변압기 손실

정의

변압기 손실은 무부하손(철손)과 부하손(동손)으로 나뉜다.

무부하손은 부하와 무관하게 일정하고, 부하손은 부하 전류의 제곱에 비례한다.

이 두 손실의 성질 차이가 이 개념의 핵심이다.

구성

변압기 손실은 발생 위치에 따라 두 가지로 나뉜다.

철심에서 생기는 무부하손은 히스테리시스손과 와전류손의 합이다.

권선 저항에서 생기는 부하손은 동손이며, I²R로 구한다.

부하가 없어도 전압이 걸려 있으면 무부하손은 계속 생긴다.

관계식

전체 손실은 무부하손에 부하율 x의 제곱을 곱한 부하손을 더한 값이다.

부하율 x에서 부하손은 x² P_c로 표현된다.

부하 전류가 2배가 되면 동손은 4배가 된다.

정답은 4배다. 부하손은 전류의 제곱에 비례하기 때문이다.

계산 예제

이제 계산 예제로 효율과 최대 효율 부하율을 구해 보자.

정격 1,000kVA 변압기의 무부하손은 2.0kW, 전부하 동손은 8.0kW다.

최대 효율은 철손과 동손이 같을 때이므로 x는 0.5가 된다.

부하율 50%에서 출력은 500kW이고, 동손은 2.0kW다.

이때 효율은 약 99.2%이다.

시험 비교

두 손실은 발생 위치, 시험 방법, 부하 의존성이 모두 다르다.

무부하 시험은 2차를 개방하고 1차에 정격전압을 가해 철손을 측정한다.

단락 시험은 2차를 단락하고 저전압을 가해 동손을 측정한다.

시험 이름과 측정 대상을 짝지어 쓰는 것이 채점 포인트다.

정리

정리하면 무부하손은 철손이며, 전압에 의해 정해지는 일정 손실이다.

부하손은 동손이며, 부하 전류의 제곱에 비례한다.

최대 효율은 철손과 동손이 같을 때다.

저감은 철심 재료와 권선 단면적으로 나눠 생각한다.