전기기사 전기기기 이론 : 01-05 직류 발전기 빈출 개념

전기기사 전기기기 이론 : 01-05 직류 발전기 빈출 개념

전기기사 시험에서 직류 발전기는 빈출되는 중요한 개념입니다. 특히, 구조와 원리, 종류, 병렬 운전, 특성 곡선 등은 자주 출제되는 부분이므로 꼼꼼히 이해하는 것이 중요합니다. 이번 포스팅에서는 시험에 자주 등장하는 직류 발전기의 핵심 개념을 정리해 보겠습니다.

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1. 직류 발전기의 구조와 원리

1.1 직류 발전기 구조

• 전기자(Armature): 자기장 내에서 회전하며 전류를 유도하는 코일로, 전기자에서 발생하는 유도 전류는 교류 형태입니다.
• 계자(Field): 발전기에 자기장을 형성하는 역할을 하며, 고정된 자석 또는 전자석을 사용합니다.
• 정류자(Commutator): 발생된 교류 전류를 직류로 변환하는 역할을 수행하며, 브러시와 함께 작동해 전류의 방향을 한쪽으로 유지시킵니다.
• 브러시(Brush): 정류자와의 접촉을 통해 외부 회로에 전류를 공급합니다.

1.2 플레밍의 오른손 법칙

직류 발전기의 전류 방향은 플레밍의 오른손 법칙으로 결정됩니다. 엄지는 도체의 운동 방향, 검지는 자기장의 방향, 중지는 전류의 방향을 나타냅니다. 이를 통해 전기자가 자기장 속에서 회전할 때 전류의 방향을 예측할 수 있습니다.

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2. 직류 발전기의 종류

직류 발전기는 계자 권선의 연결 방식에 따라 자여자 발전기와 타여자 발전기로 구분됩니다.

2.1 자여자 발전기 (Self-Excited Generator)

발전기 스스로 계자 전류를 공급하며, 계자 권선의 연결 방식에 따라 아래 세 가지로 구분됩니다.

• 직권 발전기(Series Generator): 계자 권선이 전기자 권선과 직렬 연결되어 부하가 증가할수록 전압이 증가합니다.
• 분권 발전기(Shunt Generator): 계자 권선이 전기자 권선과 병렬 연결되어 비교적 안정적인 전압을 유지합니다.
• 복권 발전기(Compound Generator): 직권과 분권 권선을 동시에 사용하여, 다양한 부하 조건에서도 안정적인 전압을 유지할 수 있습니다.

2.2 타여자 발전기 (Separately Excited Generator)

외부 전원으로부터 계자 전류를 공급받는 방식입니다. 부하에 상관없이 일정한 전압을 유지할 수 있으며, 실험용 장비나 제어 시스템에 주로 사용됩니다.

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3. 직류 발전기의 병렬 운전

병렬 운전은 여러 대의 직류 발전기를 병렬로 연결하여 부하를 분담하고 안정적인 전력을 공급하는 방식입니다.

3.1 병렬 운전 조건

• 전압이 동일해야 함
• 극성 방향이 동일해야 함
• 내부 저항이 유사해야 발전기 간에 부하를 고르게 분담할 수 있음

3.2 병렬 운전의 장점

• 부하 변화에 유연하게 대응 가능
• 발전기 고장 시 다른 발전기로 전력 공급 유지 가능
• 발전기 효율적으로 운용 가능

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4. 직류 발전기의 특성 곡선

특성 곡선은 발전기의 성능을 분석하는 데 중요한 자료입니다. 직류 발전기의 주요 특성 곡선은 다음과 같습니다.

4.1 외부 특성 곡선

• 부하 전류와 단자 전압 간의 관계를 나타냅니다. 부하가 증가할수록 단자 전압이 감소하는 경향이 있으며, 부하 변화에 따른 전압 변동을 예측할 수 있습니다.

4.2 내부 특성 곡선

• 전기자 전류와 전압 강하 간의 관계를 보여줍니다. 전기자 저항으로 인해 전류가 증가할수록 내부 전압 강하가 발생하여 단자 전압이 감소합니다.

4.3 조정 특성 곡선

• 부하 분담이 발전기 간 어떻게 조정되는지를 나타내며, 발전기 간 부하 분담을 효율적으로 관리하는 데 유용합니다.

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5. 직류 발전기와 관련된 전기기사 빈출 개념 Q&A

Q1: 직류 발전기의 정류자의 역할은 무엇인가요?
A1: 정류자는 교류로 발생하는 전류를 직류로 변환해 주는 역할을 합니다. 정류자와 브러시의 접촉으로 전류 방향이 한쪽으로 유지되어 직류 전류가 생성됩니다.

Q2: 분권 발전기와 직권 발전기의 차이는 무엇인가요?
A2: 분권 발전기는 계자 권선이 전기자와 병렬로 연결되어 안정적인 전압을 유지하는 반면, 직권 발전기는 계자 권선이 전기자와 직렬로 연결되어 부하 전류가 클수록 전압이 상승하는 특성을 가지고 있습니다.

Q3: 병렬 운전의 조건 중 전압과 극성을 맞추는 이유는 무엇인가요?
A3: 전압이 다르거나 극성이 맞지 않으면 발전기 간에 역전류가 발생하여 발전기가 손상될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 전압과 극성을 일치시켜야 합니다.

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