▣ 동기발전기 전기자 반작용
⊙ 아래 발전기의 등가회로를 보면서 전기자 반작용에 대해 알아보자.
⊙ 위의 발전기의 등가회로를 보면 계자에서 자속을 공급하면 전기자 권선이 기계적
회전 운동으로 계자의 자속을 끊게 되고 전선이 주위의 자속을 변화가 생기면
페러데이의 전자유도 법칙에 의해 전기자 권선에 유기기전력(E)이 발생하게 된다.
유기기전력(E)은 권선에 전류를 흐르게 하고 이 전기자 전류(Ia)를 흐르게 하고
이 전기자 전류(Ia)는 다시 권선 주위에 회전자계를 발생시키는데 이 회전자계는
계자 자속에 영향을 주게 되는데 이러한 작용을 전기자 반작용이라 한다.
한편 부하의 종류에 따라 전기자 전류 (Ia = I)의 위상을 변화시키는데 저항부하 R은
유기기전력과 동상이고, L 부하는 지상, C부하는 진상 전류를 흐르게 한다.
이에 따라 부하에 발전기의 전력에도 영향을 주게 된다.
R 부하 : P = V · IR = V I cos Θ [VA]
L 부하 : Pr = V · IL = V I sin Θ [VA]
전기자 반작용은 전기자 권선에 흐르는 전류(Ia)에 의해 발생하고, 이 전기자 전류(Ia)는
부하전류와 같은 전선을 흐르므로 정격전류와 같다. 그런데 무부하 상태에서는 전류가
흐르지 않으므로 전기자 반작용도 발생하지 않는다.
따라서 전기자 반작용은 부하가 있을 때 즉, 전류가 흐를 때만 발생한다.
한편 전기자 반작용은 부하의 성질에 따라 반작용의 영향이 달라 진다.
아래 그림을 보면서 R. L, C 부하에 따라 전기자 반작용이 어떻게 변화하는지 알아보자
위 그림에서 전기자 전류가 최대일 때의 전기자 반작용에 대하여 알아 보자
계자에서 자속이 공급되면 자속은 N극에서 S극으로 흐르게 되고
기계적 회전운동으로 전기자 권선이 자속을 끊게 되어 전기자 권선에는 Ia의 전류가
흐르게 되고 이 전기자 전류는 다시 주자속에 영향을 주는 자속을 발생시키게 된다.
전기자 권선에서 발생하는 자속은 전기자 권선이 계자극에서 가까울 때 최대가 되고
멀어질 때 자속발생은 작아진다. 따라서 전기자 권선이 0˚와 180˚일 때 자속, 전류가
0이 되고 90˚, 270˚일 때 자속, 전류는 최대가 된다.
전기자 권선이 90˚ 회전할 때에 전류의 방향을 보면 전기자 전류는 들어가는 방향이
된다. 즉 전류가(+)일 때는 들어가는 방향이고 전류가 (-)일 때는 나오는 방향이 된다.
이제 부하의 종류에 따른 전기자반작용을 알아 보자.
위 그림에서 먼저 R부하에 대하여 알아 보자
저항부하일 때는 유기기전력과 전류는 동상이고 유기기전력이 최대일 때, 전기자전류도
최대가 된다. 전기자 권선에서 발생하는 회전자계는 N극 주변에서는 들어가는 방향,
S극 주변에서는 나오는 방향이 되어 합성 회전자속은 계자에서 발생하는 주자속과
직각방향 즉, 횡축으로 작용하게 된다. 주자속과 전기자 반작용 자속이 서로 교차하게 되어
교차자화작용이라고 부르며 계자의 N극과 S극 주변에서는 한쪽은 약간 증자,
한쪽은 약간의 감자현상이 발생하여 중심축이 약간의 편차현상이 발생하게 되고
전체적으로 계자의 주자속이 감소하하는 감자현상이 발생하게 된다.
L부하 일 때를 알아 보자.
발전기의 유기기전력에 의해 흐르게 되는 전기자 전류(Ia)가 L부하를 만나면 유기기전력
보다 90˚ 위상이 늦은 지상전류가 되고 유기기전력보다 위상이 90˚ 늦어 최대 전류가
흐르게 된다. L부하 일 때 전기자가 만드는 회전자계의 합성 자속은 계자가 만드는 주자속
과 반대 방향으로 발생하게 되고 이로 인해 주자속을 감소시키게 된다.
회전자계가 만드는 합성자속은 주자속 축과 평행하다 하여 직축반작용이라 부른다.
C부하 일 때에 대하여 알아 보자
발전기의 유기기전력에 의해 흐르게 되는 전기자 전류(Ia)가 C부하를 만나면 유기기전력
보다 90˚ 위상이 앞선 진상전류가 되고 유기기전력보다 위상이 90˚ 앞서 최대 전류가
흐르게 된다. C부하 일 때 전기자가 만드는 회전자계의 합성 자속은 계자가 만드는 주자속
과 같은 방향으로 발생하게 되고 이로 인해 주자속을 증가시키게 된다.
회전자계가 만드는 합성자속은 주자속 축과 평행하다 하여 직축반작용이라 부른다.
R 부하 ⇒ I cos Θ - 횡축반작용
- 교차자화작용, 약간의 감자작용
L 부하 : 뒤진전류, 감자작용 (φ 감소 ↓) ⇒ 유기기전력 감소 (E ↓) ⇒ 부하전압 감소 (V ↓)
+ I sin Θ
C 부하 : 앞선전류, 증자작용 (φ 증가 ↑) ⇒ 유기기전력 증가 (E ↑) ⇒ 부하전압 증가 (V ↑)
- I sin Θ
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