강의노트 교류 발전기의 모델링과 특성

교류 발전기의 모델

• 교류 발전기에서 발전된 전압 $E_{0}$는 계자 자속의 크기에 비례하는데, 계자 자속의 크기는 계자 전류 $I_F$에 비례한다. 즉,

$$E_0 = k I_F$$

• 따라서 발전기의 상전압은 계자에 흐르는 직류 여자 전류를 조절함으로써 제어할 수 있다.
• 직류 여자가 일정하게 유지되더라도 발전기 단자 전압$\small(E_{{T}})$은 부하에 따라 변하게 된다.
• 이것은 교류 발전기의 고정자 권선에 리액턴스$\small(X)$와 저항$\small(R)$으로 구성된 내부 임피던스가 있기 때문이다.

간단한 모델

• 위의 회로에서 저항 $R$ 은 리액턴스 $X$ 보다 훨씬 더 작다. 따라서, 아래 그림 처럼 단순화된 회로를 사용해도 오차가 별로 없다.
• $X$는 동기 리액턴스(Synchronous Reactance) 라고 한다.

동기 리액턴스

• 동기 리액턴스의 값은 개방 회로에서 단자 전압을 측정하고, 단자가 단락되었을 때 전류를 측정함으로 알 수 있다.
• 단락 전류 $I_S$ 는 동기 리액턴스 $X$ 로부터 다음 식과 같이 구해진다.

$$\color{red} I_S = \dfrac{E_{0}}{X}$$

교류 발전기의 모델과 그 물리적 의미

• 저항 부하 또는 유도성 부하가 발전기 단자에 연결되어 있으면 단자 전압이 낮아질 것을 예상할 수 있다.
• 용량성 부하가 발전기 단자에 연결되어 있으면 공진 효과에 의해서 전압이 상승할 것을 예상할 수 있을 것이다.
• 교류 발전기의 동기 리액턴스는 매우 크기 때문에 단자가 단락되더라도 최초 몇 주기를 제외하고는 단락 전류가 전부하 전류의 $1.5$배를 넘는 일은 거의 없다.

스팀 터빈의 모의

• 화력 발전소의 발전기는 수증기의 힘을 이용하는 스팀 터빈으로부터 기계적 힘을 공급받는다.
• 이 실험에서는 실제 발전소에서 사용되는 스팀 터빈을 대신해서 직류 전동기로 3상 교류 발전기를 회전시킬 것이다.