3상 동기발전기의 무부하 실험과 부하실험

소개글

3상 동기발전기의 무부하 실험과 부하실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목적
2. 관련이론
(1) 전동기에서 발전기로의 이행
(2) 상당 등가회로 및 동기발전기의 페이서도
(3) 전력각(부하각, 토크각)
(4) 동기발전기의 전력방정식
(5) 발전기부하 및 역토크
(6) 무부하 포화곡선
(7) 외부특성곡선
(8) 단락곡선
(9) 단락비
(10) 동기 임피던스 곡선
(11) 동기기 회로정수의 결정
4. 사용부품 및 장비
4. 실험
결론 및 고찰

본문내용

은 자기포화가 되지 않아 기전력 는 여자전류에 비례해서 증가하므로 단락곡선은 직선성으로 됨을 실험적으로 확인가능했다.
5.3 직류시험
실험목적
직류시험방법을 익히고 직류시험을 통해 전기자전류(선전류)와 전기자전압(상전압)을 측정하여 상당 전기자저항을 구한다. 그리고 앞에서 한 무부하시험과 직류시험을 통해 동기발전기의 상당 등가회로의 파라미터 값을 구한다.
실험방법
(1) 전기적 계측 모듈의 전압계(직류 50V), 전류계(직류 2A)를 그림 3-3과 같이 연결한다.
(2) 전압을 서서히 증가시켜 전류가 표 3.4의 값들일 때 전압을 측정하여 표에 기입하고 직류저항 값을 다음과 같이 계산한다.
(3) 표피효과를 고려하여 위에서 구한 직류 저항 값에 1.2를 곱하여 전기자 상당 저항 값으로 한다.
(4) DVM을 사용하여 상당 저항 값을 측정하여 위에서 구한 값과 비교해 보라.
실험결과 및 분석
전류
[A]
전압
[V]
직류 저항 값
[Ω]
교류 저항 값
[Ω]
0.05
1.6
32
38.4
0.10
3.1
31
37.2
0.15
4.8
32
38.4
0.20
6.2
31
37.2
평균값
31.5
37.8
DVM으로 측정한 저항값
32.5 Ω
실험으로 구한 평균 저항값
31.5 Ω

동기기와 직류기를 끄고 동기기에 직류전류를 인가하여 전압을 구한 다음 에 따라 직류 저항 값을 구할 수 있다. 실험에 정확도를 높이기 위해 전류를 0.05A씩 증가시켜 4번 측정하여 평균값을 구했다.
그리고 동기기에서 교류가 흐르므로 표피효과 를 고려하여 저항 값을 구해줘야 한다. 따라서 직류 저항 값에 1.2를 구해 교류 저항값을 구한다.
DVM원리는 내부 직류 전압원이 있어서 저항을 달면 전류가 흘러 으로 저항을 구한다. 따라서 DVM에서 측정한 저항은 직류 저항 값이다.
DVM에서 측정한 저항 값은 32.5Ω로 실험으로 구한 직류 저항 값인 31.5Ω과 비교해보면 거의 차이가 없는 것을 볼 수 있다.
상당 등가회로 파라메터 값과 단락비를 구해라
무부하 시험 [1500rpm]
단락 시험 [1500rpm]
직류 시험
계자전류
[A]
전기자전압
[V]
계자전류
[A]
전기자전류
[A]
VDC
[V]
IDC
[A]
0.3
232
0.24
0.29
3.925
0.125

