장하의 분배

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저낙차 소수력 발전용 30kW급 gearless 모듈형 다극 영구자석 발전기 개발
과제명
(계정코드)
과제책임자
김대경
작성자
제목
김대경, 정학균
작성일자
장하분배법을 이용한 동기발전기 설계
내
장하분배법을 이용한 동기발전기의 설계
모델 사양
출력
3[KVA]
극수
8
전압
220[V]
주파수
60[Hz]
역률
0.8(늦음)
동기속도
900[rpm]
용
2012-07-28
장하의 분배
• 용량[KVA] = 3
• 전기자 권선은 성형결선(Y결선)으로 한다
• 정격전류 I  3  220  7 .87 [ A ]
• 매극의 용량 S  83  0 .375 [ KVA ]
• 비용량 f S10  600.37510  0 .625
3  10
2
3
2
장하의 분배
표 1 최신의 설계기초 정수
정수
기종
회
전
기
장하분배정수

동기기
1.5
유도기
1.3
직류기
1.5
변압기
I.
장하분배정수
1
  1 .5
 /( 1   )  1 . 5 / 2 . 5  0 . 6
II. 기준자기장하
x

0
(
S
f  10
2
2
 0  0 . 28  10 [Wb ]
)
 /( 1   )
 ( 0 . 625 )
0 .6
 0 . 754
III. 자기장하
  x  0  0 . 754  0 . 28  10
2
3
 2 . 112  10 [Wb ]
기준 자기 장하
0
( 0 . 25 ~ 0 . 35 )  10
2
직렬도선수
•
1상의 전압
I.
1상의 직렬도선수
N
ph

3  127 [V ]
220 /
E
2 .1    f

E  2 .1 N
ph
127
2 . 1  2 . 1112  10
II. 매극·매상의 슬롯수 q=0.5선정
1상의 슬롯수
전 슬롯수
ph
Pq
N
ph

3
 60
 477 . 24
(2층권 전압파형의 개선을 위해 분수 슬롯 사용)
Pq  8  0 . 5  4
3 Pq  12
III. 1슬롯내 수용하여야 할 도선수
N
f
477 . 24
 119 . 31  120
4
 4  120  480
(2층권을 채용하고 있으므로 도선수는 짝수)
자기장하의 재계산
•

E 
KdK
2
KdK
p
N
ph
K
2
I.
PN
K
2

E 
p
ph

n
[V ], 대입 n 
120 f
60
P
 f [V ]
( K  는 0.96~1.02 사이에 분포하므로 K   1놓고 권선계수K  를 사용)
II.
E  2 . 22 K  N
ph
 f [V ]
식에서 권선계수를 구한다. ( K 
K d (분포계수 )  분포계수
q  a 
c
K
d
sin
2m



q  sin
1  sin
2 mq
III. K p (단절계수
 
120
180
IV.
2

 1
3
p
  
 sin 
  0 . 866
 2 
127
2 . 22  0 . 866  480  60
3 N ph I
P

3  480  7 . 87
8
3
4
5
6
7
8
분포계수 kd
0.9666
0.960
0.958
0.957
0.956
0.956
0.956
코일피치
17/18
14/15
11/12
8/9
13/15
5/6
12/15
7/9
6/9
단절계수kp
0.996
0.995
0.991
0.985
0.978
0.966
0.951
0.94
0.866
가 되며 이를 이용해 자기장하를 다시 계산 한다.
 2 . 29
매극의 암페어 도선수 AC
AC 
2
 표 3 단절계수
전기각도 120˚ 이다.
,K
매극·매상의
슬롯수q
2  31
K   k d k p  1  0 . 866  0 . 866
 
V.

