동기발전기에서 전압은 어떻게 만들어질까?

동기발전기의 구조를 살펴보면 일반적인 대용량 발전기에서는 회전자에 계자를 만들고 고정자에 3상 전기자 권선을 배치한다.

그렇다면 회전자에 직류전류를 흘리고 축을 회전시키는 것만으로 어떻게 고정자에서 수천 볼트 이상의 교류전압이 만들어지는 것일까?

동기발전기에서 전압이 발생하는 핵심은 회전하는 자속과 고정자 권선 사이의 전자기유도다.

회전자에 만들어진 N극과 S극이 회전하면 고정자 권선과 쇄교하는 자속이 시간에 따라 변한다.

패러데이의 전자기유도 법칙에 따라 자속쇄교가 변하면 권선에 유도기전력이 발생한다.

이를 가장 단순하게 표현하면

e = -N dΦ/dt

이다.

즉 동기발전기의 전압은 단순히 회전자가 돌기 때문에 생기는 것이 아니다.

회전자 자계가 회전하면서 고정자 권선과 쇄교하는 자속이 계속 변화하기 때문에 전압이 발생한다.

먼저 회전자에 자계를 만들어야 한다

일반적인 권선형 동기발전기의 회전자에는 계자권선이 있다.

계자권선에 직류전류

If

를 공급하면 회전자에 N극과 S극이 형성된다.

이를 아주 단순하게 표현하면

계자전류 If → 기자력 → 회전자 자속 Φ

의 흐름으로 볼 수 있다.

계자전류가 없으면 정상적인 권선형 동기발전기에서 필요한 주계자 자속을 만들 수 없다.

따라서 발전기의 전압을 이해할 때 첫 번째로 기억해야 할 것은 회전보다 먼저 자계가 필요하다는 점이다.

자속의 역할이 중요한 이유

전기기기에서 자속은 전기에너지와 기계에너지를 연결하는 매우 중요한 매개체다.

자속의 역할을 이해하면 발전기의 전압 발생과정을 훨씬 쉽게 볼 수 있다.

회전자 계자전류가 만들어낸 자속은 회전자 철심과 공극, 고정자 철심을 따라 자기회로를 형성한다.

원동기가 회전자를 돌리면 이 자속분포 역시 회전자와 함께 회전한다.

고정자 권선은 움직이지 않지만 고정자에서 바라본 자기장의 방향과 크기는 계속 변한다.

이 변화가 전압을 만들어낸다.

회전자가 멈춰 있으면 어떻게 될까?

회전자에 계자전류가 흐르고 있어도 회전자가 완전히 정지해 있다고 생각해보자.

회전자에는 N극과 S극이 존재한다.

고정자 권선에도 자속이 쇄교할 수 있다.

하지만 회전자와 고정자의 상대적인 위치가 변하지 않는다면 정상상태에서 고정자 권선과 쇄교하는 자속도 일정하다.

따라서

dΦ/dt = 0

이 되고 지속적인 교류 유도기전력이 발생하지 않는다.

즉

자계만 있어도 부족하고, 회전만 있어도 부족하다.

동기발전기에서는

자계 + 상대적인 회전

이 함께 있어야 연속적인 교류전압을 만들 수 있다.

원동기가 회전자를 돌리면 어떤 일이 일어날까?

회전자에 N극과 S극이 만들어진 상태에서 원동기가 축을 회전시킨다.

그러면 회전자 자계도 함께 회전한다.

고정자 A상 권선을 기준으로 생각해보자.

처음에는 회전자 N극이 A상 권선과 가장 강하게 쇄교하는 위치에 있을 수 있다.

회전자가 조금 움직이면 쇄교자속이 감소한다.

더 회전하면 자속의 방향이 바뀌고 S극의 영향이 나타난다.

다시 회전하면 반대방향의 최대자속이 나타난다.

이 과정이 계속 반복된다.

따라서 고정자 권선과 쇄교하는 자속은

최대값

→ 감소

→ 0

→ 반대방향 최대값

→ 다시 0

→ 원래 방향 최대값

의 형태로 주기적으로 변화한다.

이것이 교류전압이 만들어지는 출발점이다.

정현파 자속을 가정하면 어떻게 표현할까?

자속의 공간분포가 이상적인 정현파라고 가정해보자.

회전자가 일정한 각속도 ω로 회전하면 한 상의 권선과 쇄교하는 자속을 단순하게

Φ = Φm cosωt

와 같이 표현할 수 있다.