무부하 시험, 단락시험, 직류시험에서 필요한 값들을 가져왔다. 무부하시험에서는 정격 전기자전압이 될 때의 계자전류값을 단락시험에서는 정격 전기자 전류를 흘릴 수 있는 계자전류값을 가져왔다. 직류시험에서는 직접 측정한 전압과 전류값을 가져왔다. 이를 이용하여 알고 있던 이론식에 대입하여 상당 등가회로 파라메터 값을 구해 보았다.
- 직류 시험
결정
- 무부하 시험과 단락 시험
결정
똑같은 계자 전류에서 전기자 전압과 전기자 전류를 구하기 위해 단락 곡선이 직선성을 가짐을 이용한다.
단락 곡선 값으로 직선 방정식을 세우면 다음과 같다.
여기서 무부하시험에서 구한 정격 전기자 전압일 때 계자 전류 값 0.3을 넣어 이 때의 전기자 전류를 구해 에 대입하여 동기기의 임피던스를 구한다.
단락비 결정
디젤발전기와 같은 저속기는 정도이고 터빈발전기와 같은 고속기는 정도이다. 따라서 이번 실험에 사용한 발전기는 저속기이다.
< 단락비에 따른 발전기의 특성 >
단락비가 큰 발전기
자속수가 많고 여자전류가 크며 계자기자력이 크기 때문에 전기자 반작용이 적다.
적은 여자전류로 큰 단락전류가 흐르기 때문에 동기 리액턴스가 적다. 전기자권선수가 적고 공극이 크며 전기자 반작용의 영향을 완화한다.
계자권선의 수가 많아 계자기자력이 커서 기계가 커지고, 용량이 무겁게 되고 고가이다. 전기자 반작용이 적어 전압변화율이 적으므로 과부하내력이 크다.
단락비가 적은 발전기
계자기자력에 비해 전기자기자력이 커서 전기자반작용이 크고 단락전류가 제한되어 큰 여자전류가 필요하고 전기자전류에 의한 기자력이 크다.
동기 리액턴스가 크다.
계자기자력에 비해 전기자기자력이 크므로 전기자 권선수가 많고 공극이 작아 기계가 경량이며, 소형이고 값이 싸다.
병렬운전시 무효횡류가 제한되고, 단락에 대해서 안전하다. 전압변동률이 크고 과부하 내력도 적다.
결론 및 고찰
3상 동기발전기의 무부하 시험과 단락시험, 직류시험을 통하여 동기발전기 상당 등가회로 파라메터 값을 구하고 단락비가 발전기에 미치는 영향을 이해함을 목표로 했다.
우선 무부하시험을 했다. 회전속도를 1500rpm으로 일정히 해주면서 계자전류를 증가시키면 처음에는 여자전류에 따라 단자전압이 직선적으로 증가하다가 계자철심의 포화로 인해서 자기저항이 증가하여 보다 많은 여자전류가 필요하게 되어 포화곡선이 됨을 눈으로 확인 할 수 있다. 실험을 하면서 계자전압을 증가시키면 순간적으로 속도가 떨어지게 되는데 이는 계속적으로 보정해 주었다. 또 증가시키며 측정하고 또 감소시키면서 측정했는데 이는 히스테리시스 곡선에서 증가할 때와 감소 때의 값이 다르기 때문이다. 우리는 이 둘의 평균값을 가지고 그래프를 그렸다.
이번에는 단락시험을 했다. 계자전류가 증가함에 따라 전기자 전류는 비례하여 증가한다. 그 이유는 동기 임피던스 가 근사적으로 동기 리액턴스 와 같고 의 대부분은 전기자 반작용에 등가한 리액턴스 로, 단락하면 회로의 임피던스는 만으로 되고 단락전류는 거의 지상전류로 되며 전부가 감자작용하는 것으로 생각할 수 있기 때문이다. 따라서 계자자속은 극히 작으므로 철심은 자기포화가 되지 않아 기전력 는 여자전류에 비례해서 증가하므로 단락곡선은 직선적으로 됨을 실험적으로 확인가능했다.
마지막으로 직류시험을 통해서 저항을 구할 수 있었다.
최종적으로 무부하 시험, 단락시험, 직류시험에서 필요한 값들을 가져왔다. 무부하시험에서는 정격 전기자전압이 될 때의 계자전류값을 단락시험에서는 정격 전기자 전류를 흘릴 수 있는 계자전류값을 가져왔다. 직류시험에서는 직접 측정한 전압과 전류값을 가져왔다. 이를 이용하여 알고 있던 이론식에 대입하여 상당 등가회로의 파라메터 값들을 모두 구할 수 있었다.
3가시 시험을 통해 동기 전동기의 성질에 대해 좀 더 이해를 할 수 있는 유익한 시간이었다고 생각한다.

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