동기발전기전동기에 관하여

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목차

Ⅰ.동기 발전기

※동기 발전기란?
※동기 발전기 원리 
※동기 발전기 형식
1) 발전기는 회전계자형(Revolving Field Type)
2) 회전전기자형(Revolving Armature Type)

※동기 발전기의 구조
1) 고정자
2) 회전자
3) 권선

※단락비

※발전기의 전기적 내량
1. 발전기 권선의 단시간 과전류 내량
2. 역상내량

본문내용

다. Axial fan은 원통환의 축 각 끝단에 알맞게 설치되어있다.
3) 권선
전기자 도체는 단부에서 결선이 되어 지며 Frame 외부로 Busing를 통해 인출된다. 통상 Bushing은 중성점측 3본, 선로측 3본이 인출되지만 대 전류가 되면 1상당 2병렬회로로 하여 12본을 인출하는 경우도 있다. 이 경우는 발전기의 외부에서 중성점측 6본은 안데 합쳐지고 6본은 각상으로 접속시켜 3본의 선로 단자로 한다.
발전기 권선은 절연계급 F종에 맞게 설계되어 있으며, 냉각방식은 고정자 권선은 간접
냉각방식, 회전자 권선은 직접 냉각방식이다.
전기자 권선이 전기각으로 120o 의 간격으로 3권선이 배치되어 상간 접속을 Why, Delta 접속을 할 수 있다. Why 결선은 같은 상 전압이면 Delta 결선보다 높은 선간 전압을
얻을 수 있으며, 같은 단자 전압이면 Delta 보다 절연이 쉬우며, 중성점을 이용할 수
있다는 이점이 있다.
회전자권선은 Hard-drawn 4각형의 Hollow Conductor로 되어있다. 회전자 권선의
절연은 Nomex 및 레진 처리된 Fiberglass 외피의 절연물로 이루어져있다.
※단락비
단락비란 정격회전속도에 있어서 무 부하로 정격 전압을 발생시키는데 필요한 계자(여자) 전류 Ifo와 3상 단락 시 정격전류와 동등한 전류를 흘리는데 필요한 계자전류 Ifx의 비를 단락비(SCR : Short Crcuit Ratio)라 한다.
즉 단락 비는 단락 시 특성을 나타내는 외에 기계의 크기, 중량, 가격, 손실, 여자방식의 선정, 부하 변동시의 전압 및 안정도의 정도를 아는데 쓰인다.
단락비가 큰 발전기는 전기자 권선의 권수가 적고 자속량이 크기 때문에 크기가 크고, 중 량이 무거우며, 동이 비교적 적고 철을 많이 사용하여 이른바 철기기계가 되며, 안정도의 향상과 선로 충전용량의 증대가 된다.
반대로 단락비가 작은 발전기는 중량이 작아지고, 선로 충전용량은 작아지는 반면 Ampere 도체수가 증가, 고정자 철심 단부의 누설자속 증가가 문제가 된다. 전기자 권수 가 많은 동기계가 되며 자속량이 적기 때문에 크기도 작다. 그러나 자속 Shunt를 취부한 경우에는 그 값이 낮아진다. 즉 단락비가 떨어지면 단부 누설자속의 Level이 올라가기 때 문에 S.C.R 0.5 이하에서 자속 Shunt를 채용하는 것은 철심단부 자속 Level 및 Shield 판 손실 저감에 큰 효과가 있고 신뢰성이 높은 발전기를 설계 제작할 수가 있다.
그러나 자속 Shunt(HS)를 취부한 경우에는 그 값이 낮아진다. 즉 단락비가 작으면 단부 누설자속의 Level 이 올라가기 때문에 Shield 판 손실저감에 큰 효과가 있고 신뢰성이 높 은 발전기를 설계, 제작할 수가 있다.
