29. 동기 전동기의 위상특성

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목차

가.실습목적

1.동기전동기의 가변인덕턴스 또는 콘덴서로서의 역할
2.동기전동기의 직류전류 대 교류전류 특성곡선

나.개요

교류전류전동기에서 자계를 형성하는 코일 성분의 영향으로 (+) 무효전력이 발생하다. 이러한 무효전력은 낮은 역률을 발생하게 하는 단점이 있다. 낮은 역률이 바람직하지 못한 이유가 몇 가지 있는데, 발전기, 변압기, 전원은 전류 수송 용량(current carrying capacity)에 의해 정격 내에서 제한된다. 즉, 전달하는 킬로와트 부하는 공급하는 부하의 역률에 비례한다. 예를 들면, 역률이 0.7일 때 시스템은 킬로와트 부하의 단지 70%만을 전달하게 되는 것이다.
동기전동기가 회전자로의 무부하시 작동될 때는 상당한 무효전력을 필요로 한다. 이 경우 동기전동기는 전력선의 3ø 유도부하처럼 작동한다. 회전자가 여자되면 전동기내에 자기(magnetism)가 형성된다. 만일 회전자가 모든 자기가 형성될 때까지 여자되면, 전력선은 고정자로의 유효전력만을 공급하며 역률은 불변한다. 전력선에 관한 한, 동기전동기는 이 순간 3ø 저항부하처럼 보인다. 만일 회전자가 계속 여자 된다면 (전동기가 필요로 하는 이상의 자기를 형성한다면), 전력선은 전체자속을 일정하게 유지하기 위하여 (-) 무효전력을 고정자에 공급하기 시작한다. (-) 무효전력은 콘덴서에 해당되며, 동기전동기는 이 순간 전력선에 대한 3ø 콘덴서부하 처럼 보인다.
무부하시 동기전동기는 가변 인덕터/가변콘덴서, (회전자내에 흐르는 직류전류량에 의해 결정되는) 리액턴스값 (XL 또는 XC)처럼 동작되는 특성을 갖는다. 동기전동기에서 고정자의 직류 전원을 가변하면 연결된 전체 전력 시스템의 역률을 개선할 수 있으며 이러한 용도로 사용되는 동기 전동기를 동기 조상기라고도 부른다.

다.준비물

1.동기전동기/발전기 EMS 8241
2.3ø 전력계 EMS 8441
3.전원공급장치(120/208V 3ø, 0-120Vdc)EMS 8821
4.교류전류계 (0.5/2.5A)EMS 8425
5.교류전압계 (250V)EMS 8426
6.직류전압전류계 (0.5/2.5A)EMS 8412
7.리드선 EMS 8951

