강의노트 타여자 직류 발전기

변수명

타여자 직류 발전기

$$I_L = I_a$$

$$V_t = E_a - R_aIa$$

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

• 발전기의 단자 전압$V_t$와 관계없이 계자 전류 조정할 수있다.
• 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 키워가며 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

• 무부하 단자전압 $E_o$
• 정격 부하 전류$I_n$를 인출하면 전기자 반작용에 의한 감자작용으로 $a'$ 에서 $b'$ 로 이동.
• 정격 부하 전류 $I_n$에 대한 전기자 회로 저항 $R_a$ 및 브러시 접촉 저항 $e_b$의 영향으로 $b'$에서 $b''$로 이동. 이 때의 단자 전압은 $V_n$
• 계자 전류 (a점 즉 계자전류 $I_f$)에 대한 정격 부하시의 발전기 단자 전압 $V_n$
• 불포화 영역에 있어서 전기자 반작용에 의한 전압 강하는 포화 영역에서의 전기자 반작용보다 크다.
• Δ를 potier삼각형이라 함.
• 위의 그래프에서 삼각형의 점들을 연결하면 부하 포화 곡선이 된다.

외부특성 곡선

• 정격 속도 운전, 정격 전압, 단자 전압이 정격 부하 전류가 흐르도록 계자 전류를 조정하고 부하 전류의 변화에 대한 단자 전압의 변화를 곡선으로 나타낸것
• 직류 타여 발전기의 외부 특성 곡선은 수하 특성을 가짐
• 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.

정전압 직류계통에서의 출력제어

• 발전기와 부하가 1:1로 접속된 경우, 발전기의 출력 전압은 부하전류에 따라 달라진다.
• 속도가 일정하게 유지되고 있다고 가정했을 때 유기기전력의 제어는 계자전류의 제어를 통해 이루어진다.

자속제어와 원동기 입력 제어

• 발전기 출력은 원동기로부터 받는 기계적 입력에 의존한다.
• 발전기가 일정한 출력을 유지하려면 원동기가 충분한 동력(에너지)을 제공해야 합니다. 만약 원동기가 충분한 동력을 제공하지 못하면 발전기는 일정한 속도를 유지할 수 없다.
• 발전기의 출력을 조절하려면 원동기의 동력을 늘리거나 줄여서 발전기의 속도를 일정하게 유지하는 제어가 필요하다.
• 발전기 출력을 변경하려면 원동기의 동력과 발전기 속도를 조절하는 제어가 필요하며, 단순히 전류를 조절하는 것만으로는 불가능하다.
• 계자전류를 키워 자속이 커지면 발전기의 유기토크가 상승할 때 속도가 하락하여 $E_a = K \phi \omega$는 변하지 않는다.

회전자 속도 변화

• 직류 타여자 발전기의 회전자 속도가 증가하면 $E_a = k \phi n \uparrow$
• 유도 기전력이 증가하면 $V_t = E_a \uparrow - I_a R_a$
• 단자 전압이 증가한다.

계자 전류 변화

• 계자 전류$I_f$가 증가하면

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