동기 발전기 구조, 장단점, 특징, 유도 발전기와 비교

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동기 발전기는 회전 속도에 의해 교류 전류의 주파수가 일정하게 유지되는 발전기로, 전력망에 일정한 주파수로 안정적인 전력을 공급하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 글에서는 동기 발전기의 정의와 주요 구성 요소, 동기 속도 공식, 그리고 유도 발전기와의 차이점을 표 형식으로 설명하겠습니다.

Table of Contents

1. 동기 발전기의 정의

1) 회전 속도와 주파수의 관계

(1) 동기 발전기는 회전 속도(rpm)에 의해 발생하는 교류 전류의 주파수가 일정하게 유지되는 발전기입니다.

(2) 일정한 주파수를 유지하기 때문에 전력망에 안정적인 전력 공급이 가능하며, 교류 전력 시스템에서 필수적으로 사용됩니다.

2) 동기 속도 공식

(1) 동기 발전기의 동기 속도 $N_s$는 다음과 같은 수식으로 계산됩니다.

$$
N_s = \frac{120 \cdot f}{P}
$$

여기서,

$N_s$: 동기 속도 (rpm)
$f$: 주파수 (Hz)
$P$: 극 수 (pole)

(2) 이 공식에 따라 주파수와 극 수에 의해 발전기의 속도가 결정되며, 이는 일정한 주파수를 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

2. 동기 발전기의 주요 구성 요소

1) 여자기 (Excitor)

(1) 여자기는 동기 발전기의 계자 권선에 직류 전압을 공급하여 자속을 형성하는 장치입니다.

(2) 이를 통해 동기 발전기 내부에서 자속이 생성되어 전류를 유도할 수 있으며, 안정적인 교류 전류 발생에 기여합니다.

2) 회전자 (Rotor)

(1) 회전자는 여자기로부터 공급된 직류 전류를 통해 자속을 유지하며, 발전기 내에서 회전 운동을 통해 교류 전류를 발생시키는 역할을 합니다.

(2) 주파수와 회전 속도가 일치하여 발전기의 동기 속도를 결정합니다.

3) 고정자 (Stator)

(1) 고정자는 회전자가 생성한 자속이 교류 전류로 변환될 수 있도록 고정된 상태에서 전압을 유도하는 역할을 합니다.

(2) 고정자는 발전기 외부에 고정되어 있으며, 회전자의 자속을 받아 교류 전류를 생성합니다.

3. 유도 발전기와 동기 발전기의 특징 비교

구분	동기 발전기	유도 발전기
주파수 유지	일정한 주파수 유지 가능	일정한 주파수 유지 어려움
역률 조정	역률 조정 가능	역률 조정 불가
단독 운전	단독 운전 가능	단독 운전 불가
구조	복잡하고 설치 비용이 높음	구조가 간단하고 설치 비용이 낮음
효율	높은 효율	상대적으로 낮은 효율
사용 용도	주로 대규모 발전소에 사용	중소규모 전력 생산에 주로 사용