Lecture 직류 발전기의 운전방식

직류 발전기의 운전방식

직렬운전

낮은 전압을 유기하는 발전기들로 높은 전압을 얻고자 하는 경우 적용한다.

각 발전기의 용량이 다른 경우, 부하 전류는 최소 용량 발전기 이하의 전류값을 취해야 한다.

현재 거의 사용되지 않는다.

병렬운전

장점

• 한 대의 발전기로 용량이 부족한 경우에 적용할 수 있다.
• 한 대의 대용량 발전기를 사용하는 것에 비해 2대 이상의 작은 용량의 발전기를 병렬로 운전하는 것이 부하의 변화에 대해 효율이 좋은 상태로 운전할 수 있다.
• 발전기 다중화로 고장 등 불의의 사고에 대비한 전원 신뢰성이 높아진다
• 부하가 줄었을 때 일부만 가동하여 부하율을 높게 유지함으로써 운전효율이 향상된다.
• 설비용량을 중설할 필요가 있는 경우 쉽게 대응할 수 있다

병렬운전시 필요 조건

• 단자 전압의 극성이 같아야 한다.
• 전부하 단자 전압이 동일해야 한다.
• %부하 전류($\% I = \dfrac{I}{P} \times 100$ )가 일치해야한다.
• 외부특성곡선이 수하특성(부하가 증가하면 전압이 떨어지는 특성)이어야 한다.

분권발전기

각 발전기의 부하 분담은 각 발전기의 외부특성곡선에 따라 결정된다.

부하 증가시키려는 발전기의 계자저항기를 조정하여 계자저항을 증가한다.

• 발전기의 전류가 상승하였을 경우에는 발전기 전기자 저항에 의한 전압강하가 증가하여 출력전압의 하락하고, 이는 발전기의 출력전류를 줄이는 쪽으로 작용한다.

• 발전기의 전류가 줄어들었을 경우에는 발전기 전기자 저항에 의한 전압강하가 감소하여 출력전압의 증가하고, 이는 발전기의 출력전류를 늘리는 쪽으로 작용한다.

• 분권발전기는 병렬운전에 적합한 특성을 지니고 있다. 개별운전시 전압변동률이 비교적 크다는 단점이 병렬운전에서는 장점으로 작용한다.

• 타여자 발전기와 부족복권발전기는 안정적인 병렬운전에 필요한 수하특성(부하전류가 증가할때 단자전압이 감소하는 특성)을 갖고 있다.

직권발전기

• 부하 전류가 증가하면 단자 전압도 증가하여 안정적인 병렬운전이 곤란하다.

• A 발전기의 부하가 증가하면 A발전기의 단자 전압이 증가하여 A발전기의 부하분담이 증가하게된다.

• 부하분담이 한쪽으로 기울어져 병렬운전이 곤란

• 전류 증가에 따라 전압이 상승하는 직권발전기나 과복권발전기는 기본적으로 병렬운전에 부적합하다

• 직권계자권선의 계자를 서로 연결(균압모선 : equalizer bus)하여

  • A 발전기의 부하가 증가하여도 부하전류가 양 발전기의 직권 권선으로 동일하게 분류
  • 발전기 A의 기전력이 커졌다면 두 발전기의 기전력의 차이로 발전기 사이에 순환전류가 중첩된다.
  • 각 발전기는 동일한 여자전류가 흐르게되어 안정된 병렬운전이 가능해진다.
  • 균압도체를 설치하면 계자들이 병렬로 접속되므로 계자전류가 전기자전류에 무관하게 계자저항들의 상대적 비율에 의해 결정된다.
  • 균압도체의 저항이 계자권선들의 저항보다 훨씬 작아야 한다.
    

• 평복권이나 과복권 발전기도 병렬운전을 위해서는 균압도체를 설치하여 기기별 전기자전류와 직권계자전류 사이의 연관성을 차단해주어야 한다.

복권발전기

• 균압모선이 필요(직권 + 과복권)

부하 분담

• 계자 저항으로 조정 부하 전류를 조정할 수 있다.

$$R_f \uparrow \to I_f \downarrow \to \phi \downarrow E_a \downarrow \to I_L \downarrow$$

$$R_f \downarrow \to I_f \uparrow \to \phi \uparrow E_a \uparrow \to I_L \uparrow$$

• 무부하전압이 같은 상태에서 전압변동률이 작은 쪽이 더 큰 부하를 부담한다.

• $I_A, I_B$가 두 발전기의 정격전류에 일치한다면 이상적인 부하배분이 이루어진 상태가 된다.

• 병렬운전되는 직류발전기의 전압변동률이 같을 때 무부하전압을 일치시키면 용량에 비례하는 부하배분이 이루어진다

• 어느 한 발전기의 무부하전압을 상승시키면 부하분담이 커지면서 다른 발전기의 부하분담이 줄어들며, 전압은 전체적으로 상승한다.