여기서

Φm은 최대자속,

ω는 전기적인 각속도다.

패러데이 법칙을 적용하면

e = -N dΦ/dt

이므로

e = NωΦm sinωt

의 형태가 된다.

즉 발생하는 전압도 시간에 따라 정현파 형태로 변화한다.

이것이 교류발전기에서 정현파 전압을 얻을 수 있는 기본적인 이유다.

전압의 방향이 계속 바뀌는 이유

회전자가 반 바퀴 회전하면 고정자 권선에 대해 N극과 S극의 위치관계가 바뀐다.

권선과 쇄교하는 자속의 변화방향도 반대로 바뀐다.

패러데이 법칙과 렌츠의 법칙에 따라 유도기전력의 방향 역시 반전된다.

그래서 고정자 권선에 나타나는 전압은 한쪽 방향으로만 유지되지 않는다.

양의 방향과 음의 방향을 반복하는 교류전압이 된다.

발전기를 단순히

“자석을 돌려 전기를 만든다”

라고 설명하는 것보다

회전하는 자계가 고정자 권선의 자속쇄교를 주기적으로 변화시키고, 그 결과 교류 유도기전력이 발생한다

고 이해하는 것이 훨씬 정확하다.

실제 동기발전기의 유기기전력 식

정현파 자속분포를 가진 교류발전기의 한 상 유기기전력 실효값은 대표적으로

E = 4.44kwfNΦ

로 나타낼 수 있다.

여기서

E는 한 상의 유기기전력 실효값,

kw는 권선계수,

f는 주파수,

N은 한 상의 직렬 권선수,

Φ는 극당 자속이다.

이 식은 동기발전기의 전압이 무엇에 의해 결정되는지 매우 잘 보여준다.

전압을 증가시키는 요인을 단순화하면

자속이 커질수록

주파수가 높을수록

권선수가 많을수록

유기기전력이 커진다.

하지만 실제 발전기의 설계와 운전에서는 이 세 가지를 마음대로 바꿀 수 있는 것은 아니다.

4.44라는 숫자는 어디서 나올까?

유기기전력 식의 4.44는 임의로 붙은 상수가 아니다.

정현파 자속을 가정하여 패러데이 법칙으로 순간전압을 계산하고 이를 실효값으로 변환하는 과정에서 나온다.

정현파의 파형률과 한 주기 동안의 자속변화를 포함해 계산하면

4.44

라는 계수가 나타난다.

따라서 이 식은 기본적으로 정현파에 가까운 자속과 전압을 전제로 한다.

실제 발전기에서는 자속파형과 권선배치가 완벽한 정현파가 아니기 때문에 권선계수 kw 같은 요소가 추가된다.

권선계수 kw는 무엇일까?

실제 3상 발전기의 한 상 권선은 하나의 슬롯에 몰아서 감지 않는다.

여러 슬롯에 나누어 분포시킨다.

또 권선의 코일피치를 한 극피치보다 약간 짧게 만드는 경우도 있다.

이 때문에 실제 유기전압은 이상적으로 모든 권선이 완전히 같은 위상으로 전압을 발생한다고 가정했을 때보다 약간 작아질 수 있다.

이 영향을 반영한 것이 권선계수 kw다.

일반적으로 권선계수는

kw = kd × kp

와 같이 나타낼 수 있다.

여기서

kd는 분포계수,

kp는 단절계수 또는 피치계수다.

따라서 발전기의 실제 유기기전력은 단순한 권선수뿐 아니라 권선을 슬롯에 어떻게 배치했는가에도 영향을 받는다.

왜 굳이 권선을 여러 슬롯에 나눠 넣을까?

권선을 한곳에 집중시키면 구조가 단순할 수 있지만 발생하는 전압파형의 고조파가 커질 수 있다.

권선을 여러 슬롯에 분산하면 공극에서 만들어지는 전압파형을 보다 정현파에 가깝게 만들 수 있다.

특정 고조파를 줄이는 데도 유리하다.

발전기에서는 단순히 높은 전압만 만드는 것이 중요한 것이 아니다.

좋은 파형의 3상 교류전압을 만드는 것도 중요하다.

3상 전압은 어떻게 만들어질까?

동기발전기의 고정자에는 A상, B상, C상의 권선이 배치되어 있다.

세 상의 권선은 공간적으로 서로

120도의 전기각

차이를 갖도록 배치된다.

