발전기의원리 및 병렬운전과정의 전압, 주파수, 위상검출시스템 및 신호처리(Oscilloscope), AVR 동작특성 동기화 전류

목차

1. 발전기의 원리

2. 직류발전기

3. 직류발전기의 분류

4. 교류발전기(동기발전기)

5. 발전기 병렬연결

6. 직류발전기 병렬연결

7. 교류발전기 병렬연결

8. 발전기 병렬연결 방법

9. 전압,위상,주파수 검출시스템 및 신호처리 방식(Oscilloscope)

10. 동기화 전류

본문내용

정지합니다.
만일 전류가 전압보다 앞서면 철편의 최대 자화시기가 앞서므로 역률이 1일 때 보다 바늘이 반 회전자계 방향쪽으로 돌아가게 될 것이다. 즉 역률각에 해당하는 곳에서 정지하게 됩니다. 3상의 역률계는 분상을 만들지 않고 동일한 3개의 전압코일을 120를 사이에 두고 배치하면 됩니다. 여기에서 조금만 개조하면 ‘동기 검정기’로 쓸 수 있습니다. 동기 검정기는 교류발전기를 병렬운전 할 때 두 발전기간의 위상차를 알아내는 계기임을 이미 설명하였는데 코일C에는 지금 운전중인 발전기의 전압에 접속시키고 A, B코일에는 병렬운전코자 하는 발전기의 전압에 접속시키면 역률계와 똑같은 원리로 바늘이 중앙에 있으면 동기가 된 순간을 가리킵니다. 또 병렬코자하는 발전기의 위상이 앞서면 회전자계 방향으로 바늘이 돌아갑니다.
다른 원리를 이용한 것으로는 전류력계형이 있습니다. 부하전류로써 고정자계를 만들어 두고, 가동코일에는 저항과 인덕턴스를 통한 90교차하는 전압에 의한 전류를 흘려서 역률을 지시하도록 한 것입니다.
작동
병렬운전을 시키고자 하는 발전기의 유기전압을 계자저항을 조정하여 모선전압과 같도록 맞추고 모선 주파수와 같도록 맞추고 난 뒤 주개폐기를 투입하기 전에 위상일치를 알기위해 동기검정등에 불빛이 어떻게 변하는가를 관찰합니다.
<전기기기 안민옥,이공희,김병인,이춘수 공저 124p참고>
3개의 전등 L1, L2, L3은 동기 검정기의 일례로 L1은 a와 a'상 사이에, L2는 b와 c'상 사이에 L3는 c와 b'상 사이에 접속한 경우 두 발전기의 주파수가 일치하지 않았을 때는 전등은 명멸한다. B기의 속도가 느려서 A기의 주파수보다 B기의 주파수가 낮은 경우, 전등은 L1, L2, L3의 순서로 밝게 되므로 빛의 회전 방향을 보고 속도가 빠름과 느림을 알 수 있다.
B기의 속도를 조정해서 A기의 주파수에 가깝게 되면 빛의 회전은 점점 느려져 주파수가 일치하면 빛의 회전은 정지하고 각 전등은 일정한 빛을 내고 위상도 일치하면 L1은 꺼지고 L2, L3의 빛은 같은 밝기로 됩니다.(VL1=0, VL2=VL3) 이와 같이 주파수와 위상이 일치하였을 때 차단기로 B기를 모선에 접속하면 두 발전기는 병렬운전상태로 됩니다.(3전구법은 상회전을 검사)
<전기기기 안진우, 신판석 공역 282p 참고>
오른쪽 위그림의 다이얼은 두 a상들간의 차를 보여주는 데, 0가 가장 위고, 180가 가장 아래 입니다. 두 시스템의 주파수가 약간 다르면, 계기에서 위상차각은 천천히 변합니다. 인입발전기의 시스템이 운전하는 시스템보다 빠르면(바라는 상황) 위상각은 앞서고, 동기기 바늘은 시계방향으로 회전합니다. 인입기가 느리면, 바늘은 반시계방향으로 회전합니다. 동기검정기의 바늘이 수직위치에 있으면, 그 전압들은 같은 상이고, 두 시스템을 연결하기 위해 스위치를 닫을 수 있습니다.(그러나 동기검정기는 단지 한 상만의 관계를 점검합니다.)
