발전기 - 여자기 (Excitaion)

발전기에서 Excitation(여자기)는 회전자(Rotor)에 DC 전원을 공급하여 전자석으로 만들고, 강력한 자기장을 생성시킵니다. 이 자기장은 발전기에서 핵심적인 역할을 하며, 발전기가 안정적으로 전력을 생산하고 제어하는 데 필수적입니다. 이번 글에서는 Excitation의 역할 및 중요성, 그리고 여자기 종류에 대해 설명하고자 합니다.

Excitation의 역할과 중요성

1. 초기 자기장 생성

 

발전기의 회전자는 스팀 터빈 또는 다른 원동기에 의해 회전됩니다. 초기에는 회전자 주변에 충분한 자기장이 없기 때문에, 전기를 생성하기 위해서는 강력한 자기장이 필요합니다. Excitation은 이 자기장을 생성하여 회전자가 전기를 생성할 수 있도록 도와줍니다.

 

2. 전력 출력 제어

 

Excitation은 발전기의 전력 출력을 제어하는 데에 사용됩니다. Excitation을 조절하여 회전자 주변의 자기장을 조절함으로써 발전기의 출력을 제어할 수 있습니다. 이는 전력 수요에 따라 발전기의 출력을 조절하는 데 도움이 됩니다. 따라서 Excitation은 발전기가 안정적으로 시작되고 운전되며 필요한 전력을 생성할 수 있도록 하는 데 필수적입니다.

만약 Excitation이 없으면?

1. 시동 문제

 

Excitation이 없으면 회전자를 시작하는 데 어려움이 있을 수 있습니다. 회전자를 시작하기 위해서는 초기에 충분한 자기장이 필요합니다. Excitation이 없으면 회전자가 충분한 자기장을 얻지 못하여 시작되지 못할 수 있습니다.

 

2. 전력 출력 제어 문제

 

Excitation이 없으면 발전기의 출력을 제어할 수 없게 되어 전력 수요 변동에 대응하기 어려울 수 있습니다. 이는 너무 많은 전력을 생산하거나 충분한 전력을 생산하지 못할 수 있음을 의미합니다.

 

3. 전력 불안정성

 

Excitation이 없는 상태에서 발전기가 운전된다면 전력의 불안정성이 발생할 수 있습니다. 자기장의 불균형으로 인해 회전자의 속도가 불규칙하게 변할 수 있으며, 이는 전력의 불규칙한 생산으로 이어질 수 있습니다.

 

4. 장비 손상

 

Excitation이 없는 상태에서 스팀 터빈과 발전기가 운전된다면 회전자에 과도한 부하가 가해질 수 있습니다. 이는 회전자 및 관련 장비의 손상을 초래할 수 있습니다.

Excitation 시스템의 종류

1. Brushless Excitation System 

 

Brushless Excitation System은 브러시와 커뮤테이터 없이 회전자 주변의 자기장을 생성하는 현대적인 시스템입니다. 이 시스템은 주로 대형 발전기에 사용됩니다.

 

Brushless Excitation System의 주요 구성 성분은 아래와 같습니다.

• AC Generator : 발전기의 회전자와 동일한 축에 부착된 작은 AC 발전기입니다. 이 발전기는 회전자 주변에 자기장을 생성합니다.
• AVR (Automatic Voltage Regulator) : 발전기의 출력 전압을 제어하고 안정화하는 장치입니다. AVR은 발전기의 회전자에 연결되어 발전기의 전압을 감지하고 필요한 경우 Exciter를 제어하여 출력 전압을 조절합니다.
• Rectifier Bridge : AC Generator가 생성한 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 장치입니다. 이러한 DC 전압이 Exciter의 필드 감지 코일에 공급됩니다.
• Exciter Field Winding : Exciter의 필드 감지 코일은 회전자 주위에 자기장을 생성하는 데 사용됩니다.

2. Static Excitation System 

 

Static Excitation System은 정류기와 전자 제어 장치를 사용하여 회전자 주변의 자기장을 생성합니다. 이 시스템은 높은 효율성과 정확한 제어를 제공합니다.

 

Static Excitation System의 주요 구성 성분은 아래와 같습니다.

• Rectifier Bridge : 발전기의 회전자로부터 생성된 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 역할을 합니다.
• AVR (Automatic Voltage Regulator) : 발전기의 출력 전압을 제어하는데 사용됩니다. AVR은 Static Excitation System에서 Exciter의 필드 전압을 제어하여 회전자 주변의 자기장을 생성합니다.
• Exciter Field Transformer : 회전자 주변의 자기장을 생성하기 위해 사용되는 전자기 필드를 제어합니다.

결론

Excitation 시스템은 발전기의 핵심적인 요소로, 회전자에 강력한 자기장을 생성하고 발전기의 전력 출력을 제어하는 중요한 역할을 합니다. Excitation이 없다면 발전기의 시동, 출력 제어, 전력 안정성, 그리고 장비 손상 등의 문제를 초래할 수 있습니다. Brushless Excitation System과 Static Excitation System은 각각의 장점과 특징을 가지고 있으며, 발전기의 효율성과 안정성을 높이는 데 기여합니다.