20世紀 初의 交流 發電機
交流 發電機
(交流發電機,
英語
:
alternator
)는
交流
形態로 力學的 에너지를 電氣 에너지로 轉換하여 交流 起電力을 일으키는
發電機
이다. 電子 感應 作用을 應用한 것으로, 簡單히
交流機
(交流機)라고도 한다.
交流 發電機는 壇上과 3像이 있으나 發電所에 있는 發電機는 모두 3賞이며,동기속도 라는 일정한 速度로 回轉하므로
3床 同期發電機
(three-phase synchronous generator)라 한다.
歷史
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交流 發展 시스템은 1830年代에
電磁氣 誘導
의 發見에서 簡單한 形態로 알려져 있다. 回轉型 發電機는 自然的으로 交流를 生成했지만, 거의 使用하지 않았기 때문에 一般的으로 發電機의
整流子
를 追加하여
直流
로 變換되었다. 初期 機械는
마이클 패러데이
와
히폴리테 픽視
같은 開拓者가 開發했다. 패러데이는 "回轉 四角形"을 開發했다.
로드 켈빈
과
세바스천 페란티
는 初期 交流 發電機를 開發하면서 100~300
Hz
의 周波數를 生成했다.
作動 原理
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磁氣場에서 相對的으로 움직이는 導體는
起電力
을 發生시킨다. 이 起電力은 反對 極盛의 刺戟 아래에서 움직일 때 極性을 바꾼다. 典型的으로,
回轉子
라고 불리는 回戰 자석은
固定子
라고 불리는 鐵心의 코일에 捲線으로 固定된 導體 세트 內部에서 回轉한다.
回戰 自戒
는 固定子 捲線에서
交流 電壓
을 誘導한다. 固定子 捲線의 電流가 回轉子의 位置와 段階的으로 變하기 때문에 交流 發電機는 同期式 發電機이다.
回轉子의 磁氣場은 永久 磁石 또는 自戒 코일 電磁石이 生成할 수 있다. 車輛 交流 發電機는 回轉子 捲線의 電流를 변화시킴으로써 發電機의 發展 電壓을 制御할 수 있는 回轉子 捲線을 使用한다. 永久 磁石 機械는 回轉子의 磁氣化 電流로 인한 損失을 避하지만, 磁石 材料의 費用 때문에 크기가 制限된다. 永久 磁氣場이 일정하기 때문에, 端子 電壓은 發電機의 速度에 따라 直接 달라진다.
自動 電壓 制御 裝置는 自戒 電流를 制御하여 出力 電壓을 일정하게 維持한다. 固定된 電氣子 코일의 出力 電壓이 需要 增加로 인해 내려가면, 더 많은 電流는
電壓 調整期
(VR)를 통해 回轉 方向 코일에 供給된다. 이것은 電氣子 코일에서 큰 電壓을 誘導하는 필드 코일 周圍에서 自戒를 增加시킨다. 따라서, 出力 電壓은 元來 값으로 되돌려진다.
中央
發電所
에서 使用되는 發電機는
交流 電力
을 調節하고 瞬間 誤謬의 影響에 對한 電力 시스템을 安定化하는데 도움이되도록 自戒 電流를 制御한다.
同期 速度
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한 雙의 自戒 劇이 固定 捲線의 한 地點을 通過할 때마다 交流의 한 週期가 生成된다. 速度와 周波數 사이의 關係는
이며,
는 周波數 Hz이다.
는 戟手 (2,4,6 ...)이고
은
分當 回轉數
이다.
交流 發電機의 出力
振動數
는 電極의 數와 回轉 速度에 따라 다르다. 特定 周波數에 相應하는 速度를 同期 速度(synchronous speed)라고 한다. 아래의 表에 몇 가지 例가 있다.
[1]
| 電極 수
|
RPM (50 Hz)
|
RPM (60 Hz)
|
RPM (400 Hz)
|
| 2
|
3,000
|
3,600
|
24,000
|
| 4
|
1,500
|
1,800
|
12,000
|
| 6
|
1,000
|
1,200
|
8,000
|
| 8
|
750
|
900
|
6,000
|
| 10
|
600
|
720
|
4,800
|
| 12
|
500
|
600
|
4,000
|
| 14
|
428.6
|
514.3
|
3,429
|
| 16
|
375
|
450
|
3,000
|
| 18
|
333.3
|
400
|
2,667
|
| 20
|
300
|
360
|
2,400
|
| 40
|
150
|
180
|
1,200
|
- 回轉 速度는 分當 回轉數를 가리키는
RPM
이다.
- 振動數의 單位는
헤르츠
(Hz)이다.
