변압기 주파수 변경 사용

정의

변압기 주파수 변경 사용은 정격주파수와 다른 전원에서 변압기를 쓰는 경우를 다룬다.

정격주파수는 설계 기준으로 정한 전원 주파수다. 주파수가 바뀌면 같은 전압에서도 자속밀도가 달라진다.

같은 기기를 다른 주파수 계통에 그대로 쓰면 자속과 손실이 달라진다. 이전과 수입 때 반드시 검토한다.

자속 증가 원리

변압기 1차 유기기전력은 주파수, 권수, 최대 자속의 곱에 비례한다.

전압이 일정하면 자속 최대값은 주파수에 반비례한다. 주파수가 낮아지면 자속이 커진다.

자속이 커지면 자속밀도가 증가하여 철심이 포화에 가까워진다.

포화에 가까워지면 여자전류와 철손이 늘고, 파형이 왜곡되며 온도가 오른다.

60Hz에서 50Hz로 계산

예를 들어 정격 60Hz 변압기를 50Hz 계통에 같은 전압으로 연결한다고 하자.

전압이 같으므로 자속 비는 주파수 비의 역수다. 60을 50으로 나누면 1.2가 된다.

자속은 약 20% 증가하고, 철심 자속밀도도 같은 비율로 커진다. 포화 여유가 줄어든다.

이 증가분이 여자전류, 철손, 온도 상승의 출발점이다.

전압 보상

자속을 정격 수준으로 되돌리려면 인가 전압을 주파수 비율만큼 낮춘다.

V50은 V60에 50/60을 곱한 값이다. 원래 전압의 약 83% 수준이다.

이는 이론적 보상 기준이다. 실제 권선 설계와 포화 특성은 제작사 자료로 확인한다.

헷갈리는 점과 직접 풀기

주파수 변경 문제에서 자주 빠뜨리는 것은 자속과 철손이다. 회전수만 연결하면 감점된다.

전압이 같아도 주파수가 낮으면 자속이 커진다. 그래서 포화와 여자전류를 함께 서술한다.

주파수만 바꾸면 자속이 어긋나고, 전압을 주파수에 맞춰 함께 바꾸면 자속이 유지된다.

직접 풀어 보자. 답을 고르고 자속 변화의 방향을 확인한다.

정리

정답은 약 20% 증가다. 전압이 같을 때 자속은 주파수에 반비례하기 때문이다.

정리하면 주파수가 낮아질 때 자속밀도, 철손, 여자전류가 늘고 온도가 오른다.

대책은 정격 전압을 주파수 비율로 낮추고, 온도와 여자전류를 시험하는 것이다.

제조사에 확인하고, 이전 전에는 명판의 정격 주파수부터 점검한다.