발전기의 단락비는 점차 낮아지는 경향이 있는데 이는 발전기 중량의 경감에 의한 경제적 인 이유가 크고 단락비의 감소에 의한 안정도에의 영향은 보호 계전기 등의 고속화, 여자 속도의 개량에 관한 신기술에 의해 해결되고 있기 때문이다.
동기 발전기의 단락비
K= 무부하 단자전압이 정격전압이 되는 여자전류 If1
3상 단락전류가 정격전류가 되는 여자전류 If2
= 단락전류 Is
정격전류 In
로 표시되며, 단위 법으로 표시된 동기 임피던스 Xd의 역수와 같다
ex)단락비가 크게 되면
1) 전기자 코일의 권수가 작게된다.
2) 자속수가 크게되고 전압을 유기하기 위해 필요한 여자전류가 크게된다.
3) 철기계가 되어 기계가 대형화되므로 중량이 무겁고 가격이 고가가 된다.
4) 철손 및 풍손이 크게되어 효율이 나뻐진다.
5) 전압변동율이 작게되어 안정도가 좋게 된다.
6) 과부하 내량이 크다.
※발전기의 전기적 내량
1. 발전기 권선의 단시간 과전류 내량
고정자 및 회전자권선의 단시간운전에 대해서 허용치가 규정되어 있다. 이는 주로 열적인 제한이며 시간과 용량관계에서 규정된다. 발전기의 고전류 운전을 하는 경우 회전자의 과 전류 운전의 영향은 동BAR 의 최고온도가 130C 이하에서는 문제가 없으나 150-160 C 로 되는 온도변화의 반복이 있는 경우 권선의 수명 단축이 되나, 부하변동에 대한 내 력저하 등의 영향은 적다. 따라서 과부하 운전은 년간 2회 까지 가능하다.
2. 역상내량
발전기를 불평형 부하 운전한 경우에 흐르는 역상전류에 의한 회전자 표면의 과열은 설계 및 운전상의 중요한 과제이다.
TBN발전기에 대하여서도 계통 운용상의 필요성으로 부터 역상내량을 구정하고 있다.
역상내량을 회전자 표면의 열방산 정도에 따라 과도적인 불평형 내량과 연속적인 불평형 내량으로 나눌 취급되며 각각 단시간 역상내량, 역속 역상내력이라 한다.
역상전류는 상기한 바와 같이 발전기를 불평형 부하 또는 단상부하로 운전하 게되면 고정 자 Coil에 역상전류가 흘러 회전자계와 동일한 속도로 반대방향으로 회전하는 회전자계가 회전자와 쇄교함으로서 2배의 주파의 와전류가 회전자 표면, 회전자 Wedge에 흘러 회전 자가 과열된다.
특히 와전류가 집중되는 부분에서는 국부적 과열로 소손을 일으키는 수도 있다.
불평형 부하의 허용한계는 기기의 재료, 구조에 크게 좌우되어 한가지로 규정할 수 없으 나 ANSI C50-13)에서 제한되고 있다.
한편, 역상전류에 의한 과열현성을 완화하기 위해 회전자 표면의 와전류 회로에 여러 가 지 대책이 취해지고 있으며 통상 대용량 TBN발전기에서는 다음과 같이 행해지고 있다.
가) 비자성 재료로 된 은도금을 한 단락 BAR 및 Ring 을 철심단 Wedge 과 End Ring 밑에 삽입한다.
나) 회전자 권선 Slot부에는 비자성 Wdege를 채용하여 와전류 손실를 경감 하고 있다.
다) 특히 전류가 집중하기 쉬은 철심단부에는 열적으로 강한 Stainless계 비자성 Wdege 를 채용하고 있다.
라) End Ring과 회전자 축의 열처릴 접축부에 Metallizing를 행하여 분류회로가 되는 End Ring과의 접촉 저항을 낮추고 있다.
마) 와전류의 회로가 되는 Wedge와 회전자 Teeth 부를 잘 손질하여 접촉저항을 낮춘다.
※발전기의 과여자 특성
발전기는 그 단자전압이 ±5%이내의 변동

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전기,   전기기기,   전동기,   동기발전기,   동기발전전동기