터빈발전기의 여자방식 종류 및 장단점 | 정지 및 회전정류기 방식

우리가 전기를 편리하게 사용하기 위해서는 발전소에서 전력을 생산해야 합니다.

화력, 수력, 복합 등 대다수의 발전소에서는 전력생산의 핵심적인 요소로 터빈발전기를 사용합니다.

터빈발전기의 여자방식 종류 및 장단점에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

핵심요약입니다.

1. 터빈발전기 : 발전기에 연결된 터빈의 조합
2. 정지 정류기 방식 : 응동속도 빠르며 전압조정 쉬움
3. 회전 정류기 방식 : 브러시와 슬립링이 필요하지 않음

 

 

1. 터빈발전기의 여자방식

 

 

 

터빈발전기의 여자방식을 알아보기 위해서는 먼저 여자기라는 용어를 알아야 합니다.

여자기는 exciter로 표현되며, 발전기의 계좌회로에 여자전류를 공급하는 직류 발생 장치입니다.

 

• 직류여자기 : 대용량 터빈에서는 사용하지 않음
• 교류여자기 : 현재 대부분의 터빈발전기에서 사용

 

직류여자기는 정류자와 브러시 보수의 문제가 존재합니다.

또한 터빈 용량이 대용량화됨에 따라 크기가 커져 제작이 곤란합니다.

그래서 현재 대용량 발전기에서는 사용되지 않고 있습니다.

 

이미지 출처 : Unsplash

 

대부분의 터빈발전기의 여자기로는 교류여자기가 사용되고 있습니다.

교류여자기의 종류에는 정지 정류기 방식과 회전 정류기 방식이 있습니다.

 

여자시스템 분류

 

 

1-1. 정지 정류기 방식

 

정지 정류기 방식은 여러 가지로 표현되고 있습니다.

 

• 별치정류기 방식
• Commutatorless 방식
• Static Excitation System

 

#여자방식

주발전기와 같은 회전자계형의 동기발전기를 따로 설치하거나, 주발전기의 단자에 여자변압기를 설치해서 교류출력을 얻습니다.

별도로 설치한 정류기에서 교류를 직류로 변환하여 주발전기의 계좌회로에 공급합니다.

주발전기의 여자조정은 교류여자기의 전압조정으로 이루어집니다.

 

#특징

1. 여자기의 응동속도가 빠르다.
2. 과부하내량이 크며, 전압조정이 용이하다.
3. 예비여자기 및 여자기 절환용 계자 차단기가 불필요하다.
4. 별도의 정류기로 인해 발전기의 크기가 크다.
5. 정류기가 따로 설치되므로 구조가 간단하고 보수가 용이하다.
6. 정류자는 없앨 수 있지만, 슬립링은 필요하다.

 

 

1-2. 회전 정류기 방식

 

 

 

회전 정류기를 표현하는 방식은 3가지가 있습니다.

 

• AC형
• Rotating Rectifier System
• Brushless 방식

 

#여자방식

회전전기자형의 교류여자기를 사용하여 여자기의 계자를 고정자 측에 가합니다.

교류여자기의 출력을 회전자에 설치한 정류기에서 직류로 변환합니다.

변환된 직류를 주발전기의 계자회로에 공급합니다.

 

#특징

1. 교류여자기와 정류기가 발전기 축과 동일하게 설치되어 있다.
2. 고속회전으로 인한 원심력에 견디도록 특수한 설계가 필요하다.
3. 브러시와 슬립링이 필요하지 않다.
4. 여자기 내에 배선, 발전기 계자 케이블이 필요하지 않다.
5. 정류기가 회전자에 설치, 구조가 복잡하지만 발전기 크기는 작다.

 

 

1-3. 정류기 방식별 장단점 비교

 

 

 

정지 및 회전 정류기의 장단점을 표를 통해 알아보겠습니다.

 

구분	정지형	회전형
장점	- 발전기의 축이 짧음 - 보수가 용이	- 전압조정 범위가 넓음 - 계통사고의 영향이 없음
단점	- 전압조정 범위가 좁음 - 계통사고의 영향이 있음	- 발전기의 축이 길어짐 - 시간지연(time delay)이 일어나기 쉬움
발전기의 크기	크다	작다
여자기 응동특성	빠름	시간지연이 일어나기 쉬움
설비보수	쉬움	어려움

 

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