개념 한 쪽
동기전동기의 출력은 기전력 E와 전압 V, 동기 임피던스 Xs, 부하각 δ의 관계로 결정된다. 최대 출력은 동기 임피던스가 작을수록 커지므로 안정도와 직결된다. 계자 전류를 바꾸면 전기자 전류가 V자 곡선을 그리며 역률이 달라진다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「동기전동기의 출력 및 토크」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 안정도 향상 수단 판별 | 1 | 동기 임피던스와 최대 출력의 관계로 안정도 향상 여부를 가린다 |
| V곡선 최저점과 역률 | 1 | 여자전류 변화에 따른 전기자 전류와 역률을 판단한다 |
동기전동기의 출력은 P=(EV/Xs)sinδ로 나타낸다. 여기서 E는 기전력, V는 전압, Xs는 동기 임피던스, δ는 부하각이다. 부하각이 커질수록 출력이 커지지만 일정 한계를 넘으면 동기를 벗어난다. 최대 출력은 Pmax=EV/Xs이므로 동기 임피던스가 작을수록 커진다.
안정도는 최대 출력과 연결된다. 동기 임피던스를 크게 하면 최대 출력이 작아져 부하 변동에 약해진다. 따라서 동기 임피던스를 크게 하는 것은 안정도 향상에 유효하지 못하다. 관성 모멘트를 크게 하거나 단락비를 크게 하거나 속응 여자를 하는 방식은 동요를 억제하는 쪽으로 작용한다.
V곡선은 출력을 고정하고 여자전류를 바꿀 때 전기자 전류가 변하는 모양을 나타낸다. 가로축은 여자전류, 세로축은 전기자 전류이다. 곡선의 최저점은 전기자 전류가 최소가 되는 지점이며 이때 역률은 100%이다. 여자가 약하면 뒤진 지상 역률이 되고, 과여자하면 앞선 진상 역률이 된다.
동기전동기는 부하가 변해도 동기속도를 유지한다. 대신 기동 토크가 거의 없어 기동이 어렵고, 계자전류를 조절하면 역률을 지상에서 진상까지 바꿀 수 있다. 제동권선은 극 표면의 단락 막대와 단락링 구조로 유도전동기의 농형 회전자와 같다. 이 권선은 시동 토크를 만들고 난조를 감쇠하는 역할을 한다.
난조는 회전자가 부하각을 중심으로 흔들리는 현상이다. 관성이 큰 경우, 원동기 토크의 고조파, 전기자 저항이 큰 경우, 너무 예민한 조속기가 원인이 된다. 반대로 관성이 작은 경우는 난조의 원인이 아니다.
병렬 운전에서 유효전력 분담은 원동기의 속도 조절로 바꾼다. 무효전력 분담은 계자 전류로 조절한다. 한 발전기의 속도를 증대하면 그 발전기의 유효전력 분담이 커진다.
동기전동기의 최대 출력 관계는 Pmax=EV/Xs로 확인한다. Xs가 작아지면 Pmax가 커져 안정도가 좋아지고, Xs가 커지면 Pmax가 작아져 안정도가 나빠진다.
단상 릴럭턴스 전동기의 최대 토크는 T=¼(Ld−Lq)I²로 구한다. Ld=2Lq=200mH이면 Ld=0.2H, Lq=0.1H이므로 Ld−Lq=0.1H이다. 실효치 I=2A를 넣으면 T=¼×0.1×2²=0.1N·m가 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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