回轉電氣子型과 回轉界磁型
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固定된 界磁極 사이에서 電氣子를 회전시키는 回轉電氣子型 發電機는, 電氣子로부터 電流를 얻을 때 슬립링과 브러시를 接觸시키므로, 이 部分에 불꽃을 派生시키고자 絶緣이 되지 않게 한다. 그래서 大電力用人 것은 製作이 어렵고, 主로 110 ~ 220V의 低電壓·小容量人 것에 쓰인다. 이와는 反對로, 固定된 電氣子의 안쪽에서 界磁極을 회전시키는 回轉界磁型 發電機는 電氣子에 發生한 起電力을 그대로 外部로 빼낼 수 있을 뿐만 아니라, 電氣子 鐵心의 欠을 깊게 할 때는 高壓 絶緣을 充分히 할 수 있어서, 코일의 配列·決選(結線)을 하는 데도 便利하다. 回轉刺戟에는 鐵心에 界磁코일을 끼운 電磁石을 使用하고, 슬립링을 通해서 界磁電流를 供給하는데, 그다지 高電壓이 되지 않으므로 問題가 되지 않는다. 이런 兄의 發電機에서는 電氣子쪽을 '固定子(固定子)', 界磁쪽을 '回轉子(回轉子)'라고 부르는 수가 있다. 高電壓·大容量人 交流發展에는 모두 이 發電機가 쓰인다. 發展 電壓은 普通 3,000 ~ 22,000V인데 3萬V를 넘는 것도 만들어졌다.
一般的으로 發電機를 돌리는 原動機(原動機)에는 經濟速度가 있다. 種畜數次(縱軸水車)는 72 ~ 750rpm, 橫軸收差는 200 ~ 1,200rpm, 蒸氣터빈은 1,500 ~ 3,600rpm이다. 그에 應해서 刺戟數는 各各 8 ~ 50, 6 ~ 30, 2 ~ 4로 된다. 發電機의 回轉數를 일정하게 維持하는 것은 매우 重要하다. 部下가 늘면 發電機의 電氣子에는 많은 電流가 흐르며 이 때문에 電氣子의 둘레에 생기는 自戒가 强化됨으로써, 回戰 刺戟의 回轉을 鈍化키는 힘이 作用한다. 그 結果 回轉速度가 바뀌면 交流의 周波數가 바뀌어 버리고 만다. 이것을 막기 위해서 發電所에서는 물이라든가 蒸氣의 流量(流量)을 負荷에 따라 卽刻 自動制御를 하지 않으면 안 된다.
水車發電機
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水力發電所의 發電機(水車發電機)는 回轉軸을 紙面에 세우는 從兄(縱形)과 水平을 놓는 橫型이 있다. 프랜시스水車·카플란수차 等의 境遇는 從兄이며, 펠톤수차인 境遇는 普通 橫型이다. 發電機의 價格은 橫型쪽이 싸지만 從兄은 落差를 有效하게 利用할 수 있으며 數次의 構造가 簡單하게 되어 있어 所要 面積이 적게 든다. 大容量人 發電所에서는 거의 大部分이 從兄을 쓰고 있다. 回轉速度는 크지 않으므로, 發電機의 길이에 比例해서 直徑을 크게 하고, 돌기(突起)된 많은 刺戟(磁極)을 갖는 凸形回轉子(凸形回轉子)를 使用하게 된다.
터빈發電機
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]
火力發電所의 發電機(터빈發電機)는 매우 高速으로 運轉되므로 回轉子는 機械的으로 튼튼하게 하고,
慣性
을 줄이기 위해 가늘고 긴 圓筒 回轉子로 한다. 또 極히 微細한 機械的 偏心(偏心)에 依해서도 回轉數(固有回轉數)에 以上振動(異常振動)李 發生한다. 이 回轉數는 規定된 回轉數보다 몇 퍼센트 낮은 程度이므로, 正常運轉(定常運轉)市에는 問題가 되지 않으나, 始動·정지시에는 반드시 그 回轉數를 通過하므로 細心한 注意를 기울이지 않으면 안된다. 또 送電系統의 事故 等으로 갑자기 回轉數가 低下됐을 境遇라도, 危險한 回轉數가 되지 않도록 保護裝置를 마련하고 있다. 터빈發電機에서는 運轉中 特히 回轉子 코일 가운데의 電流라든가 空氣와의 摩擦 等에 依해 發熱하므로, 恒常 기름이나 空氣를 循環시켜서 冷却하고 있다. 冷却劑로서 空氣 代身에 氣體 水素를 쓰게 된 다음부터는, 大容量의 發電機도 만들 수 있게 되었다. 水素는 熱을 잘 傳하므로 冷却效果가 좋을 뿐만 아니라, 刺戟의 回轉에 따르는 摩擦이 적으므로 에너지 損失이라든가 騷音이 적다. 特히 最近의 터빈發電機에서는 絶緣物을 통하여 코일을 冷却시키는 代身 回轉子 코일 內部에 中共部分(中空部分)을 만들어, 水素를 循環시키는 直接冷却法도 採用되고 있다. 또 固定子 코일에도 물 또는 기름 等의 液體나 水素에 依한 直接冷却法이 쓰여져 오고 있다. 그러나 水素 中에 空氣가 30% 以上 섞여 들어가면 爆發을 일으킬 危險性이 있으므로, 水素의 漏泄이나 空氣의 侵入을 防止하기 爲해 特別히 硏究하여, 케이스는 모두 內幅構造(耐爆構造)로 하지 않으면 안 된다.
같이 보기
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參照
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- ↑
The Electrical Year Book 1937, published by Emmott & Co Ltd, Manchester, England, page 72
外部 링크
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