회전자 자계가 회전하면 A상에서 최대 유도전압이 나타난 다음 일정한 시간이 지나 B상에서 같은 상태가 나타난다.

다시 일정한 시간이 지나면 C상에서 나타난다.

따라서 세 상의 전압은 같은 크기와 주파수를 가지면서 서로 120도의 위상차를 가진다.

이상적인 경우

ea = Em sinωt

eb = Em sin(ωt – 120°)

ec = Em sin(ωt – 240°)

처럼 나타낼 수 있다.

이것이 우리가 사용하는 3상 교류전압의 기본적인 형태다.

전동기와 반대로 생각하면 이해하기 쉽다

동기전동기의 구조와 유도전동기와의 차이를 공부할 때 3상 고정자 권선에 전류를 공급하면 회전자계가 만들어진다는 것을 살펴봤다.

전동기에서는

3상 전류 → 회전자계

의 방향이다.

동기발전기에서는 반대다.

회전자에서 실제 자계가 회전하고 있기 때문에

회전자계 → 3상 유도전압

이 된다.

즉 같은 3상 권선과 회전자계를 에너지 흐름의 반대방향에서 이용하고 있는 것이다.

극수가 많아지면 전압은 어떻게 될까?

유기기전력 식에는 극수가 직접 들어가 있지 않다.

하지만 극수는 주파수와 회전속도의 관계를 결정한다.

동기발전기에서는

f = PN / 120

의 관계가 있다.

여기서

P는 극수,

N은 회전속도 rpm,

f는 주파수다.

같은 회전속도에서 극수가 많아지면 고정자 권선 앞을 더 많은 자극이 지나가므로 전기적인 주기가 더 빠르게 반복되고 주파수가 증가한다.

하지만 실제 전력계통에서는 50Hz나 60Hz와 같이 주파수가 정해져 있기 때문에 극수와 회전속도를 함께 결정한다.

이 관계는 다음 글에서 발전기의 주파수를 중심으로 자세히 살펴볼 수 있다.

회전속도를 올리면 전압도 올라갈까?

기본적인 유기기전력 식

E = 4.44kwfNΦ

만 보면 자속과 권선수가 일정할 때 주파수 f가 증가하면 유기기전력도 증가한다.

주파수는 회전속도와 연결되어 있으므로 독립운전 발전기를 단순하게 생각하면 속도가 증가하면서 전압도 영향을 받을 수 있다.

하지만 실제 발전기를 운전할 때 전압을 조절하기 위해 회전속도를 마음대로 바꾸는 것은 적절하지 않다.

왜냐하면 속도를 바꾸면 출력주파수도 바뀌기 때문이다.

60Hz 발전기는 60Hz를 유지해야 한다.

따라서 실제 동기발전기의 전압조절에서는 회전속도보다 여자전류를 조절하여 자속을 변화시키는 방법이 매우 중요하다.

계자전류를 증가시키면 전압은 어떻게 변할까?

회전속도가 일정하다고 하자.

계자전류 If를 증가시키면 회전자 기자력이 증가한다.

철심이 심하게 포화되지 않은 영역에서는 회전자 자속 Φ도 증가한다.

유기기전력 식에서

E ∝ Φ

이므로 유기기전력도 증가한다.

따라서 무부하 상태에서는 일반적으로 계자전류를 증가시키면 단자전압도 증가한다.

이를 간단히 표현하면

If 증가 → Φ 증가 → E 증가

의 흐름이다.

그런데 계자전류와 전압은 끝없이 비례할까?

그렇지 않다.

발전기의 자기회로에는 철심이 사용된다.

철심은 높은 투자율을 가지고 있어 자속을 쉽게 형성할 수 있지만 자속밀도를 무한히 증가시킬 수는 없다.

처음에는 계자전류를 조금 증가시켜도 자속이 비교적 크게 증가한다.

하지만 자속밀도가 높아지면서 철심이 자기포화 영역에 접근하면 상황이 달라진다.

계자전류를 더 증가시켜도 자속은 이전만큼 크게 증가하지 않는다.

따라서 유기전압의 증가폭도 점점 작아진다.

이 때문에 발전기의 계자전류와 무부하전압 관계는 완전한 직선이 아니다.

잔류자기가 있으면 어떤 일이 생길까?

철심을 사용했던 회전자에는 계자전류를 제거한 뒤에도 아주 작은 자기가 남아 있을 수 있다.

이를 잔류자기라고 한다.

따라서 일부 발전기에서는 계자전류가 매우 작은 상태에서도 작은 유도전압이 나타날 수 있다.

