▣ 동기발전기 병렬운전
⊙ 병렬운전 조건
① 기전력의 크기가 같을 것
② 기전력의 위상이 같을 것
③ 기전력의 주파수가 같을 것
④ 기전력의 파형이 같을 것
⑤ 상회전 방향이 같을 것
(1) 기전력의 크기가 다를 경우 : 무효순환전류(=무효 횡류)가 흐른다.
위 그림에서 A, B 발전기의 기전력의 크기가 다를 경우
순환전류에 대하여 알아 보기 위해서는 두 발전기만 있다고 가정하고
회로를 분석한다.
두 발전기가 폐회로를 구성한다고 하면, Ea, Eb간에 기전력에 차이가 발생하면
전압차에 의하여 전류가 흐르게 되는데 이 때 무효순환전류 Ic가 흐르게 된다.
기전력의 크기는
동기발전기가 병렬운전할 때 왜 기전력의 차이가 발생하는 걸까?
동기발전기의 기전력은
따라서 동기발전기가 병렬운전할 때 기전력의 크기가 달라지는 경우에는
자속이 변해서 그런 것이고 자속을 변할려면 계자전류가 변했기 때문이다.
결론적으로 기전력의 크기는 계자전류가 변해서 차이가 발생하는 것이다.
이 때 무효횡류 전류 Ic를 벡터로 표시하면 아래 그림과 같다.
정상적인 병렬운전 조건에서는 A발전기와 B발전기의 기전력은 같다.(Ea=Eb)
또한 각 발전기의 전류는 기전력보다 위상이 늦은 Ia, Ib로 나타낼 수 있다.
그런데 어떤 조건에 의해 A발전기의 기전력이 커지면 기전력은 Ea +(Ea-Eb)가 된다.
발전기는 코일성분, 인덕턴스 성분이 많으므로 증가된 기전력에 의해 발생하는
전류 Ic는 기전력(Ea-Eb)보다 위상이 90˚ 늦게 된다. Ic는 평행 이동할 수 있다.
Ic에 의하여 각 발전기에 흐르는 전류는 Ia는 Ia' (Ia +Ic)로, Ib는 Ib'로 (Ib+Ic)가
된다. Ia'는 당초 Ia보다 위상이 더 늦어 지게 되고, Ib는 위상이 빨라지게 된다.
이와같이 기전력의 크기가 다른 경우 무효순환 전력에 의해서 기전력이 큰 쪽은
더 늦은 지상전류가 흐르게 되고, 기전력이 작은 쪽은 위상이 빨라지게 된다.
이와 같이 계자전류가 증가하면 역률이 떨어지고 상대 발전기는 역률 증가한다.
따라서 Ga 발전기의 계자전류 If가 자속이 증가하고 역률 cosΘ는 감소한다.
반면 Gb 발전기는 자속이 감소하고 역률 cosΘ는 증가한다.
계자전류 If ↑ Ga 발전기 ⇒ φ ↑ ⇒ cosΘ ↓
Gb 발전기 ⇒ φ ↓ ⇒ cosΘ ↑
(2) 기전력의 크기는 같으나 위상이 다른 경우 : 동기화 전류(유효횡류)
가 흐른다.
2대의 발전기간 위상차가 있는 경우에는 위 그림과 같이 a상과 b상의 같은 시점에서
기전력이 다르 듯이 기전력의 최대값이 같더라도 위상이 다르면 각 발전기의 기전력의
순시값은 차이가 발생하여 기전력의 크기가 다른 상태와 같은 현상이 나타난다.
즉 아래 그림과 같이 위상이 다른 경우 각 시점마다 발전기간 위상차이로 기전력에
차이가 발생하고 발전기의 전압차이로 인하여 발전기간 순환전류 Ic가 흐르게 된다.
위상차로 인해 전압차가 발생하고 이 전압차이로 인해 두 발전기간에 순환전류가 흐르게
되는데 이 순환전류 Ic의 크기는 기전력의 크기가 다른 경우의 식으로 계산할 수 있다.
좀더 세밀한 순환전류를 구하기 위해서 벡터도를 그리면 다음과 같다.
왼쪽 그림에서 Ea와 Eb는 위상차에 의하여 Ea-Eb의 위상차에 의한 기전력이 발생하게
된다. 기전력 Ea-Eb는 Ea=Eb는 같기 때문에 Ea × 2 sin δ/2 또는 Ea × 2 sin δ/2가
된다. 따라서 이를 종합하여 순환전류 Ic를 구하게 되면 다음과 같다.
한편 위쪽 그림 왼편을 보면 위상차에 의한 기전력 Ea-Eb는 평행이동할 수 있다.
기전력 Ea-Eb에 의한 순환전류 Ic는 발전기의 L부하에 의하여 90˚ 뒤진 전류가 된다.
순환전류 Ic는 Ea보다는 뒤진 전류, Eb보다는 앞선 전류가 된다.
따라서 순환전류 Ic에 의하여 Ea는 뒤진 전류 ⇒ 부하 증가 ⇒ 속도감소 ⇒ 위상감소로
이러지고 Eb는 앞선전류 ⇒ 부하감소 ⇒ 속도 증가 ⇒위상 증가가 발생하여
위상차를 없애는 역할을 하게 된다.
한편 순환전류 Ic에 의하여 발전기 상호간에 전력을 주고 받게 되는데 이를 수수전력이라
한다. 수수전력은 다음과 같이 구할 수 있다.
수수전력 : 발전기 상호간 위상차 δ를 원상으로 복귀하기 위하여 발전기 상호간에 주고
받는 전력을 말한다.
이와같이 발전기간 위상차에 의해 흐르는 순환전류 Ic는 병렬운전하는 2대의 발전기의
위상차를 줄여주는 역할을 하게 되는데 이러한 이유로 동기화 전류라고 부른다.
【동기발전기 돌극형, 비돌극형 】
동기기의 회전자계는 모양에 따라서 2가지 종류로 나뉩니다.
돌극형 : 극수가 많다. 저속도, 수차발전기, 대용량, 크다, 공극이 불균형이다.
비돌극형 : 그수가 적다. 고속도, 터빈발전기, 소용량, 작다, 공극이 균일하다.
돌극형을 보시면 알겠지만 극을 여러개로 만들기 수월합니다.
그러나 비돌극형은 극을 여러개로 만들기 힘듭니다.
극이 많아질수록 1회전에 따른 출력 주파수가 높아지고
그 만큼 적게 회전시켜도 60[Hz]의 전압유기가 쉽습니다.
따라서 저속도에 사용합니다.
또한 회전자의 형태에 따라서 출력도 달라지게 됩니다.
비돌극형(철극형)
여기서 직축 반작용 리엑턴스와 횡축반작용 리엑턴스는 돌극형 회전자에서의
횡축과 직축의 각각 다른 공극에 의하여 차이가 나는 리엑턴스를 반영한 것입니다.
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