강의노트 타여자 직류 발전기

변수명

타여자 직류 발전기

$$I_L = I_a$$

$$V_t = E_a - R_aI_a$$

$$I_f = \dfrac{V_f}{R_f}$$

정격속도로 회전하고 정격 계자전류가 흐르는 상태, 정격부하가 접속되어 정격전류가 흐를 때의 단자전압이 발전기의 정격전압이며 이 둘을 곱한 $V_t I_a$이 발전기의 정격 용량이다.

무부하 포화 곡선, 자화특성곡선

자화특성곡선(magnetization curve), 개방전압특성(open-circuit characteristic: OCC)

직류 발전기를 정격속도(rated speed), 무부하(no load)로 운전한다.

계자 전류를 0에서부터 변화시켰을 때의 단자 전압$V_t$의 변화 곡선이 무부하 포화 곡선이다.

계자 전류 $I_f$가 0이어도 철심의 잔류 자기때문에 작은 유도 기전력을 발생할 수 있다.

상승 곡선과 하강 곡선의 차는 크지 않아 중간을 취해서 무부하 포화곡선으로 사용한다.

부하 포화 곡선(load saturation curve)

직류 발전기를 정격속도, 정격 부하전류$I_n$을 일정하게 유지한 상태에서

계자 전류 $I_f$를 0에서부터 변화하며 단자 전압$V_t$의 변화 곡선이 부하 포화곡선이다.

무부하 포화곡선으로 부터 부하 포화곡선 구하기

정격속도로 회전하는 기기의 무부하 단자전압 $E_o$에서 부하를 연결하여

정격 부하 전류$I_n$를 인출하면 전기자 반작용에 의한 감자작용에 해당하는 전압의 감소를 계자전류의 감소로 표시하면 $a'$ 에서 $b'$ 로 이동한 것과 같다.

정격 부하 전류 $I_n$에 대한 전기자 회로 저항 $R_a$ 및 브러시 접촉 저항 $e_b$의 영향으로 $b'$에서 $b''$로 이동한다. 이 때의 단자 전압은 $V_n$이된다.

계자 전류 (a점 즉 계자전류 $I_f$)에 대한 정격 부하시의 발전기 단자 전압 $V_n$이 된다.

불포화 영역에 있어서 전기자 반작용에 의한 전압 강하는 포화 영역에서의 전기자 반작용보다 크다.

위 그림의 Δ를 potier삼각형이라 한다.

위의 그래프에서 삼각형의 점들을 연결하면 부하 포화 곡선이 된다.

외부특성 곡선

외부특성 곡선은 회전자가 정격 속도로 운전하고, 정격 전압, 정격 부하 전류가 흐르도록 계자 전류를 조정하고 부하 전류의 변화에 대한 단자 전압의 변화를 곡선이다.

직류 타여 발전기의 외부 특성 곡선은 수하 특성을 가진다.

보상권선이 없는 경우에는 전기자반작용에 의한 감자작용의 영향으로 부하전류가 증가할수록 유효자속이 감소하여 유기기전력이 줄어든다.

단자 전압 제어

전압을 일정하게 유지해야 할 필요가 있는 경우에는 부하의 증감에 따라 유기기전력을 조절하여 제어한다.

일반적으로 발전기를 구동하는 원동기의 속도는 임의로 조정하기가 쉽지않기때문에 대부분 직렬 계자저항기의 저항값을 조절하여 계자전류를 키우거나 줄이는 방식으로 출력전압을 제어한다.

발전기 출력을 변경하려면 원동기의 동력과 발전기 속도를 조절하는 제어가 필요하며, 단순히 전류를 조절하는 것만으로는 불가능하다.

회전자 속도 변화

직류 타여자 발전기의 회전자 속도가 증가하면 유도기전력이 증가한다. $E_a = k \phi n \uparrow$

유도 기전력이 증가하면 단자 전압이 상승한다. $V_t = E_a \uparrow - I_a R_a$

계자 전류 변화

계자 전류$I_f$가 증가하면 계자 자속이 증가한다.

계자자속의 증가는 유도 기전력이 상승하고 이는 단자 전압의 증가를 유발한다.

$$I_f \uparrow \propto \phi \uparrow \, \Rightarrow \, E_a \uparrow= k \phi \uparrow n \, \Rightarrow \,V_t \uparrow = E_a \uparrow - I_a R_a$$