위의 3전구법원리는 제가 책에 기술되어 있는 것을 보고 직접그린 그림입니다. 위상차에 의해 전구에 불이 들어오는 원리와 전구밝기가 변화하는 모습을 설명한 그림입니다. 제가 찾아본 책들에서는 위그림의 세 부분중에 한부분만 기술되어 있었지만 제 생각에는 회전을 할 때 위상차가 바뀌는 부분이 모두 3가지가 생기므로 위와 같이 표현하였습니다. 제가 이해한 바탕으로 그렸기에 오류의 소지가 있을수 있음을 밝혀 둠니다.
▶동기화 전류
발전기 A, B가 같은 부하를 분담하여 운전하고 있는 경우에 어떤 원인으로 A기의 유기 기전력이 위상이 B기보다 앞서면 두 발전기의 기전력 사이에는 E=E-E의 차가 생겨 다음과 같은 순환 전류가 흐릅니다.
I=E/2Z=E/j2x 순환 전류I는 E보다 90뒤지고 E보다는 /2 뒤진다. E에 대하여는 -I가 되므로 위상 차는 π-/2이 된다. 각 발전기에 순환 전류가 흘러 발생하는 1상의 유효전력 P1, P2는
P1=EIcos/2
P2=EIcos( π-/2)=-EIcos/2
으로 두발전기의 전력은 크기는 같고 부호는 반대가 되어 A기는 유효 전력이 증가하고 B기는 유효 전력이 감소합니다.
이관계를 나타낸 것이 위의 그림으로 E=E=E0이라 하면,
으므로 이들을 정리하면 다음과 같이 됩니다.
이 전력 P1은 A기에는 부하가 되고 B기에는 (-)의 부하가 된다. 즉, 발전기A의 부하는 P1만큼 증가하여 속도가 감소하고 B기의 부하는 P1만큼 감소하여 속도가 증가하여 A기의 기전력 위상은 늦어지고 B기의 위상은 빨라져 A, B 두 발전기에서 발생하는 전압의 위상은 일치하게 됩니다.
이와 같이 I는 동기화 작용을 하므로 동기화 전류라 하고 동기 상태로 복귀하려는 힘 dP1/d을 동기화력이라 하며 다음과 같이 나타냅니다.
A, B의 발전기가 병렬 운전하고 있는 경우 A기를 구동하고 있는 원동기의 조속기를 조정하여 A기의 입력을 증가시키면 A기의 유기 기전력의 위상은 B기의 위상보다 앞서므로 A기와 B기 사이에 동기화력이 작용하여 B기의 부하는 증가하고 A기의 부하는 감소하여 부하의 분담이 새로이 됩니다.
이번에는 발전기 직접 발전기 그림을 이용하여 적용하여 보겠습니다.
그림 1. 기전력의 크기가 같지 않을 경우
그림 2. 유도기전력의 위상이 다를 경우
2대의 발전기 의 유도기전력이 크기가 같고 모선에 대해서 동위상으로 병렬운전하고 있을 경우에, 가령 의 속도가 약간 상승하게 되면 그림 2와 같이 은 만큼 앞서게 되어 가 됩니다. 그렇게 되면 의 합성기전력 에 의하여 이것과 거의 늦은 전류 [A]가 흐릅니다. 이는 그림에서와 같이 에 대하여 만큼의 부하의 증가를 가져오게 하여 의 회전속도를 감소시키게 합니다. 한편 와 는 의 전력을 형성하여 에 대하여 만큼 부하의 감소를 가져오게 하여 의 회전속도는 상승합니다. 따라서 위상이 앞선 은 위상이 뒤떨어진 에 전력을 공급하여 자동적으로 은 같은 위상이 되도록 작용합니다.
따라서 는 위상차각 의 변화를 처음 상태로 되돌리도록 작용하는 유효전류로 동기화전류(Synchronizing Current)라고 합니다. 한편 에 의하여 발전기가 授受(수수)하는 전력 를 동기화력(Synchronizing Power)이라 합니다.

키워드

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