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전기자 반작용
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- Most searched keywords: Whether you are looking for 전기자 반작용 ⊙ 아래 발전기의 등가회로를 보면서 전기자 반작용에 대해 알아보자. … 페러데이의 전자유도 법칙에 의해 전기자 권선에 유기기전력(E)이 발생하게 된다. ▣ 동기발전기 전기자 반작용 ⊙ 아래 발전기의 등가회로를 보면서 전기자 반작용에 대해 알아보자. ⊙ 위의 발전기의 등가회로를 보면 계자에서 자속을 공급하면 전기자 권선이 기계적 회전 운동으로 계..포근하고 따뜻한 사람들과 함께 하는 시간이 많았으면 좋겠습니다.
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[전기공학] 전기기기(2) – 전기자 반작용의 발생 원인과 방지대책
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[직류기]4. 전기자 반작용
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2.5 전기자 반작용 – Dr.Ho's Wiki
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▣ 동기발전기 전기자 반작용
⊙ 아래 발전기의 등가회로를 보면서 전기자 반작용에 대해 알아보자.
전기자 반작용
⊙ 위의 발전기의 등가회로를 보면 계자에서 자속을 공급하면 전기자 권선이 기계적
회전 운동으로 계자의 자속을 끊게 되고 전선이 주위의 자속을 변화가 생기면
페러데이의 전자유도 법칙에 의해 전기자 권선에 유기기전력(E)이 발생하게 된다.
유기기전력(E)은 권선에 전류를 흐르게 하고 이 전기자 전류(Ia)를 흐르게 하고
이 전기자 전류(Ia)는 다시 권선 주위에 회전자계를 발생시키는데 이 회전자계는
계자 자속에 영향을 주게 되는데 이러한 작용을 전기자 반작용이라 한다.
한편 부하의 종류에 따라 전기자 전류 (Ia = I)의 위상을 변화시키는데 저항부하 R은
유기기전력과 동상이고, L 부하는 지상, C부하는 진상 전류를 흐르게 한다.
이에 따라 부하에 발전기의 전력에도 영향을 주게 된다.
R 부하 : P = V · IR = V I cos Θ [VA]
L 부하 : Pr = V · IL = V I sin Θ [VA]
전기자 반작용은 전기자 권선에 흐르는 전류(Ia)에 의해 발생하고, 이 전기자 전류(Ia)는
부하전류와 같은 전선을 흐르므로 정격전류와 같다. 그런데 무부하 상태에서는 전류가
흐르지 않으므로 전기자 반작용도 발생하지 않는다.
따라서 전기자 반작용은 부하가 있을 때 즉, 전류가 흐를 때만 발생한다.
한편 전기자 반작용은 부하의 성질에 따라 반작용의 영향이 달라 진다.
아래 그림을 보면서 R. L, C 부하에 따라 전기자 반작용이 어떻게 변화하는지 알아보자
전기자 반작용 1
위 그림에서 전기자 전류가 최대일 때의 전기자 반작용에 대하여 알아 보자
계자에서 자속이 공급되면 자속은 N극에서 S극으로 흐르게 되고
기계적 회전운동으로 전기자 권선이 자속을 끊게 되어 전기자 권선에는 Ia의 전류가
흐르게 되고 이 전기자 전류는 다시 주자속에 영향을 주는 자속을 발생시키게 된다.
전기자 권선에서 발생하는 자속은 전기자 권선이 계자극에서 가까울 때 최대가 되고
멀어질 때 자속발생은 작아진다. 따라서 전기자 권선이 0˚와 180˚일 때 자속, 전류가
0이 되고 90˚, 270˚일 때 자속, 전류는 최대가 된다.
전기자 권선이 90˚ 회전할 때에 전류의 방향을 보면 전기자 전류는 들어가는 방향이
된다. 즉 전류가(+)일 때는 들어가는 방향이고 전류가 (-)일 때는 나오는 방향이 된다.
이제 부하의 종류에 따른 전기자반작용을 알아 보자.
전기자 반작용 2 전기자 반작용 3
위 그림에서 먼저 R부하에 대하여 알아 보자
저항부하일 때는 유기기전력과 전류는 동상이고 유기기전력이 최대일 때, 전기자전류도
최대가 된다. 전기자 권선에서 발생하는 회전자계는 N극 주변에서는 들어가는 방향,
S극 주변에서는 나오는 방향이 되어 합성 회전자속은 계자에서 발생하는 주자속과
직각방향 즉, 횡축으로 작용하게 된다. 주자속과 전기자 반작용 자속이 서로 교차하게 되어
교차자화작용이라고 부르며 계자의 N극과 S극 주변에서는 한쪽은 약간 증자,
한쪽은 약간의 감자현상이 발생하여 중심축이 약간의 편차현상이 발생하게 되고
전체적으로 계자의 주자속이 감소하하는 감자현상이 발생하게 된다.
L부하 일 때를 알아 보자.
발전기의 유기기전력에 의해 흐르게 되는 전기자 전류(Ia)가 L부하를 만나면 유기기전력
보다 90˚ 위상이 늦은 지상전류가 되고 유기기전력보다 위상이 90˚ 늦어 최대 전류가
흐르게 된다. L부하 일 때 전기자가 만드는 회전자계의 합성 자속은 계자가 만드는 주자속
과 반대 방향으로 발생하게 되고 이로 인해 주자속을 감소시키게 된다.
회전자계가 만드는 합성자속은 주자속 축과 평행하다 하여 직축반작용이라 부른다.
