자동 전압 조정 장치(AVR) 역할, 작동 원리, 종류

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자동 전압 조정 장치(Automatic Voltage Regulator, AVR)는 발전기 내부의 여자 전류를 조절하여 발전기 출력 전압을 일정하게 유지하는 역할을 합니다. AVR은 발전기와 계통 간의 전압 균형을 유지하여 계통의 안정성을 확보하고, 외부의 다양한 전압 변동에 빠르게 대응할 수 있도록 설계되었습니다. 본 문서에서는 AVR의 역할, 제어 원리, 구성 요소, 그리고 다양한 운전 모드와 적용 특성에 대해 설명합니다.

Table of Contents

1. 자동 전압 조정 장치(AVR)의 역할

1) 전압 안정화

전력 계통의 부하가 변화하면, 발전기의 출력 전압이 변동하여 계통의 전압이 불안정해질 수 있습니다. 이때, AVR은 발전기의 여자 전류를 조정하여 전압 변동을 최소화합니다.
발전기 전압을 안정적으로 유지하여, 계통의 전압 변화가 다른 장비에 영향을 미치지 않도록 합니다.

2) 과도 응답 제어

발전기 과부하 또는 급격한 부하 변동이 발생했을 때, AVR은 여자 전류를 조정하여 발전기 출력 전압을 신속하게 복구합니다.
이를 통해 계통의 전압이 안정적으로 유지되며, 발전기와 계통 간의 동기화 상태를 보장합니다.

3) 안정도 향상

AVR은 발전기 내부의 자화기를 제어하여, 외란 발생 시에도 발전기와 계통 간의 전력 분포가 안정적으로 유지되도록 합니다.
발전기 간의 단락 고장이나 부하 급변 시 전압 안정성을 향상시키는 역할을 합니다.

2. 자동 전압 조정 장치(AVR)의 제어 원리 및 제어 요소

AVR의 기본 제어 회로

AVR은 발전기의 출력 전압($V_o$)을 지속적으로 모니터링하고, 설정된 기준 전압($V_s$)과 비교하여 차이($V_e = V_s – V_o$)를 계산합니다.
이 전압 차이($V_e$)에 따라 여자 전류를 조정하여, 발전기 전압을 기준 전압에 일치시키도록 제어 신호를 생성합니다.

제어 회로의 구성 요소

참조 전압 (Reference Voltage): 발전기의 목표 전압 값 ($V_s$)을 설정합니다.
비교기 (Comparator): 출력 전압($V_o$)과 참조 전압($V_s$)을 비교하여 오차 전압($V_e$)을 생성합니다.
증폭기 (Amplifier): 오차 전압($V_e$)을 증폭하여 여자기(Exciter)에 전달합니다.
자화기 (Exciter): 여자 전류를 제어하여 발전기 내부의 자화기를 조정합니다.

AVR 제어의 피드백 원리

출력 전압($V_o$)이 참조 전압($V_s$)과 일치하지 않을 때, AVR은 오차 전압($V_e$)을 생성하여 여자기(Exciter)에 제어 신호를 보냅니다.
여자기는 오차 신호에 따라 자화기를 조정하여, 발전기 출력 전압($V_o$)이 참조 전압($V_s$)과 일치하도록 합니다.
이 과정이 반복되면서, 출력 전압이 안정적으로 유지됩니다.

3. 자동 전압 조정 장치(AVR)의 특성 및 적용 방법

1) AVR의 구성 요소 및 기능

검출기: 발전기 출력 전압을 모니터링하여, 설정된 기준 전압과의 차이를 검출합니다.
증폭기: 검출된 전압 차이를 증폭하여 여자기에 전달합니다.
제동 회로: 급격한 전압 변화가 발생할 경우, 신속하게 전압을 제어합니다.
동적 보상 회로: 여자 전류의 변동을 방지하여, 안정적인 전압을 유지합니다.

2) AVR 제어의 주요 기능

AVR은 발전기의 동적 및 정적 안정성을 확보하기 위해 다양한 제어 기능을 제공합니다.
과도 응답 제어: 급격한 부하 변동에 빠르게 대응하여 발전기 전압을 복구합니다.
정적 안정화: 장기적인 전압 변화에 대해 안정적으로 전압을 유지합니다.

3) AVR 적용 시 주의 사항

AVR의 제어 신호가 과도하게 빠르면, 발전기의 전압이 불안정해질 수 있으므로 적절한 제어 속도를 설정해야 합니다.
발전기와 계통 간의 전압 차이를 최소화하여, 동기화 상태를 유지해야 합니다.

4. AVR의 운전 모드 및 종류

1) 자동 전압 조정 장치(AVR) 운전 모드

자동 운전 모드 (Automatic Mode): 정상적인 운전 상태에서, 발전기 전압을 기준 전압에 맞춰 자동으로 제어합니다.
수동 운전 모드 (Manual Mode): 운전자가 직접 여자 전류를 조정하여 발전기 전압을 제어합니다.
보조 운전 모드 (Backup Mode): AVR이 고장났을 때, 수동으로 발전기 전압을 제어합니다.

2) 자동 전압 조정 장치(AVR)의 종류

운전 모드	설명
자동 운전 모드	발전기 전압을 자동으로 조절하여, 설정된 기준 전압을 유지합니다.
수동 운전 모드	운전자가 여자 전류를 직접 조절하여, 전압을 유지합니다.
보조 운전 모드	AVR이 고장났을 때, 백업 모드로 전환하여 전압을 유지합니다.