라.실습

1. 다음의 실험을 실행한다.
a) 동기전동기/발전기, 전력계, 전원공급장치, 메타기등을 사용하여 그림 35-1의 회로를 꾸민다. 고정자 권선은 전력계를 지나 전원공급장치의 3ø 고정 208V 출력(단자 1,2,3)으로 결선된다. 회전자 권선은 전류계를 지나 전원공급장치의 가변 0-120Vdc출력(단자 7과 N)으로 결선된다. 전압 조절 손잡이가 0으로 조정되어야 한다.
b) 만일 전동기에 스위치 S가 장착되어 있으며, 이 순간 개방한다.
c) 영저항이 되도록 계자 가감저항기를 조정한다(손잡이를 시계방향으로 끝까지 돌린다.)
2. 다음의 실험을 실행한다.
a) 전원을 켠다. 전동기가 작동을 하여야 한다. 교류전류 I1의 값을 살펴본다. 직류여자가 0일때 전동기는 전원공급장치로 부터 (+)무효전력을 인입 (drawing) 하여 인덕터와 같아 보인다.
b) 만일 전동기에 스위치 S가 장착되어 있으면, 이 순간 닫는다.
c) 교류전류 I1이 최소치에 이를때까지 직류여자를 점차적으로 증가시킨다. 두 전력계 모두 같은 (+)의 값을 가져야 하며, 전원공급장치에 관한 한, 전동기는 저항과 같아 보인다.
d) I1,I2,W1,W2를 관찰한다.
I1최소 = _______ Aac, I2 = _______ Adc, W1 = _______ W, W2 = _______ W
e) 직류여자를 증가시키며, 교류전류 I1이 다시 증가하기 시작함에 주목한다. 전동기는 전원공급장치로부터 (-)무효전력을 인입(drawing)하며 콘덴서와 같아 보인다.
"adfds"
3. 다음의 실험을 실행한다.
a) 직류여자가 0일 때, E1,I1,W1,W2를 측정한 후, 도표 35-1에 기록한다.
b) 도표 35-1에 열거한 각 직류전류값에 대해 반복한다. 여자가 0.6Adc을 초과할 때 가능한한 신속히 측정한다. 전원을 끈 후, 전류가 0.5Adc 이하로 떨어젔을때 전류계의 범위를 바꾼다. 전력의 극성에 주목한다.
I2(ohms)E1(Volts)I1(amps)POWER(VA)W1 W2 POWER(Watts)PF
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
table 35-1
C) 전압을 0으로 돌린 후 전원을 끈다.
4. 도표 35-1에 열거한 각 직류전류에 대한 피상전력 (1.73을 곱할 것), 유효전력, 역률을 계산하여 기록한다.
5. 다음의 실험을 실행한다.
a) 도표 35-1로 부터, 직류회전자전류가 최소일 때 무효전력을 계산하시오 : ______Var
b) 역률이 진상(leading)하는가 또는 지연(lagging)하는가?
6. 다음의 실험을 실행한다.
a) 도표 35-1로 부터, 직류회전자전류가 최대일 때 무효전력을 계산하시오 : _______Var
b) 역률이 진상(leading)하는가 또는 지연(lagging)하는가?
7. 도표 35-1로 부터, 고정자전류가 최소일 때의 무효전력을 계산하시오 : _______Var

마.실습평가

1. 다음의 내용을 실행하시오.
a) 도표 35-1의 측정치를 이용하여, 교류전류값 대 직류전류값의 그래프를 그림 35-2에 나타낸다.
b) 각 점을 연결하여 곡선을 그린다.
c) 도표 35-1의 측정치를 이용하여, 역률 대 직류전류값의 그래프를 그림 35-2에 나타낸다.
d) 각 점을 연결하여 곡선을 그린다.
e) 두 곡선의 모양에 대해 서술하시오.
2. 동기전동기는 경우에 따라서는 동기콘덴서라 불린다. 설명하시오.
3. 동기전동기는 동기인덕터라고도 불리우는가?
4. 실습3에서, 전동기에 의해 소모된 유효전력에 대해 서술하시오.
"adfds"

바.정 답

실 습

2. d) I1 min = 0.14 Aac, I2 = 0.40 Adc, W1 = 25 W, W2 = 25 W
3. & 4.
I2(ohms)E1(Volts)I1(amps)POWER(VA)W1 W2 POWER(Watts)PF
0.0 208 0.80 288.0 -47 114 67 0.23
0.1 208 0.62 223.0 -37 93 56 0.25
0.2 208 0.46 166.0 -17 70 50 0.32
0.3 208 0.24 86.4 10 40 50 0.58
0.4 208 0.14 50.4 25 25 50 0.99
0.5 208 0.20 72.0 40 10 50 0.70
0.6 208 0.35 126.0 66 -12 54 0.43
0.7 208 0.52 187.0 80 -24 56 0.30
0.8 208 0.68 245.0 100 -35 65 0.27
5. a) 280 var
b) 지연(lagging)
6. a) 236 var
b) 진상 (leading)
7. 6.32 var

실습평가

1. a) & b) & c) & d)
e) 고정자 전류가 감소할 때 역률은 증가한다. 역률은 고정자 전류가 영점일 때 피크가 된다. 그래프의 모양을 따라 이를 전동기의 “V”곡선이라 한다.
2. 회전자를 과여자(over-exciting)시키면, 콘덴서와 마찬가지로 진상(leading) 역률을 갖게 되며 지연(lagging) 역률의 선 조건을 수정하는데 쓰인다.
3. 예.
4. 이 전력은 단지 동손, 철손, 마찰 손실, 권선 손실을 초래한다. 속도가 일정하므로 고정자 전류의 변화로 인한 동손의 변화만이 발생한다.
개인 도구