C부하 일 때에 대하여 알아 보자
발전기의 유기기전력에 의해 흐르게 되는 전기자 전류(Ia)가 C부하를 만나면 유기기전력
보다 90˚ 위상이 앞선 진상전류가 되고 유기기전력보다 위상이 90˚ 앞서 최대 전류가
흐르게 된다. C부하 일 때 전기자가 만드는 회전자계의 합성 자속은 계자가 만드는 주자속
과 같은 방향으로 발생하게 되고 이로 인해 주자속을 증가시키게 된다.
회전자계가 만드는 합성자속은 주자속 축과 평행하다 하여 직축반작용이라 부른다.
R 부하 ⇒ I cos Θ – 횡축반작용
– 교차자화작용, 약간의 감자작용
L 부하 : 뒤진전류, 감자작용 (φ 감소 ↓) ⇒ 유기기전력 감소 (E ↓) ⇒ 부하전압 감소 (V ↓)
+ I sin Θ
C 부하 : 앞선전류, 증자작용 (φ 증가 ↑) ⇒ 유기기전력 증가 (E ↑) ⇒ 부하전압 증가 (V ↑)
– I sin Θ
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[전기공학] 전기기기(2) – 전기자 반작용의 발생 원인과 방지대책
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앞서 전기기기의 기본적인 법칙들과 직류기의 원리, 구조 등에 대해 알아보았다. 직류기의 종류별 세부특성들을 알아보기에 앞아서 전기자 반작용에 대해 배워보자.
1. 전기자 반작용(Armature Reaction)이란?
발전기의 경우, 자기장 내에 위치한 코일이 회전하면 패러데이의 법칙(전자유도)에 의해 코일에는 유도기전력이 발생한다. 전동기의 경우에도 코일에 전압을 가하면 자기장 내에서 회전력을 얻게 된다. 여기서 자기장은 계자(보통 자석)에 의한 자기장만 생각했지만 실제로는 전기자에서도 자계가 발생한다.
왜냐하면 발전기에서는 계자의 자기장만 있었지만 코일이 회전하면서 전기자에 유도기전력이 발생해 전류가 흐르기 시작하기 때문이다. 그러면 계자의 자기장을 전기자에서 발생하는 자기장이 왜곡시키게 된다. 전동기에서도 계자의 자기장이 있는 상태에서 전기자에 전류를 흘리면서 코일이 회전하는데 이때 전기자 전류에 의한 자기장이 발생해서 마찬가지로 계자의 자기장분포가 변하게 된다.
전기자 반작용
상단 (가) 그림을 보면, N극에서 S극 방향으로 계자 자기장이 설정된다. 전기자 전류가 흐르지 않을 때에는 계자 자속에는 왜곡도 발생하지 않으며 문제가 없다.
(나) 그림과 같이 전기자에 전류가 흐르면 전기자에서 자기장이 발생한다. 암페어의 법칙에 따라 N극 옆의 나오는 방향의 전류는 시계 반대방향의 자기장을 발생시킨다. S극 옆의 들어가는 방향의 전류는 시계 방향의 자기장을 발생시킨다.
(다) 그림은 실제 직류기의 권선배치에서 전기자 반작용이 발생했을 경우의 모습이다. 전기자의 자기장으로 인해 계자의 자기장 분포가 찌그러지게 된다.
보통 직류기는 그림에서의 ‘A’축을 전제로 정류자편이 기계적으로 설계되고 제작된다. 하지만 이 축이 ‘B’의 위치로 이동하게 되면, A-B 사이에 위치한 전기자 도체는 자계 혹은 전류의 방향이 역치된다. 직류발전기였다면 A-B 사이의 도체는 전동기처럼 움직이는데 역방향으로 힘을 가해 발전전압이 저하되고 발전 효율이 떨어진다. 직류전동기에서는 A-B 사이 도체는 발전기처럼 움직여서 역기전력이 발생하여 토크가 떨어지고 모터 효율이 떨어진다.
따라서 직류기에서는 기기의 효율 및 안정성을 위해 전기자 반작용이 발생하지 않도록 방지대책을 적용하여야 한다.
2. 전기자 반작용 방지대책
전기자 반작용을 방지하는 방법은 크게 전기자 자기력을 상쇄시키는 방법과 전기자 자기력의 영향력을 축소시키는 방법 등 다양한 대책이 있다.
1) 보상권선(compensating winding)
계자의 표면 슬롯에 전기자 전류 반대방향으로 권선을 추가하여 전기자에서 발생되는 기자력을 상쇄시키는 방식이다.
2) 보극(interpole)
보상권선과 비슷한 원리로 전기자 자속의 반대방향으로 계자의 주자극 사이에 계자를 보조하는 작은 자극을 추가로 배치하는 방식이다.
3) 브러시를 전기적 중성축으로 이동시킨다.
위의 (다) 그림에서 브러시를 ‘B축’에 맞게 이동시키면 정류자편이 정확한 위치에 도달하므로 전기자 반작용에 따른 문제가 발생하지 않는다. 정격 부하전류에서는 브러시의 위치를 조정한 상태로 설계 및 제작할 수 있으나 브러시를 기계적으로 이동시킬 수 없으므로 부하전류가 변화하여 정격값이 흐르지 않는 경우에는 전기적 중성축이 이동할 우려가 있다.
4) 계자의 자기장 세기를 키운다.
계자에서 발생하는 자기장의 세기가 전기자의 자기장 세기보다 충분히 크다면 상대적으로 영향을 적게 받으므로 전기자 반작용을 방지할 수 있다. 하지만 기기의 경제성과 효율이 떨어진다.
그 외에도 여러 방지방안이 있으나 이 중에서 가장 효과적인 방법은 보상권선을 설치하는 것이다.
다음에는 타여자 발전기의 구조와 운전 특성에 대해 알아보자.
다음글 – [전기공학] 전기기기(3) – 직류발전기, 타여자 발전기의 운전 특성
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