변압기 원리 및 정격사항

변압기란

변압기는 코일 두 개를 같은 철심에 감아 전기를 자기로 넘겨 주는 장치다.

정식으로는 두 개 이상의 전기 회로와 공통 자기 회로로 이루어져, 전자유도작용으로 교류의 전압과 전류를 바꾸는 장치다.

답안 첫 줄에는 이 정의 문장을 그대로 쓰고, 핵심 키워드를 함께 떠올리면 된다.

구성과 원리

변압기는 코일 두 개를 같은 철심에 감아 전기를 자기로 넘겨 주는 장치다.

1차 권선에 교류를 가하면 철심 안에 교번 자속이 생기고, 2차 권선에 기전력이 유도된다.

유도 기전력은 권선 감은 수에 비례하며, 그 비가 권수비가 된다.

이 관계를 식으로 쓰면 다음과 같다.

권수비와 이상변압기

권수비 a는 1차 권수와 2차 권수의 비다.

이상변압기에서는 전압비가 권수비와 같고, 전류비는 그 역수가 된다.

전력이 보존되므로 V1 I1 = V2 I2가 성립한다.

그래서 전압을 올리면 전류는 줄고, 전압을 내리면 전류는 커진다.

등가회로

등가회로는 2차 측을 1차 측으로 환산해 한 줄로 그린다.

2차 임피던스는 a²배, 2차 전압은 a배, 2차 전류는 1/a배로 환산한다.

1차 권선 저항과 누설 리액턴스는 직렬로 붙인다.

여자 분기 Rc와 Xm은 철손 저항과 자화 리액턴스이며 병렬로 붙인다.

정격사항

이제 정격사항을 정리한다. 정격은 제조사가 지정 조건에서 보장하는 사용 한도다.

정격용량은 역률과 무관하게 피상전력 kVA로 나타낸다.

정격전류는 정격용량을 정격전압으로 나누어 구한다.

온도 상승, 효율, 손실, 소음도 보증값으로 명시되며 이를 넘지 않아야 한다.

헷갈리는 점과 확인 문제

시험에서 자주 틀리는 세 가지를 짚는다.

첫째, 정격을 유효전력으로 쓰는 것은 흔한 실수다. 용량은 역률과 무관하게 피상전력으로 정해진다.

둘째, 등가회로에서 2차 임피던스는 a²배로 환산하고 여자 분기는 1차 단자 쪽에 붙인다.

셋째, 무부하 전류는 자기포화와 히스테리시스 때문에 왜형파가 된다.

직접 풀어 보자. 정격 2차 전압 400V, 정격 2차 전류 250A인 단상 변압기다.

확인 문제 정답

정답은 100kVA다. 단상이므로 400V와 250A를 곱하면 100kVA다.

3상이라면 √3을 곱해야 하므로 답이 달라진다는 점에 유의한다.