8. 분권 발전기의 효율과 손실 (실험데이타가 잘 안나와 삭제)

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작성자: 윤철중

목차

가. 실습목표

  • 분권 발전기의 효율을 계산하기 위한 결선을 구성할 수 있다.
  • 손실의 세 가지 요소를 제시하고 이를 설명할 수 있다.
  • 각 손실을 측정하는 방법을 설명할 수 있다.
  • 측정 손실을 기반으로 효율을 계산할 수 있다.

나. 개 요

직류기의 손실은 각 권선의 저항요소에서 발생하는 동손과 자기적 역할을 수행하면서 발생하는 철손, 그리고 풍손, 마찰손, 접촉 발생등과 같은 여러 가지 요인을 발생하는 기타 손실로 분류할 수 있다. 본 실습의 경우에는 분권 발전기이므로 동손은 분권 계자와 전기자 저항에서 발생할 수 있는 두 가지 동손이 계산되어야한다. 동손과 달리 철손을 직접 계산에 의해서 측정되지 않고 무부하 상태에서 손실되는 부분으로 개략적으로 계산한다. 본 실습에서는 이 부분이 철손과 기타손실을 모두 포함한다고 보고 실습을 진행한다.

다. 준 비 물

* DCG-100직류 발전기( 또는 발전기로써 DM-100 직류기 ) 
* DCM-100직류 전동기( 또는 전동기로써 DM-100 직류기 )
* HT-100 Tachometer
* 0~150Volt 직류 전압계
* 0~1 Amp 직류 전류계
* 0~150 V/ 1 Amp DC 전원장치
* 0~0.5 Amp 직류 전류계
* 0~125 V/5 Amp DC 전원장치

라. 실 습

caption


1. 직류 전동기를 직류 발전기에 연결하고 그림 1-9와 같이 결선을 한다. 발전기의 계자저항을 최대저항으로 조정한다. 그리고 전동기의 계자 가변 저항기를 최소저항으로 조정한다.

2. 결선을 점검받은 후에 전동기를 기동시키고 125[V] 직류전원의 출력전압을 (만약 DM-100이 전동기로써 사용된다면 125[V]로 서서히 증가시킨 후 전동기의 속도를 높이기 위해 전동기의 가변 저항기를 사용한다.) 서서히 증가시켜 속도를 1800[rpm]으로 조정한다. (만약 DM-100이 발전기로 사용된다면 125[V])

3. 표 1-9에 전동기의 전압 및 전류, 발전기의 출력단자전압과 전류를 기록한다.

4. 전동기를 중지시키고 발전기에서 분리한다. 전동기를 다시 기동시키고 속도를 1800[rpm]으로 조정한다. 표 1-9에 전동기 전압과 전류를 기록한다. 3과 4에서 전동기의 입력 차이는 발전기의 무부하 손실과 같으며 이를 동손을 제외한 나머지 손실로 볼 수 있다. (이유: 두가지 결선 상황을 비교하면, 발전기의 부하측 단자 전압은 개방이 되어 있기 때문에 발전기를 정격 속도로 운전할 때 소요되는 에너지만을 측정한 결과를 얻는 것이 가능하다. 발전기 연결시 결선의 모양은 타여자 방식으로 된 것에 주의할 필요가 있는데, 이는 정격 운전시의 속도에 분권에서는 일정 전압과 전류가 흐르므로 타여자 방식으로 자속을 공급하면 이 상황에서 순수하게 발전기의 전기자부분에서 소요되는 에너지를 구할 수 있는 것이다.)

다음의 값을 구한다.

단자 전압 0

발전기 계자 전압 (Ef)
발전기 계전 전류 (If)

발전기 계자 손실 계산(Pf)

전동기 전압 (EMG)

전동기 전류 (IMG)

전동기 공급 전력 (PMG)

발전기 표류 부하손 (PLS)

발전기 예상 부하 전류 (IA)

발전기 전기자 저항 (RA)

발전기 전기자 손실 (PLA)


5. 발전기 표류 부하손 (PLS)을 계산해 본다. (a) 발전기 연결없이 전동기만 동작했을 때 공급되는 전력값을 계산하자. PM = EMIM = ______________________________watts (b) 발전기를 무부하 상태로 연결한 경우의 공급 전력값을 계산하자. PMG = EMGIMG = ______________________________watts (c) 표류 부하손은 이 두 값의 차이라고 생각할 수 있다. PLS = PMG - PM = ________________________________watts

6. 계자 저항 손실을 계산한다. 측정한 계자의 전류와 전압 값을 곱하여 이를 구할 수 있다. PLF = EFIF = 125 X IF = _____________________watts

7. 전 부하시 2[A]의 전기자 전류가 흐른다면 전기자의 동손을 계산할 수 있다. PLA = IA2RA = 4 X IF = ______________________watts 8. 전부하시 2[A]의 전기자 전류가 흐른다면 이때의 입출력 값을 계산해 본다. (a) 전부하시에는 무부하시의 전압에서 브러시에 의한 전압 강하와 전기자 저항에 의한 전압강하 후의 전압이 단자 전압이 된다. VFL = VNL - 2 - ILRA = 130 - 2- (2 X RA) VFL - 128 -2RA = _______________________watts (b) 출력은 발전기 출력 단자와 이를 통해 흐르는 전류의 곱이 된다. POUT = IAVFL = 2 X VFL = ______________________watts (c) 입력은 출력값에 표류부하손, 계자와 전기자 동손 값을 더한 값이 된다. PIN = POUT + PLS + PLF + PLA = ___________________watts

9. 정격 상태에서 발전기의 효율을 구해 본다. (a) 효율 = POUT/PIN X 100% = __________________________ % (b) 최대 효율은 고정손실 (PLS + PLF)가 가변 손실 (PLA)와 같아질 때 발생한다. PLA (최대 효율시) = PLS + PLF = __________________watts PLA (최대 효율시) = IL2 (최대 효율시) X RA 이므로 IL (최대 효율시)= SQRT(PLA (최대효율시) /RA) = _________________[A]

마. 실습평가

1 직축에는 효율, 횡축에는 전기자 전류를 그린다. 이곡선과 이론에서 기대했던 곡선과 비교해본다. 전원 오차와 다른 방법으로 효율을 얻기 위해 이 실험에서 사용한 방법을 결정한다.
2 최대효율점은 고정손(무부하손실과 분권계자 회로손)이 가변 부하손 (Ia2Ra)과 같을때에 일어난다. 최대효율이 일어나는 정격부하의 %를 계산하라.
개인 도구