)

23
)
 표 2 분포계수
, q  ab  c  0  2  1  1

p
의 값에 의해 결정된다.
K d는 q
b
sin
 KdK
 1 . 42  10
3
비장하와 주요치수
•
고정자 내경
•
극절
 
AC
 
9 . 04  
8 
 9 . 04 [ cm ]

 표 4 동기기의 비장하
 3 . 55
8

1 . 42  10
ac
•
D 
 3 . 55 [ cm ]
1 . 42  10
소형
전압
저압
저압
고압
고압
전기비장하
150~300
300~550
250~550
450~800
자기비장하
0.6~0.8
0.7~0.9
0.7~0.9
0.7~0.9
비장하
ac
전기 비장하
ac 
기계의 대소
3
중형
대형
3
 400
3 . 55
I.
매극 공극부분의 면적
①
1극의 유효면적
②
유효길이
li 
li

li 

 i  bi /   0 . 6 (0.55~0.7)로

 iBg
50
 10 
4
2 . 11  10
선정
3
0 .6  0 .7
 10  50 [ cm ]
4
2
 14 . 08 [ cm ]
3 . 55
bi   i  0 . 6  3 . 55  2 . 13 [ cm ]
l i및 실제길이 l 은 14 . 1[ cm ], 자기비장하 B g  0 . 7
그림 1 축 방향으로의 공극의 자속분포
그림 2 전기자 주변에 따른 공극의 자속밀도
슬롯 치수와 철심 외경
I.
2
Δ a  4 ~ 5.5[A/mm ]로 선정되므로
qa 
직경
I
Δa

d1 
7.87
4
4

2
 1.97[mm ]이 되므로 둥근선을 사용하면
4
 qa 

 1.97  1.58[mm]
직경 1.5[mm]의 에나멜동선을
2
qa  1.77[mm ], Δ a 
II.
 표 5 슬롯의 폭
Δ a  4로 선정한다
I
qa
사용하는
것으로
하면
Bc 
 10
2X0.25=0.5
대지절연
2X1.5=3
유
1
폭
7.5
2
De
D e  D  2  h t 1  h c 1   9 . 04  2 ( 2 . 069  0 . 7 )  14 . 58 [ cm ]
3
중간절연
 4.45[A/mm ] 이 된다 .
고정자 철심의 외경
2 . 11  10
1.5X2=3
여
슬롯의 단면적 슬롯의 폭* 슬롯의 깊이 267 .225 [ mm 2 ]
III.
도선(PEW)
 표 6 슬롯의 깊이
슬롯의단면적
N
ph
Pq


4
 1 .5
2
 229 .73
슬롯단면적/슬롯폭
30.63
대 지 절 연
3
매입 온도계 소자
1
여유
1
깊이
35.63
4
2  0 . 9  14 . 1  0 . 7
 1 . 19 [T ]
 표 7 대지 절연의 두께
단자전압
3[kV]급
6[kV]급
11[kV]급
대지절연두께[mm]
1.3~2.0
2.2~3.0
3.5~4.3
공극의 길이
0 . 517 K d k  k s
4
AV
4
AC
0 . 517 K d k  k s
•
 
•
원통형 발전기 c=0.3~0.45, 돌극형 발전기 c=0.35~0.6정도 이다
I.
B g  0 . 7 [T ], AC  1 . 53  10 이므로 c  0 . 38 로 하면
 10

0 .8 K c K s
 c  10

Bg
여기서 , c 
Bg
이다
0 .8 K c K s
3
  0 . 38  10
II. 
4

1 . 53  10
 0 . 083 [ cm ] 로
III.  p (1  
f
) 로 
f
 0 . 083 [ cm ]
0 .7
하고, 극호의 양단부분에서는 공극을 넒게 하여 
 0 . 2 , B p  0 . 32 [T ]로선정
 p (1  0 . 2 )  2 . 11  10
3
IV.
점적률 0.95로 하면
①
단면적
②
철심의폭
③
따라서
b pl p 
bp 
3
 2 . 532  10
p
0 . 95  B p
b pl p
l1
b p  1 . 06 [ cm ]

 10
20 . 19
2 . 532  10
3
 10
4
b p  1 . 06  19  20 . 14 [ cm
2
4

3
0 . 95  1 . 32
 20 . 19 [ cm
 1 . 06 [ cm ]
19
로 결정
]
2
]
 0 . 166 [ cm ]한다.
영구자석형 동기발전기 도면