하지만 정상적인 정격전압을 만들기 위해서는 필요한 크기의 계자자속이 형성되어야 한다.

잔류전압과 정상적인 발전전압을 같은 것으로 생각하면 안 된다.

유기기전력 E와 단자전압 V는 항상 같을까?

이 부분은 매우 중요하다.

발전기 내부에서 만들어지는 유기기전력을 E라고 하고 실제 발전기 단자에서 측정하는 전압을 V라고 하면 두 값은 항상 같은 것은 아니다.

무부하에서는 고정자 전류가 거의 없기 때문에 내부 전압강하가 작다.

그래서 단순하게

V ≈ E

라고 볼 수 있다.

하지만 부하를 연결하면 고정자 권선에 전류가 흐른다.

그러면 고정자 권선의 저항과 동기리액턴스에 의한 내부 전압강하가 발생하고 전기자반작용도 나타난다.

따라서 부하가 걸린 상태에서는 단자전압이 내부유기기전력과 달라진다.

간단한 발전기 등가관계는 한 상 기준으로

E = V + Ia(Ra + jXs)

와 같은 형태로 나타낼 수 있다.

여기서

Ia는 전기자전류,

Ra는 전기자 저항,

Xs는 동기리액턴스다.

부하의 역률에 따라서도 단자전압이 달라질 수 있다

같은 전류가 흐르더라도 부하가 저항성인지, 유도성인지, 용량성인지에 따라 발전기 내부 전압관계가 달라진다.

지상역률 부하에서는 일반적으로 전압강하가 크게 나타나는 경향이 있다.

진상역률 부하에서는 반대로 단자전압이 상승하는 특성이 나타날 수도 있다.

따라서 발전기에서

“부하전류가 증가하면 전압은 무조건 일정하게 떨어진다”

라고 단순하게 말할 수는 없다.

전류의 크기뿐 아니라 전류의 위상, 즉 역률까지 봐야 한다.

이 현상은 이후 발전기의 전압변동률을 다룰 때 자세히 연결된다.

전기자반작용은 무엇일까?

발전기에 부하를 연결하면 고정자 전기자 권선에 전류가 흐른다.

전류가 흐르는 권선은 자기장을 만든다.

따라서 발전기 내부에는

회전자 계자전류가 만드는 주자속과

고정자 전기자전류가 만드는 자속

이 동시에 존재하게 된다.

고정자 전류가 만드는 자계가 원래의 계자자속에 영향을 주는 현상을 전기자반작용이라고 한다.

부하의 역률에 따라 전기자반작용의 효과도 달라질 수 있다.

그래서 실제 발전기의 전압을 이해할 때는 단순히 계자자속만 보면 부족하다.

상전압과 선간전압은 구분해야 한다

유기기전력 식

E = 4.44kwfNΦ

에서 E는 일반적으로 한 상 권선에 유도되는 상전압을 기준으로 다룬다.

하지만 발전기 명판이나 계통에서 표시하는 전압은 선간전압인 경우가 많다.

Y결선 발전기라면

VL = √3Vph

의 관계가 있다.

여기서

VL은 선간전압,

Vph는 상전압이다.

예를 들어 상전압이 약 6.35kV인 Y결선 발전기라면 선간전압은 약 11kV가 될 수 있다.

따라서 발전기 전압 계산에서 상전압과 선간전압을 혼동하면 √3배의 오차가 발생할 수 있다.

Δ결선에서는 어떻게 될까?

Δ결선에서는

VL = Vph

가 된다.

대형 동기발전기에서는 절연과 계통구성 등의 이유로 Y결선을 사용하는 경우가 흔하지만 모든 발전기를 하나의 결선으로 단정할 수는 없다.

따라서 실제 설비에서는 반드시 발전기의 결선방식과 명판, 도면을 확인해야 한다.

전압파형은 왜 완벽한 정현파가 아닐 수 있을까?

이론에서는 회전자 자속분포가 완전한 정현파라고 가정한다.

하지만 실제 발전기에서는

회전자 형상,

공극의 분포,

고정자 슬롯,

권선배치,

철심의 포화,

전기자반작용

등의 영향을 받는다.

따라서 실제 유도전압에는 기본파뿐 아니라 어느 정도 고조파가 포함될 수 있다.

발전기 설계에서는 자극형상과 권선분포 등을 조정하여 이런 고조파를 가능한 한 줄인다.

전력품질 측면에서도 출력전압의 파형은 중요한 요소다.

