동기발전기의 구조(회전계자형)

동기기는 회전자 방식에 따라 회전계자형(계자가 돌고 전기자는 고정), 회전전기자형(전기자가 돌고 계자는 고정), 유도자형(계자와 전기자가 모두 고정되고 유도자만 돈다)으로 나뉜다. 원통형은 회전 계자가 매끈한 원통 모양인 것을 말하며 돌극형과 짝을 이루는 이름이어서, 회전자 방식에 의한 분류가 아니다.

유도자형에서는 계자극과 전기자 코일이 모두 고정되어 있고, 자속이 지나는 길을 바꿔 주는 철심인 유도자가 돌아 전기자를 지나는 자속의 양이 오르내리면서 전압이 만들어진다. 따라서 계자극과 전기자가 모두 고정되어 있다는 설명이 옳고, 「전기자만 고정」이나 「계자극만 고정」이라는 설명은 틀리다. 유도자가 돌아가는 부분이므로 회전자가 없다는 설명도 틀리다.

회전계자형은 전기자 권선을 고정자에 두고 계자를 돌리는 방식이다. 전기자 권선은 전압이 높고 결선이 복잡하지만 고정자에 있으면 절연하기 쉽고, 높은 전압과 큰 전류를 슬립링 없이 바로 꺼낼 수 있다. 대용량일수록 전기자 전류가 커져 슬립링과 브러시로 꺼내는 회전전기자형은 불리하다. 대용량 발전기의 전기자 전류는 크므로 「대용량의 경우에도 전류는 작다」는 설명은 틀렸다.

계자회로는 직류의 저압회로이며 소요 전력이 적어 슬립링으로 보내기 쉽고 구조가 간단하며, 계자극을 기계적으로 튼튼하게 만들기 쉽다. 반면 기전력의 파형을 개선하는 일은 어느 쪽을 돌리느냐와 관계가 없고 권선을 감는 방법으로 정해지므로, 파형 개선은 회전계자형을 쓰는 이유가 아니다.

발전기는 무엇으로 돌리느냐에 따라 이름이 나뉜다. 엔진(내연기관)으로 돌리면 엔진 발전기, 증기·가스터빈으로 돌리면 터빈 발전기, 물의 낙차로 수차를 돌리면 수차 발전기이다. 터빈 발전기와 수차 발전기는 대용량 발전소에 쓰고, 초전도 발전기는 계자권선을 극저온으로 냉각한 초전도체로 만든 대용량 지향 발전기이다. 그래서 취급이 간단하고 기동시간이 짧은 엔진 발전기가 섬이나 선박처럼 계통에서 고립된 곳의 소용량 전원에 쓰인다.