Open Lecture Machine Windings Prof. Jang-Young Choi.

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1 Open Lecture Machine Windings Prof. Jang-Young Choi

2 6.1 Basic Winding Arrangement in Rotating Machines

3 Classification of the windings
기기 권선 종류 - 계자권선 : - 전기자 권선 : dc 전기자 권선 (정류자 권선), ac 전기자 권선 슬롯의 권선 층? - 단층권 : 슬롯에 코일 사이드가 하나만 있는 경우, (코일 사이드란?) - 이층권 : 슬롯에 코일 사이드가 두 개인 경우, - 대부분의 전기자 권선 (dc/ac)은 이층권을 선호하는데, - 그 이유는 누설 리액턴스가 작다. 기전력 파형이 단층권보다 좋다. - 리액턴스란? 전절권 (full-pitch coil) 및 단절권 (short-pitch coil)  단상과 3상 설명?

4 Classification of the windings
슬롯 모양 - open slot :주로 대형 동기기에 사용 - semi-closed slot : 유도기 - closed slot : 유도기

5 Classification of the windings
권선법 - 중권 (Lap) - 파권 (Wave)

6 Classification of the windings
전기자 권선 용어 - conductor, - coil, - coil side, -

7 DC Field Windings 계자회로에는 크게 두 가지 형태가 사용 그림과 같이 돌극형에 집중권을 감아서
교류기의 비 돌극형에 회전자를 이용하는 경우.

8 DC Field Windings 60Hz 시스템에서 회전속도가 1,800 혹은 3,600rpm인 터보발전기의 고속 회전자의 경우, 큰 원심력으로 인해 돌극구조로 구성하기 힘들다. 따라서, 이 경우 비돌극 구조로 회전자의 슬롯에 계자권선을 위치 시킨다. 그림에서 코일 수는? 도체수는 ? 그림 (a) : 집중권 그림 (b) : 분포권, 모두 계자권선임. 그림 (c),(d) 이층권.

9 DC Armature Windings 정류자/브러시: mmf생성원리 브러시 결선도 보고, 등가회로 그리는 법.
회전원리.

10 DC Armature Windings 그림은 정류자/브러시/전기자 권선 결선도. (Lap,중권)
극수=브러시수=4, 슬롯수=정류자수= 20개, 이층권, 도체수 40개, 코일수 20개, 코일 사이드 수 40개 그림에서 위에서 언급한 숫자 구하는 방법.

11 DC Armature Windings 브러시의 위치는 계자극 중간 여기서 yc=+1, yf=-4, yb=+5, 각각의 의미?
이층권이기 때문에 한 슬롯에 2개의 코일 사이드 혹은 도체수 2개. 브러시의 극성은 두 개가 한 쌍으로 같다.

12 DC Armature Windings Progressive lap코일 특징 Retrogressive lap 코일 특징
둘의 공통점. - yb: 한 코일에서 다른 코일로 넘어갈 때 코일 피치. - yf: 한 코일의 슬롯피치. - yc=yb+yf

13 DC Armature Windings 파권의 yc= yb+yf = (K+-1)/pole-pairs. K는 정류자 편수
위 그림을 고려하면, - 4극, 이층권, 19슬롯 파권, 코일 수와 정류자 편수 모두 슬롯수와 같은 19, yc=9 or 10. - yb=5, yf=4, yc=9. - 파권 보다 중권이 슬롯당 코일수를 늘리기 편하기 때문에 대전류용으로 사용한다. - 파권은 대신 고전압용. - 브러시 두개만으로 회로형성됨. 그림 비교****.

14 AC Armature Windings 그림은 교류 전기자권선도를 보여줌.
슬롯수가 12개, 상 수 3개, 극 수 2, 극당상당 슬롯수는 2. 슬롯 2개가 하나의 상을 차지. 페이즈 벨트, a,c’,b,a’,c’b’ 각상이 기계적으로 60도 분포. 그러나 3상은 120도 차이. 슬롯피치 각은 30도. 360/12 전절권. 권선을 어떻게 감나?

15 AC Armature Windings 감기는 방향과 전류방향이 같으면 감기는 방향에 암페어 법칙적용하여 MMF발생됨
통상 a상 기준으로 +(N극), a’상 기준으로 –(S극). 직렬-병렬 권선 따라, 그리며 이해하기.

16 AC Armature Windings 그림은 교류 전기자권선도를 보여줌.
슬롯수가 ( )개, 상 수 ( ) 개, 극 수 ( ), 극당상당 슬롯수는 ( ). 슬롯 ( ) 개가 하나의 상을 차지. 페이즈 벨트, ( ) 각상이 기계적으로 ( ) 분포. 그러나 3상은 120도 차이. 슬롯피치 각은 ( ) 도. 전절권.

