Lecture 원동기에 의한 동기기 분류

원동기에 의한 분류

수차발전기

• 수차발전기는 충동형과 반동형으로 나누어집니다.
• 대표적인 수차로는 프란시스, 카플란, 펠튼이 있습니다. 프란시스와 카플란 수차는 낙차가 작고 유량이 많은 지역에서 사용되며, 수로의 유입구에 수문을 조절하여 동력을 조절합니다. 펠튼 수차는 큰 낙차(50m~100m)에서 고압의 물을 강철 물받이 주위로 분사하여 회전시키는 충동형 수차입니다.
• 현대의 수차발전기는 최대 동력 변환 효율이* 90%를 상회*합니다.
• 원자력발전은 단시간 내에 출력을 조절하기 어렵고, 화력발전은 45시간이 걸리는 데 비해 수력발전은 12분만에 조절 가능하기 때문에 전력시스템에서 중요한 역할을 합니다.
• 수차발전기는 저속으로 회전하는데, 주로 50~300rpm의 저속을 갖습니다. 대부분 돌극형으로 만들어지며 직경이 큽니다.
• 수직축 구조는 조립과 분해가 쉽고 홍수 우려가 낮지만 다소 복잡합니다. 축방향으로 작용하는 무게는 쓰러스트베어링으로 지지하고, 좌우 요동을 막기 위한 안내베어링이 사용됩니다. 우산형 발전기는 저속 발전기에 주로 사용되며, 축방향 길이가 짧아 높이가 낮고 경제적이며 조립이 용이합니다.
• 양수발전소에는 발전-전동기로서 역할을 하는 모터-발전기가 사용된다.
• 수차용 동기발전기의 용량은 수십MVA에서 수백MVA에 이르며, 최대 용량은 800MW를 넘을 수 있습니다.

엔진발전기

• 디젤, 가솔린, 천연가스 등을 연소시키는 기관으로 구동되는 발전기는 주로 비상용 전원, 병원, 통신설비, 대형 건물, 고립된 지역, 선박, 섬 등에서 사용됩니다.
• 이러한 발전기의 특징은 다음과 같습니다:
  • 회전속도 범위: 300~1200rpm
  • 용량 범위: 수십kVA~1000kVA
  • 냉각 방식: 자유통풍방식
  • 회전자의 관성이 큰 것이 바람직하며, 돌극형 발전기이며, 필요에 따라 플라이휠이 추가될 수 있습니다.

터빈발전기

• 원통형과 비돌극형 발전기가 사용됨.
• 고속 발전기는 가스터빈과 증기터빈으로 구동됨.
• 가스터빈은 공기를 압축하고 연료와 함께 연소하여 회전력을 얻음.
• 증기터빈은 고압 수증기로 회전력을 얻으며 복잡하지만 효율이 높음.
• 전 세계 전력의 80%는 증기터빈 발전기로 생산.
• 복합화력발전 방식도 사용되어 열효율을 높임.
• 터빈의 크기와 회전 속도는 발전기 용량에 영향을 미침.
• 발전기 용량을 늘리려면 전류와 자속밀도를 높여야 함.
• 발전기 냉각은 터보발전기 기술의 핵심이며 수소냉각 방식과 직접냉각 방식을 사용함.
• 수소냉각은 냉각 비용을 줄이고 효율을 높이며 안전성을 높임.

풍력발전기

• 풍력발전의 세 가지 주요 요소
  • 풍차: 바람을 받아 회전하는 장치
  • 발전기: 풍차의 회전력을 전기로 변환하는 장치
  • 동력전달장치: 풍차와 발전기를 연결하여 동력을 전달하는 장치
• 풍차
  • 수백 kW ~ 수 MW의 사업발전에는 날개가 3개인 바람개비형 수평축 풍차가 사용
  • 풍속이 정격풍속 이상이 되면 동력이 더 상승하지 않도록 제한해야 한다.
    • 실속제어: 날개 뒤편에 난류를 생겨 동력이 더 이상 상승하지 못하는 상태(실속상태)에 놓이게끔 날개 형상을 설계하는 방식
    • 피치제어: 바람이 더 수월하게 통과할 수 있도록 날개의 각도를 조정하여 에너지 초과분을 흘려 보내는 방식
• 발전기
  • 정속형: 발전기의 회전속도가 일정
  • 가변속형: 발전기의 회전속도가 풍속의 변화에 따라 변동
  • 수백 kW급은 정속형 농형유도발전기가 주로 사용
  • 1MW급 이상은 가변속형 권선형유도발전기 또는 동기발전기가 주로 사용
• 동력전달장치
  • 날개 끝 선속도의 제한 때문에 대형일수록 회전속도가 낮다.
  • 저속발전기의 경량화를 통해 기어를 거치지 않는 기어리스방식, 또는 직접구동방식이 도입되고 있다.
• 풍력발전은 풍차, 발전기, 동력전달장치의 세 가지 주요 요소로 구성됩니다. 풍차는 바람을 받아 회전하고, 발전기는 풍차의 회전력을 전기로 변환합니다. 동력전달장치는 풍차와 발전기를 연결하여 동력을 전달합니다.
• 풍력발전기의 용량에 따라 정속형과 가변속형으로 구분됩니다. 수백 kW급은 정속형 농형유도발전기가 주로 사용되고, 1MW급 이상은 가변속형 권선형유도발전기 또는 동기발전기가 주로 사용됩니다.
• 날개 끝 선속도의 제한 때문에 대형일수록 회전속도가 낮아집니다. 따라서 저속발전기의 경량화를 통해 기어를 거치지 않는 기어리스방식, 또는 직접구동방식이 도입되고 있습니다.