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문제 정의
- 본 연구에서는 MTG 시스템의 심장과 같은 역할을 하는 전동발전기의 설계, 해석, 제작 및 평가에 대한 내용을 소개하였다. MTG 전동발전기의 회전속도에 대한 전동모드와 발전모드의 전기적인 손실을 고려한 특성을 해석을 수행하였으며, 초고속에서 발생하는 철손을 줄이기 위해서 고정자 코어로 0.
- DC 전압부터 발전전압, 전동구동 전압이 설정되어야 구동할 수 있는 전류를 산정할 수 있고 이를 바탕으로 코어, 코일, 마그넷 사양이 결정될 수 있다. 본 연구에서는 일반적으로 많이 사용하고 있는 전압을 설정하고 차후 관련기관과 협의 후 수정이 필요하게 되면 전동발전기를 수정 설계하고자 한다. DC 전원의 전압을 42(V), 전동모드의 전압을 70(V), 발전 모드의 전압을 110(V)로 설정하여 설계하였다.
- 본 연구원에서는 MTG 시스템의 심장과 같은 역할을 하는 전동발전기의 설계, 해석, 제작 및 평가에 대한 내용을 소개하고자 한다. MTG 전동발전기의 회전속도에 대한 전동모드와 발전모드의 전기적인 손실을 고려한 특성을 해석을 수행하였다〔6-7〕.
- 이에 따라 새로운 형태의 휴대용 전원 장치 개발에 대한 요구가 대두되었는데 마이크로 가스 터빈을 이용한 발전기가 이러한 요구를 만족시킬 수 있는 적합한 수단의 하나로 알려져 있으며 일본, 벨기에, 스위스, 미국 등에서는 꾸준히 연구가 계속되고 있다〔1-2〕. 본 연구원에서는 출력밀도 500(W)급의 마이크로 가스터빈 발전기 (Micro turbine generator, MTG) 시스템에 들어가는 전동발전기를 개발하고 있다. 사이클 해석 결과가 500(W)의 출력을 발생시키기 위해서는 전동 (motoring) 모드로 자력운전속도(self-susbaining speed)인 20만(rpm)까지 압축기의 속도를 증가시키고 이때 필요한 동력은 280(W)이고 그 이후 계속 속도를 증가시키다가 40만(rpm)에서 정상상태 발전을 해야 하며, 최종출력 500(W)를 확보할 수 있도록 설계되어야 한다〔3-5〕.
가설 설정
- 따라서 Back-to-back 시험에서 전동기 출력부를 400(W)로 하기 위해서 모터의 입력부는 효율 86(%)를 고려하여 465CW)가 되어야 한다. 여기서 효율은 200, 000(rpm)에서 전동모드 정격의 약 10(%)에 해당하는 40(W)의 손실로 가정하였다. 그림 13은 전동모드 출력부 정격속도 특성을 나타내며 단자전압에 대한 전류와 출력을 나타내었다.
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