17 AC Armature Windings 전절권과 단절권의 차이. - 동량, 파형…

18 m: 극당 상당 코일이 차지하는 슬롯수 기본파만 고려 α: 슬롯 피치 각(전기) n차 고조파 고려 Winding Factors
분포권계수 - 역기전력계산 시 코일이 분포된 정도에 따라, 그 값이 약간씩 달라진다. 이를 고려하기 위해 분포권 계수를 고려. m: 극당 상당 코일이 차지하는 슬롯수 α: 슬롯 피치 각(전기) 기본파만 고려 n차 고조파 고려

19 Example 극당 9개의 슬롯수를 갖는 기기에 대해…. 다음의 경우에 기본파에 대한 분포권계수를 구하여라.
모든 슬롯에 한 상 권선이 시행된 경우 슬롯의 2/3만 한 상 권선이 시행된 경우 3상이 60도간격으로 분포된 경우 먼저 슬롯피치각 α는 전기각이므로 180/9=20으로 위 3가지 경우에 모두 해당되고, 각각의 경우에 m은 9, 6, 3이다.

20 기본파만 고려 n차 고조파 고려 Winding Factors 단절권계수
- 단잘권이라면 즉 코일 피치가 극 피치보다 작으면 역기전력 값은 감소 하나, 특별한 고조파 성분을 없앨 수 있다. 기본파만 고려 n차 고조파 고려

21 윗 수식을 사용하여 역기전력의 특별한 고조파 성분을 없앨 수 있다.
Winding Factors n차 고조파 고려 윗 수식을 사용하여 역기전력의 특별한 고조파 성분을 없앨 수 있다.

22 윗 수식을 사용하여 역기전력의 특별한 고조파 성분을 없앨 수 있다.
Back-emf Harmonics 윗 수식을 사용하여 역기전력의 특별한 고조파 성분을 없앨 수 있다.

23 풀이) 한극은 전기각 180도 이므로 슬롯당 전기각은 10도. 그런데 코일 간격이 슬롯 15개이므로, ρ=150도이다.
Example 전기자의 극당 슬롯수 18개, 2층권, 3상 싱글턴 코일.. 각 코일의 간격이 15슬롯 인 경우, 1, 5, 7고조파에 대한 단절권 계수는? 풀이) 한극은 전기각 180도 이므로 슬롯당 전기각은 10도. 그런데 코일 간격이 슬롯 15개이므로, ρ=150도이다.

24 EMF Produced by an Armature Winding
왜 기본파만 고려할까??

25 Y결선, 3상, 60Hz, 10극 교류기가 다음과 같은 공간 자속밀도를 갖는다.
Example Y결선, 3상, 60Hz, 10극 교류기가 다음과 같은 공간 자속밀도를 갖는다. 또한, 이 기기는 180슬롯, 이층권, 중권, 60전기각 그룹으로 3턴 코일을 갖는다. 각 코일 피치는 15슬롯이다. 전기자 직경이 1.5m이고, 축 방향길이가 0.5m일 때 다음을 구하여라. a) 도체당 순시 역기전력. 그런데, 도체당 역기전력이므로, kw1은 고려할 필요 없으며, 윗식은 상 역기전력이므로, 도체 수 2N으로 나누어야 도체당 역기전력이 된다. 왜냐하면 N은 상당 직렬턴수로, 1턴 당 도체수가 2(별도의 언급이 없으면)이기 때문이다. 즉,

26 10극, 180슬롯이므로 극당 18슬롯이고 슬롯당 전기각 10도이다. 코일이란? 빨간 색.. 극당 상당 코일 수는 = 6개
Example 전기각 10도 A A A A A A C’ C’ C’ C’ C’ C’ B B B B B B A A A C’ C’ C’ C’ C’ C’ B B B B B B A’ A’ A’ 10극, 180슬롯이므로 극당 18슬롯이고 슬롯당 전기각 10도이다. 코일이란? 빨간 색.. 극당 상당 코일 수는 = 6개 코일에서 몇 번 감았나? 코일당 턴 수 한 턴에 몇 개의 도체로 감았나? 턴당 도체수. 만약 한턴에 2개의 도체로 감으면? 상당 도체수는? 극당 상당 도체수는? 코일당 도체수는?

27 한편, 극당 기본파 자속은 따라서, 도체당 기본파 역기전력의 최대값은
Example 한편, 극당 기본파 자속은 따라서, 도체당 기본파 역기전력의 최대값은 자속밀도 3고조파와 5고조파에 의한 역기전력 최대값 역시 동일한 과정을 거쳐 구할 수 있으나, 수식에서 달라지는 것은 극당 자속 계산시 자속밀도의 크기이고, 1고조파의 자속밀도가 1이므로,

28 Example b) 코일당 순시 역기전력 코일당 순시 역기전력의 개념에는 코일이 감기는 부분까지 고려해야 하기 때문에 단절권계수와 도체수가 고려되어야 한다. 먼저 3턴 즉 도체수는 6개이고, 따라서 코일당 역기전력은

29 Example c) 상당 실효 역기전력 상당도체수는 코일당 도체수에 극수와 코일수를 곱하는 것이므로 b)의 결과에 60을 곱하면 된다. 그런데, 여기서는 분포권 계수를 고려해야 하므로, 먼저 앞의 그림에서 각 상이 차지하는 슬롯수는 6이고, 슬롯 전기각은 10도이므로 따라서 상당 역기전력은