공극은 전압 발생에도 영향을 준다

회전자에서 만들어진 자속이 고정자에 도달하려면 반드시 고정자와 회전자 사이의 공극을 통과해야 한다.

공기는 철심보다 투자율이 매우 낮기 때문에 자기회로에서 공극은 큰 자기저항을 갖는다.

공극이 지나치게 커지면 같은 계자전류로 만들 수 있는 자속이 감소할 수 있다.

반대로 공극을 지나치게 작게 하면 회전자의 편심이나 진동, 열팽창 때 접촉위험이 커진다.

그래서 발전기의 공극은 전자기적인 성능뿐 아니라 기계적인 안전성을 함께 고려해 설계한다.

회전자 편심이 전압에도 영향을 줄 수 있을까?

회전자가 정확히 중심에서 회전하지 않으면 공극의 크기가 위치에 따라 달라질 수 있다.

한쪽 공극은 좁고 반대쪽은 넓어지면 자기저항도 위치에 따라 달라진다.

그 결과 공극자속밀도가 불균일해질 수 있고 유도전압과 진동특성에도 영향을 줄 수 있다.

심한 경우 불평형 자기흡인력이 증가하면서 기계적인 진동문제로 이어질 수도 있다.

발전기 전압은 전기적인 계자계통만으로 결정되는 것이 아니라 기계적인 회전자 상태와도 연결될 수 있다는 뜻이다.

철손과 동손도 전압 운전에 영향을 준다

발전기가 실제로 운전될 때는 철손과 동손이 발생한다.

철손은 주로 변화하는 자속에 의해 철심에서 발생한다.

고정자 동손은 전기자전류에 의해

I²R

형태로 나타난다.

계자권선에서도 계자전류에 의한 동손이 발생한다.

이 손실들은 직접적으로 유기기전력 식의 일부는 아니지만 발전기의 온도와 효율, 허용전류와 여자조건에 영향을 준다.

권선온도가 올라가면 저항이 증가하기 때문에 내부 전압강하 역시 달라질 수 있다.

따라서 실제 운전에서는 전압만 정상이라고 해서 발전기 상태가 모두 정상이라고 판단하면 안 된다.

전압이 낮을 때 무엇부터 확인해야 할까?

발전기에서 단자전압이 비정상적으로 낮다면 한 가지 원인만 생각해서는 안 된다.

우선 확인할 수 있는 항목에는

회전속도,

계자전류,

계자전압,

AVR 상태,

부하전류,

부하역률,

고정자 권선상태,

전압검출회로

등이 있다.

독립운전 발전기에서 회전속도가 정상보다 낮으면 주파수뿐 아니라 유기전압에도 영향을 줄 수 있다.

계자전류가 부족하면 회전자 자속이 부족해져 전압이 낮아질 수 있다.

부하전류가 지나치게 크거나 역률이 낮아 내부 전압강하가 커졌을 가능성도 있다.

전압이 높다고 무조건 계자전류만 줄이면 될까?

전압이 높으면 계자전류 과다를 먼저 생각할 수 있다.

하지만 실제 발전기에서는 AVR의 동작상태와 부하상태, 계측오차 등을 같이 확인해야 한다.

특히 계통에 병렬로 연결된 동기발전기는 단독운전 발전기와 다르게 움직인다.

큰 전력계통에 연결된 발전기의 단자전압과 주파수는 계통의 영향을 강하게 받는다.

이때 여자조절은 단순히 발전기 자신의 전압만 올리고 내리는 의미를 넘어 무효전력과 역률에도 영향을 준다.

따라서 운전방식에 따라 계자전류의 의미도 달라진다.

AVR은 어떤 역할을 할까?

AVR은 Automatic Voltage Regulator, 즉 자동전압조정기다.

발전기 단자전압을 검출하고 기준전압과 비교한 뒤 여자계통을 조절하여 발전기의 전압을 제어한다.

단독운전을 단순하게 생각하면

단자전압 감소

→ AVR이 여자 증가

→ 계자전류 증가

→ 자속 증가

→ 유기기전력 증가

의 방향으로 동작할 수 있다.

반대로 단자전압이 높아지면 여자를 감소시키는 방향으로 조절한다.

실제 AVR에는 안정도와 제한기능, 보호기능 등이 추가되기 때문에 실제 제어는 더 복잡하다.

계자전류가 너무 크면 문제가 없을까?

전압이 필요하다고 계자전류를 계속 증가시킬 수는 없다.

