변압기 주파수 변경 사용

개념 정의

변압기 주파수 변경 사용은 설계 주파수와 다른 계통에 쓸 때 생기는 문제다.

정격 60Hz 변압기를 50Hz에 쓰면 전압이 같아도 V/f가 커진다.

V/f가 커지면 자속밀도가 증가하므로 전압을 주파수 비로 낮춘다.

원리: V/f와 자속

E = 4.44 f N Φm 에서 전압이 거의 일정하면 자속은 V/f에 비례한다.

60Hz 정격 전압을 50Hz에 그대로 넣으면 V/f가 1.2배가 된다.

그래서 자속밀도도 약 1.2배로 커지고, 이 값이 철심 포화 여부를 가른다.

주파수 저하의 연쇄

주파수가 낮아지면 같은 전압에서 자속밀도가 커진다.

자속이 커지면 철심이 포화에 가까워지고 여자전류가 늘어난다.

철손과 동손이 열로 바뀌어 온도가 오른다.

운전 방향별 비교

60Hz 설계 변압기를 50Hz 계통에 쓰면 자속밀도는 증가한다.

이 방향에서 철손과 여자전류는 늘고, 누설리액턴스는 줄어든다.

누설리액턴스 X=2πfL는 주파수에 비례하므로 50Hz에서는 작아진다.

반대로 50Hz 설계를 60Hz에 쓰면 모든 변화가 반대로 나타난다.

계산 예제

정격 10kV 변압기를 50Hz 계통에 쓰는 경우를 계산해 보자.

허용 전압은 정격 전압에 사용 주파수와 설계 주파수의 비를 곱해 구한다.

10 × 50/60 ≈ 8.3kV 이므로 정격보다 낮은 8.3kV 이하로 제한한다.

자속밀도 비는 60/50 으로 약 1.2배가 된다.

채점 포인트와 정리

채점 포인트는 네 가지다. 자속밀도, 철손, 전압변동률, 온도상승이다.

주파수를 바꿔 쓸 때는 전압과 주파수를 함께 보고 V/f를 맞춘다.

정격보다 낮은 전압으로 제한하고, 장기 운용은 제조사 승인을 받는다.