유도 발전기

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유도 발전기 또는 비동기 발전기는 유도 모터의 원리를 사용하여 전력을 생산하는 교류 발전기의 한 종류입니다.유도 발전기는 동기 속도보다 빠르게 로터를 기계적으로 회전시켜 작동합니다.통상적인 AC유도모터는 내부 개조 없이 제너레이터로 사용할 수 있습니다.유도 발전기는 비교적 간단한 제어로 에너지를 회수할 수 있기 때문에 미니 수력발전소, 풍력 터빈 또는 고압 가스 흐름을 감소시켜 압력을 낮추는 데 유용하다.

유도 발전기는 외부 소스로부터 무효 들뜸 전류를 끌어낸다.유도 발전기에는 AC 로터가 있으며 동기 기계처럼 잔류 자화를 사용하여 전원이 공급되지 않은 배전 시스템을 블랙 시동할 수 없습니다.역률 보정 캐패시터를 외부에 추가하여 일정량의 가변 무효 여자 전류를 중화시킬 수 있습니다.유도 발전기는 시동 후 캐패시터 뱅크를 사용하여 무효 들뜸 전류를 생성할 수 있지만, 격리된 전원 시스템의 전압 및 주파수는 자가 조절되지 않고 쉽게 불안정해집니다.

작동 원리

유도 발전기는 로터가 동기 속도보다 빠르게 회전할 때 전력을 생산한다.60Hz 전원으로 구동되는 4극 모터(스테이터에 2쌍의 극)의 경우 동기 속도는 분당 1800회전(rpm)이고 50Hz에서 1500RPM입니다.모터는 항상 동기 속도보다 약간 느리게 회전합니다.동기 속도와 동작 속도의 차이는 "슬립"이라고 불리며 종종 동기 속도의 백분율로 표현됩니다.예를 들어 동기 속도가 1500RPM인 1450RPM에서 작동하는 모터는 +3.3%의 슬립으로 작동합니다.

모터로 작동할 때 스테이터 플럭스 회전은 동기 속도로 로터 속도보다 빠릅니다.이로 인해 스테이터 플럭스가 슬립 주파수에서 순환하여 스테이터와 로터 사이의 상호 인덕턴스를 통해 로터 전류를 유도합니다.유도 전류는 스테이터와 반대되는 자기 극성을 가진 로터 플럭스를 생성합니다.이와 같이 로터는 고정자 플럭스 뒤를 따라 드래그되며 로터 내의 전류는 슬립 주파수로 유도됩니다.모터는 유도 로터 전류가 축 부하와 동일한 토크로 발생하는 속도로 작동합니다.

제너레이터 작동 시 원동기(터빈 또는 엔진)가 로터를 동기 속도(음극 슬립) 이상으로 구동합니다.스테이터 플럭스는 로터에 전류를 유도하지만, 반대 로터 플럭스는 이제 스테이터 코일을 절단하고 있으며, 스테이터 코일에 전류가 자화 전류보다 270° 뒤쪽으로 유도되어 자화 전압과 위상이 일치합니다.모터는 실제(동상) 전력을 전원 시스템에 공급합니다.

들뜨다

유도 모터는 로터에 전류를 유도하기 위해 스테이터 권선에 외부에서 공급되는 전류를 필요로 합니다.인덕터의 전류는 시간에 따른 전압에 통합되어 있기 때문에 정현파 전압 파형의 경우 전류가 전압을 90° 지연시키고 유도 모터는 전력을 소비하고 모터로서 기계적 전력을 공급하는지 또는 기계적 전력과 분배를 소비하는지 여부에 관계없이 항상 무효 전력을 소비합니다.시스템에 전력을 공급합니다.

로터 전류를 유도하기 위해서는 스테이터의 플럭스(반응전력)를 자화하는 여자전류가 여전히 필요하다.이는 전기 그리드에서 공급하거나, 일단 전력을 생산하기 시작하면 용량성 리액턴스에서 공급될 수 있습니다.유도 모터의 발생 모드는 교류에 의해 유도되는 로터를 들뜨게 할 필요성으로 인해 복잡하며, 이는 정지 시 잔류 자화 없이 소자되어 냉간 시동을 부트스트랩한다.생산을 초기화하려면 자화 전류의 외부 소스를 연결해야 합니다.전원 주파수와 전압은 자체 조절이 되지 않으며, 기능적인 격리 전원 시스템을 구축하기 위해 더 많은 외부 기기가 필요한 전압으로 위상 이탈 전류를 공급할 수 없습니다.역률 보상기 역할을 하는 동기 모터와 병렬로 유도 모터를 작동시키는 것도 유사합니다.그리드에 평행한 제너레이터 모드의 특징은 로터 속도가 주행 모드보다 높다는 것입니다.그러면 활성 에너지가 ^[1]그리드에 공급됩니다.유도 모터 제너레이터의 또 다른 단점은 상당한 자화 전류 I0 = (20-35)%를 소비한다는 것입니다.

액티브 파워

라인에 공급되는 활성 전력은 동기 속도 이상의 슬립에 비례합니다.제너레이터의 최대 정격 전력은 매우 작은 슬립 값(모터에 의존하며 일반적으로 3%)에서 도달합니다.1800rpm의 동기 속도에서는 제너레이터에 전력이 공급되지 않습니다.구동 속도가 1860rpm(일반적인 예)으로 증가하면 최대 출력 전력이 생성됩니다.원동기가 제너레이터를 완전히 구동하기에 충분한 전력을 생산할 수 없는 경우 속도는 1800~1860rpm 범위에 머무릅니다.