계자권선에도 저항이 있기 때문에

Pfield = If²Rf

의 동손이 발생한다.

계자전류가 증가하면 회전자 권선의 발열도 증가한다.

철심포화 때문에 어느 시점부터는 계자전류를 더 증가시켜도 전압증가 효과가 작아질 수 있다.

따라서 발전기에는 허용 가능한 계자전류와 회전자 온도한계가 존재한다.

발전기 전압을 이해할 때 가장 중요한 세 단계

동기발전기의 전압 발생과정을 크게 세 단계로 나누면 이해하기 쉽다.

첫 번째는 자속을 만드는 단계다.

계자전류가 회전자에 N극과 S극을 만든다.

두 번째는 자속을 움직이는 단계다.

원동기가 회전자를 돌려 회전자계를 만든다.

세 번째는 전압을 유도하는 단계다.

회전하는 자계가 고정자 3상 권선과 쇄교하면서 유도기전력을 발생시킨다.

즉

계자전류 → 자속 → 회전 → 자속쇄교 변화 → 유도기전력

의 흐름이다.

이 다섯 단계를 이해하면 발전기의 전압 발생원리를 대부분 설명할 수 있다.

자주 헷갈리는 부분

첫째, 회전자에 계자전류만 흐른다고 고정자에 지속적인 교류전압이 발생하는 것은 아니다.

회전자 자계와 고정자 권선 사이에 상대적인 변화가 필요하다.

둘째, 발전기의 유도전압은 단순히 자석의 세기만으로 결정되지 않는다.

자속, 주파수, 권선수와 권선계수 등이 함께 영향을 준다.

셋째, 계자전류와 발전기 전압은 모든 운전영역에서 완전히 비례하지 않는다.

철심의 자기포화가 있기 때문이다.

넷째, 내부 유기기전력 E와 실제 단자전압 V는 부하가 있을 때 서로 다를 수 있다.

다섯째, 부하전류가 같아도 역률이 달라지면 단자전압 특성이 달라질 수 있다.

여섯째, 유기기전력 공식의 E는 상전압을 기준으로 해석하는 경우가 많으므로 선간전압과 구분해야 한다.

일곱째, 회전속도를 올리는 것은 전압뿐 아니라 주파수도 변화시키기 때문에 일반적인 전압조절 방법으로 마음대로 사용할 수 없다.

여덟째, 3상 전압의 120도 위상차는 고정자 3상 권선의 공간적인 배치와 회전자계의 회전에서 만들어진다.

아홉째, 발전기 전압이 낮다고 무조건 발전기 권선이 고장난 것은 아니다.

회전속도와 여자계통, AVR, 부하상태까지 함께 확인해야 한다.

열째, 발전기 전압은 전기적인 현상이지만 회전자 편심이나 공극 같은 기계적인 상태와도 연결될 수 있다.

마무리

동기발전기의 전압은 회전자에 자계가 존재한다는 이유만으로 발생하는 것이 아니다.

먼저 계자전류가 회전자에 N극과 S극을 만든다.

원동기가 회전자를 돌리면 이 자계가 함께 회전한다.

회전하는 자계가 고정자의 3상 전기자 권선과 쇄교하면서 각 권선의 자속쇄교가 시간에 따라 변한다.

그리고 패러데이의 전자기유도 법칙에 따라 유도기전력이 발생한다.

이 과정을 한 흐름으로 정리하면

계자전류 If

→ 회전자 자속 Φ

→ 회전자계

→ 고정자 권선의 자속쇄교 변화

→ 3상 교류 유도전압

이다.

유기기전력의 크기는 대표적으로

E = 4.44kwfNΦ

로 설명할 수 있다.

따라서 자속과 주파수, 권선수와 권선배치는 발전기 전압을 결정하는 중요한 요소다.

하지만 실제 단자전압은 여기서 끝나지 않는다.

부하가 연결되면 전기자전류와 내부 임피던스, 전기자반작용과 역률의 영향을 받기 때문에 내부유기기전력과 단자전압 사이에 차이가 생긴다.

결국 동기발전기의 전압을 제대로 이해하려면

자속을 어떻게 만들고, 그 자속이 얼마나 빠르게 움직이며, 권선과 어떻게 쇄교하는가

를 함께 봐야 한다.

다음 글에서는 여기서 속도 부분을 따로 떼어내어, 발전기의 주파수가 회전속도와 극수에 의해 왜 결정되는지 살펴본다.