전기전자공학개론

(1)

전기전자공학개론

대구가톨릭대학교 전기에너지공학과

(2)

제13장 발전기

(3)

기본 발전기

제13장 발전기

(4)

(5)

기본 발전기

제13장 발전기

𝒆

_𝒊𝒊𝒊

= 𝑩𝑩𝑩𝑩𝒊𝒊𝜽

(6)

기본 발전기

제13장 발전기

(7)

기본 발전기

제13장 발전기

(8)

2 P t f ₌ N _⋅

(9)

기본 발전기

제13장 발전기

(10)

교류 회로 이론 _ R, L, C소자의 특징

저항만의 회로

 그림 4-9(a)와 같이 저항 R[Ω]만의 회로에 교류 전압을 가했을 때 전압의 순시 값은 항상 변해도, 각 순간에는 옴의 법칙이 성립하므로, 교류 전류는 다음과 같 이 된다.

 전압 v와 전류 i는 그림 4-9(b)와 같이 최대값만 다르고 위상은 같으며, 이러한 관계를 “ 전압과 위상이 같다”라고 하며, 벡터도는 긞 4-9(c)와 같으며 전압과 전류의 실효값을 V, I로 나타내면

(11)

기본 발전기

제13장 발전기

(12)

교류 회로 이론 _ R, L, C소자의 특징

인덕턴스만의 회로

 그림 4-10(a)와 같이, 인덕턴스 L만의 회로에 교류 전류 𝑖 = 𝐼_𝑚 sin 𝜔𝑡 =

2𝐼 sin 𝜔𝑡 [𝐴]가 흐르면

i

에 비례하는 자속이 발생하게 되고, 이로 인해

i

보다

𝜋

2[𝑟𝑟𝑟]만큼 위상이 뒤지는 유도 기전력 𝑣_𝐿이 생기며, 𝑣_𝐿은 다음과 같은 식으로 나

타낸다.

 이러한 유도 기전력 𝑣_𝐿에 대항하여 계속 전류를 흐르게 하려면 이것과 크기는 같 고 방향이 반대인 교류 전압 𝑣를 가해 줄 필요가 있으며, 따라서 교류 전압은 다 음과 같은 식으로 표시되며, 전압은 전류보다 ^𝜋

2[𝑟𝑟𝑟]만큼 위상이 앞서며, 반대로

전압을 기준으로 잡으면 전류는 전압보다 ^𝜋

2[𝑟𝑟𝑟]만큼 위상이 뒤진다.

(13)

교류 회로 이론 _ R, L, C소자의 특징

정전용량만의 회로

 그림 4-12(a)와 같이 정전용량 C만의 회로에 교류전압 𝑣 = 2𝑉 sin 𝜔𝑡 [𝑉]를 가하면, 교류 전압 𝑣가 최대로 되었을 때 충전된 전기량이 최대가 되므로 충전 을 위해서 흐르는 전류는 “0”이 된다.

 교류 전압 𝑣가 감소하기 시작하면 충전된 전기량은 반대 방향으로 방전 전류의 형태로 방출하며, 교류 전압 𝑣 = 0으로 되었을 때 전류는 최대가 된다.

 콘덴서 𝐶에 저장된 전하 𝑞는 전압의 순시값에 비례해서 변화하게 되고, 콘덴서 와 전원과의 사이에서 전하의 이동이 일어나기 때문에 회로에는 전류 𝑖가 흐르 며 다음과 같은 식으로 표시된다.[𝑄 = 𝐶𝑉]

 교류 전류 𝑖는 교류 전압 𝑣보다 위상이 ^𝜋₂^{[𝑟𝑟𝑟]}만큼 앞선다.