필요한 캐패시턴스

콘덴서 뱅크는 독립 실행형 모드에서 사용할 경우 모터에 무효 전원을 공급해야 합니다.공급되는 무효 전력은 발전기가 모터로 작동할 때 일반적으로 소비하는 무효 전력보다 크거나 같아야 합니다.

토크 대 슬립

유도 발전기의 기본은 기계적 에너지에서 전기 에너지로 변환하는 것입니다.따라서 로터를 동기 속도보다 빠르게 회전시키려면 로터에 외부 토크가 인가되어야 합니다.그러나 토크가 무한히 증가한다고 해서 발전량이 무한히 증가하는 것은 아닙니다.전기자에서 들뜬 회전 자기장 토크는 로터의 움직임을 상쇄하고 반대 방향으로 유도되는 운동으로 인한 과속을 방지합니다.모터의 속도가 증가함에 따라 카운터 토크는 작동 조건이 불안정해지기 전까지 작동할 수 있는 최대 토크값(브레이크다운 토크)에 도달합니다.이상적으로는 무부하 상태와 최대 토크 영역 사이의 안정적인 영역에서 인덕션 제너레이터가 가장 잘 작동합니다.

정격 전류

발전기로 작동하는 유도 모터에 의해 생산될 수 있는 최대 출력은 발전기 권선의 정격 전류에 의해 제한됩니다.

그리드 및 스탠드아론 연결

유도 발전기에서 공극 자속을 설정하는 데 필요한 무효 전력은 독립형 시스템의 경우 기계에 연결된 캐패시터 뱅크를 통해 공급되며, 그리드 연결의 경우 그리드로부터 무효 전력을 끌어와 공극 자속을 유지합니다.그리드 연결 시스템의 경우 전체 시스템에 비해 매우 작기 때문에 기계의 주파수와 전압은 전기 그리드에 의해 결정됩니다.독립형 시스템의 경우 주파수와 전압은 기계 파라미터, 여자에 사용되는 캐패시턴스, 부하값 및 유형의 복잡한 함수입니다.

사용하다

유도 발전기는 다양한 로터 속도에서 유용한 전력을 생산할 수 있기 때문에 풍력 터빈 및 일부 마이크로 하이드로 설비에 자주 사용됩니다.유도 발전기는 다른 발전기 유형보다 기계 및 전기적으로 단순합니다.또한 브러시나 정류자가 필요하지 않아 내구성이 더욱 뛰어납니다.

제한 사항

콘덴서 시스템에 접속된 유도 발전기는 스스로 작동하기에 충분한 무효 전력을 발생시킬 수 있다.부하 전류가 자기 무효 전력과 부하 전력을 모두 공급할 수 있는 제너레이터의 능력을 초과하면 제너레이터는 즉시 전력 생산을 중지합니다.부하를 제거하고 DC 전원 또는 ^[2]코어에 잔류 자력이 있는 경우 인덕션 제너레이터를 다시 시작해야 합니다.

유도 발전기는 특히 풍력발전소에 적합하다. 이 경우 속도는 항상 가변 요소이기 때문이다.동기 모터와 달리 유도 발전기는 부하에 의존하며 그리드 주파수 제어에 단독으로 사용할 수 없습니다.

적용 예

예를 들어 10hp, 1760r/min, 440V, 3상 유도 모터를 비동기 발전기로 사용하는 것을 고려합니다.모터의 최대 부하 전류는 10A이고 최대 부하 역률은 0.8입니다.

콘덴서가 델타 단위로 연결된 경우 위상당 필요한 캐패시턴스:

겉보기 전력 ${{displaystyle S=sqrt {3}}}EI=1.73*440*10=7612VA}$

액티브 $파워{\displaystyle }$ P ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle S}$ cos ${\displaystyle (}$ ( ${\displaystyle )}$ ) ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle 76120}$0.${\displaystyle 8}$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle \mathrm{6090}}$ W$$( \ $displaystyle$ P $= S$ \ $cos$( \ $theta$ ) =$7612$*$0$） 。$8 = 6090 W }$

무효 전력 ${\displaystyle Q=sqrt {S^{2}-P^{2}}=4567VAR}$

기계를 비동기 발생기로 실행하려면 캐패시터 뱅크가 위상당 최소 4567/3상 = 1523 VAR을 공급해야 합니다.콘덴서는 델타 단위로 연결되어 있기 때문에 콘덴서당 전압은 440V입니다.

정전용량 전류 Ic = Q/E = 1523/180 = 3.46A

위상당 용량 리액턴스 Xc = E/Ic = 127Ω

위상당 최소 캐패시턴스:

C = 1 / (2*440*f*Xc) = 1 / (2 * 3.140 * 60 * 127) = 21 마이크로패러드

부하가 무효 전력도 흡수하는 경우는, 캐패시터 뱅크의 사이즈를 늘려 보충할 필요가 있습니다.

60Hz의 주파수를 생성하려면 원동기 속도를 사용해야 합니다.

일반적으로 슬립은 기계가 모터로 작동하는 경우 최대 부하 값과 비슷해야 하지만 음수(발전기 작동):

Ns = 1800이면 N=Ns+40rpm을 선택할 수 있습니다.

필요한 원동력 속도 N = 1800 + 40 = 1840 rpm.

「 」를 참조해 주세요.

• 발전기
• 유도 모터

메모들

레퍼런스

• 전기 기계, 드라이브 및 전원 시스템, 제4판, Theodore Wildi, 프렌티스 홀, ISBN 0-13-082460-7, 311-314페이지.

외부 링크

• 스탠드아론 및 그리드 접속 비동기 제너레이터 테스트