영역에서 역률이 어떻게 달라지는지 구분하는 것이 핵심이다.
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출제기준 단원 「위상특성곡선」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 안정도 향상 수단 판별 | 1 | 동기 임피던스와 단락비의 관계로 안정도 향상 여부를 가린다 |
| V곡선 최저점과 역률 판별 | 1 | 계자전류 변화에 따른 전기자전류와 역률의 대응을 가린다 |
위상특성곡선은 동기전동기에서 출력을 일정하게 두고 여자전류를 변화시킬 때 전기자전류가 그리는 곡선이다. 가로축은 여자전류, 세로축은 전기자전류이며 곡선의 모양이 알파벳 V처럼 보인다.
곡선의 최저점은 전기자전류가 가장 작아지는 지점이고 이때 역률은 100%가 된다. 최저점보다 여자전류가 작은 부여자 영역에서는 뒤진 지상 역률이 되고, 여자전류가 큰 과여자 영역에서는 앞선 진상 역률이 된다.
동기전동기는 부하가 변해도 동기속도를 유지하고 계자전류를 조절해 역률을 지상에서 진상까지 바꿀 수 있다. 위상특성곡선은 이 계자전류와 전기자전류의 관계를 한눈에 보여 주는 그래프이다.
안정도는 동기 임피던스와 단락비의 관계로 설명한다. 최대 출력은 E·V/Xs이므로 동기 임피던스가 작을수록 최대 출력이 커져 안정도가 좋아진다. 단락비를 크게 하거나 관성 모멘트를 크게 하는 방법, 속응 여자를 쓰는 방법이 안정도 향상에 유효하다.
제동권선은 극 표면의 단락 막대와 단락링 구조로 유도전동기 농형 회전자와 같다. 시동 때는 유도기동을 돕고 운전 중에는 난조를 감쇠하는 역할을 한다.
위상특성곡선에서는 최저점을 역률 0%로 바꾸거나 과여자와 부여자의 전류 위상을 뒤집는 선지가 함정이 된다. 최저점은 전기자전류 최소이자 역률 100% 지점이고, 과여자에서는 앞선 진상 전류가 흐른다. 안정도 향상 수단을 묻는 자리에서는 동기 임피던스를 크게 하는 설명을 골라내야 한다. 동기 임피던스가 커지면 최대 출력이 작아져 안정도에 불리하다.
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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