(14)

직류 발전기

제13장 발전기

(15)

직류 발전기

제13장 발전기

(16)

직류기의 기본원리

직류기의 구조

(17)

직류 발전기

제13장 발전기

(18)

직류 발전기

제13장 발전기

(19)

직류 발전기

제13장 발전기

(20)

교류 발전기

제13장 발전기

(21)

교류 발전기

제13장 발전기

(22)

교류 발전기

제13장 발전기

(23)

교류 발전기

제13장 발전기

(24)

교류 회로 이론 _ ^{단상 교류 회로}

주파수와 주기

 그림 4-2에서 어떤 물체가 원을 그리면서 일정한 속도로 운동하고 있을 때, 1초 동안에 회전한 각도를 각속도(angular velocity)라고 하며, 기호는

ω

, 단위는

rad/s

를 사용

 t초 동안에

θ[rad]

만큼 회전했을 때의 각속도 ω는

ω = θ/t[rad/s]

가 되므로 회 전각 θ는

θ=ωt[rad]

 교류의 1회 변화를

1사이클(cycle)

이라 하며, 1사이클의 변화에 필요한 시간을 주기(period)라고 하고,

T[s]

로 나타낸다.

r

∆θ

r∆θ

θ

∆

=

∆S r

θ v rω r t

t

S =

∆

= ∆

∆

∆ ,

where ω = ²Tπ

∴

(25)

교류 회로 이론 _ ^{단상 교류 회로}

주파수와 주기

 수평축을 시간

t[s]

대신에 각도

θ[rad]

으로 나타내면, 1주기에 필요한 각도는

2π[rad]

이므로,

주기 T[s]

와

각속도 ω[rad/s]

사이는 다음의 관계식이 성립

 주파수는 1초 동안에 반복되는 파형의 사이클 수를 말하며, 기호는

f

를 사용하 고, 단위는

Hz

를 사용하며,

주파수 f

와

주기 T

사이는 다음 관계식이 성립

 이 같은 각속도 ω는 주파수 f와 밀접한 관계가 있으므로 ω를 각주파수(angular frequency)라하며, 따라서 사인파 교류 전압이 식(4.1)은 다음과 같이 나타낸다.

(26)

마그네토

제13장 발전기

(27)

마그네토

제13장 발전기

(28)

3상 발전기

제13장 발전기

(29)

교류 회로 이론 _ ^{3상 교류 회로}

3상 교류의 발생

 그림 4-28과 같이, 평등 자장 내에서 도체 3개를 공간적으로 ²

3𝜋[𝑟𝑟𝑟]만큼씩 띄 어서 배치하고, 이를 각속도 𝜔 = ^𝜃_𝑡 [^𝑟𝑟𝑟_𝑠𝑠𝑠]로 반시계 방향으로 회전시키면 도체 a 가 유도하는 기전력 𝑣_𝑟그림 4-29와 같다.

 도체 b는 도체 a보다 ²

3𝜋[𝑟𝑟𝑟]만큼 뒤지고 있으므로 도체 𝑏에 유도되는 기전력 𝑣_𝑏 는 그림 4-29(b)와 같이 되고, 도체 c의 기전력 𝑣_𝑠는 𝑣_𝑟보다 ⁴

3𝜋[𝑟𝑟𝑟]만큼 뒤지 는 그림 (c)와 같은 기전력이 된다.

(30)

교류 회로 이론 _ ^{3상 교류 회로}

3상 교류의 발생

 각 기전력은 𝑣_𝑟를 기준으로 하면 다음과 같은 식으로 표시되며, 이러한 3개의 기 전력을 조합한 것을 3상 교류라 한다.

𝑣_𝑟 = 𝑉_𝑚𝑠𝑖𝑠𝜔𝑡[𝑉] 식 4.74 𝑣_𝑏 = 𝑉_𝑚 sin 𝜔𝑡 −²₃𝜋 [𝑉] 식 4.75 𝑣_𝑠 = 𝑉_𝑚 sin 𝜔𝑡 −⁴₃𝜋 [𝑉] 식 4.76

 기전력의 위상 순서는 𝑣_𝑟 → 𝑣_𝑏 → 𝑣_𝑠로 되어 있으므로, 상순 또는 상회전(Phase rotation)은 a, b, c라고 한다.

 3상 교류를 벡터도로 나타내면 그림 4-30(c)와 같으며, 또한 그림 (b), (c)로부 터 알 수 있듯이, 3상 교류는 어떤 순간에도 𝑣_𝑟, 𝑣_𝑏, 𝑣_𝑠의 대수합은 “0”과 같으며, 벡터의 합도 “0”이 되는 성질이 있다.

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