변압기

변압기의 구조 및 원리

변압기는 전자기 유도 작용으로 교류 전압의 크기를 바꾸는 정지기기이다. 철심은 자기회로를 이루며, 와전류손을 줄이기 위해 얇은 규소강판을 성층하고 히스테리시스손을 줄이기 위해 규소를 첨가한 강판을 쓴다. 자기저항은 공극이 없을수록 작아지며, 자속 누설을 줄이려면 자기저항이 작아야 한다. 1차 권선에 교류를 가하면 철심에 교번 자속이 생기고, 이 자속이 2차 권선과 쇄교하여 상호유도작용으로 2차 유도기전력이 발생한다. 직류를 가하면 자속이 변하지 않아 2차에 전압이 유기되지 않는다. 권선법에서 고압 권선은 권수가 많고 도체 단면적이 작으며, 저압 권선은 철심에 가깝게 배치한다. 내철형은 철심 다리에 권선을 감아 절연 작업이 쉽고 고전압·대용량에 쓰이며, 외철형은 철심이 권선을 둘러싸는 구조이다.

변압기의 등가회로

변압기 등가회로는 한쪽 측으로 환산한 회로를 이용해 변압기 전체를 하나의 회로로 나타낸 것이다. 2차 임피던스를 1차로 환산하면 권수비 a의 제곱을 곱하고, 1차 임피던스를 2차로 환산하면 a의 제곱으로 나눈다. 식으로 쓰면 Z1 = a²Z2이고 Z2 = Z1/a²이다. 임피던스는 전압을 전류로 나눈 값이므로, 2차에서 1차로 옮기면 전압은 a배, 전류는 1/a배로 바뀌어 a²배가 된다. 권수 800회와 200회인 변압기에서 1차 임피던스 16[Ω]은 2차 측 1[Ω]으로 환산된다. 간이 등가회로는 1차 권선 임피던스와 환산된 2차 임피던스를 직렬로 두고, 여자 어드미턴스를 1차 단자 측에 병렬로 연결한 근사 회로이다. 벡터도는 1차 전압, 전류, 2차 환산값의 위상관계를 그림으로 나타낸 것이다.