전기기기 - 동기기

동기기(synchronous machine)이란 일정한 '동기속도'에 따라 회전자를 회전시키는 기기를 말합니다. 발전소에서 사용하는 발전기들은 동기 발전기를 사용합니다. 또한 같은 구조로써 동기 전동기가 있지만 일정한 속도 때문에 모터의 역할보다는 계통의 역률을 연속적으로 조절하는 역할을 합니다. 이러한 동기기에 대하여 자세히 알아보도록 합시다.

 

 

작동 방식

구성: 동기기는 고정자(stator)와 회전자(rotor) 구성됩니다.

 

고정자:

고정자는 전기 동력 시스템에 연결되는 전기자 권선이 포함되어 있습니다. AC 전원 공급 장치에 의해 전원이 공급되면 회전 자기장이 생성됩니다. 고정자에는 동기식 발전기에서 일정한 자기장을 생성하거나 동기식 모터에서 여자를 제공하는 계자 권선도 포함됩니다.

 

회전자:

회전자는 계자 권선 또는 영구 자석이 장착된 원통형 구조입니다. 회전자는 동기 속도로 회전하고 고정자의 자기장과 상호 작용하여 동기 모터에서 토크를 생성하거나 동기 발전기에서 전압을 유도합니다.

 

동기 발전기 작동:

동기식 발전기는 증기 터빈 또는 수력 터빈과 같은 원동기가 동기속도로 회전자를 구동합니다. 회전자가 회전하면 자기장 권선에 의해 생성된 자기장이 고정자의 전기자 권선에 전압을 유도합니다. 이 전압은 전원 시스템 주파수와 동기화됩니다. 부하가 발전기에 연결되면 동기속도를 중심으로 회전속도가 변화하는 난조가 발생합니다. 이러한 난조를 방지하기 위해 계자의 자극면에 제동권선을 설치하거나, 관성모멘트를 크게하고, 단절권 및 분포권을 통해 고조파를 제거하는 방법이 있습니다. 이렇게 하면 회전자가 동기식 속도로 계속 회전합니다.

 

동기 전동기 작동:

동기 전동기의 고정자는 전원 공급 장치에 연결되고 회전자는 브러시 및 슬립 링을 통해 직류(DC)를 공급받거나 정적 여자 시스템에 연결됩니다. 고정자 권선이 통전되면 회전 자기장이 생성됩니다. 고정자에 의해 생성된 자기장은 회전자의 자기장과 상호 작용합니다. 회전자계가 형성되어 회전자가 회전하기 시작합니다. 회전자는 고정자에 의해 생성되는 회전 자기장을 따라 동기 속도로 회전합니다. 회전자가 회전할 때 고정자의 회전자계와 동기화를 유지하고 동일한 속도로 회전합니다.

 

역률 보정:

동기기는 역률 보정의 이점을 제공합니다. 계자 전류를 조정하여 동기식 발전기의 역률을 제어할 수 있습니다. 이를 통해 기계는 무효 전력을 공급하거나 흡수하여 전압을 조절하고 전력 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 동기식 콘덴서는 종종 전력망의 역률 보정에 사용되지만 불연속적으로 역률을 조정할 수 있고 이와달리 동기 전동기는 계자전류를 조정하여 연속적으로 지상과 진상 역률을 공급할 수 있습니다.

 

단락비:

동기기의 기계적 특성을 나타내는 파라미터입니다. 정격전류와 단락전류의 비율로 나타낼 수 있으며 단락비가 클수록 전기자 반작용이 작고, 전압 변동율을 감소하는 등 안정적인 운전을 할 수 있습니다.