전기기사 전기기기 이론 : 04-02 변압기 변압기의 특성

전기기사 전기기기 이론 : 04-02 변압기의 특성

변압기는 송전 및 배전 효율을 높이기 위해 전압을 변환하는 장치로, 변압기의 특성 이해는 전력 시스템 설계와 유지보수에 중요한 역할을 합니다. 변압기의 등가 회로, 여자전류, 임피던스 전압과 임피던스 와트, 철손 등을 다루며, 전기기사 시험 대비에 도움을 드리겠습니다.

 

---

1. 변압기의 등가 회로

변압기의 등가 회로는 변압기의 전기적 특성을 수학적으로 표현한 모델입니다.

등가 회로는 변압기를 직렬 임피던스와 병렬 임피던스로 분해하여 전기적 특성을 분석하는 데 유용합니다.

주요 요소

• 저항 (R_1) 및 (R_2'): 1차 및 2차 권선의 저항을 나타내며, 전력 손실에 영향을 줍니다.
• 리액턴스 (X_1) 및 (X_2'): 권선 주변에 형성된 자속과의 상호작용에 의해 발생하는 리액턴스로, 전압 강하에 영향을 미칩니다.
• 자기화 인덕턴스 (X_m): 자속 형성을 위한 여자전류에 대응하는 인덕턴스입니다.
• 누설 리액턴스: 변압기 권선의 누설 자속에 의해 발생하며, 전기적 성능에 영향을 미치는 요소입니다.

1차와 2차 권선을 등가 변환하여 하나의 회로로 표현한 등가 회로는 변압기의 효율, 전압 강하 등을 계산하는 데 유용하게 사용됩니다.

 

2. 여자전류

여자전류는 변압기의 1차 권선에 인가된 교류 전압에 의해 흐르며, 주로 자기장을 형성하는 데 필요한 전류입니다.

여자전류의 역할

• 자기장 형성: 철심 내에서 자속을 형성하여 2차 권선에 전압을 유도하게 합니다.
• 무부하 상태에서 주로 발생: 부하와 무관하게 전력 손실이 발생하며, 여자전류는 변압기의 무부하 손실의 주요 원인이 됩니다.

여자전류는 변압기 설계 시 전력 손실 및 효율을 고려하는 중요한 요소입니다.

 

3. 임피던스 전압과 임피던스 와트

임피던스 전압과 임피던스 와트는 변압기의 내부 임피던스와 관련된 특성으로, 변압기의 전압 강하와 전력 손실을 평가하는 데 중요한 역할을 합니다.

임피던스 전압 (Impedance Voltage)

임피던스 전압은 변압기 임피던스에 의해 발생하는 전압 강하로, 변압기 2차 단자 전압을 결정하는 데 큰 영향을 줍니다.

임피던스 전압은 보통 변압기의 정격 전압의 몇 퍼센트로 표시되며, 변압기 단락 시험에서 측정됩니다.

임피던스 와트 (Impedance Watt)

임피던스 와트는 변압기의 내부 임피던스에 의해 발생하는 전력 손실로, 주로 저항 성분에 의한 손실을 나타냅니다.

이 손실은 변압기 단락 시험에서 전력계를 통해 측정되며, 변압기의 효율을 계산할 때 중요한 요소로 작용합니다.

 

4. 철손

철손(Fe Loss)은 변압기 철심에서 발생하는 손실로, 주로 히스테리시스 손실과 와전류 손실로 구성됩니다.

철손의 주요 원인

• 히스테리시스 손실: 교류 전압에 의해 자화된 철심에서 발생하는 에너지 손실로, 자속의 방향이 변할 때마다 발생합니다.
• 와전류 손실: 교류 자기장에 의해 철심 내부에 유도된 전류로 인해 발생하며, 철심의 저항으로 열이 발생하여 손실이 생깁니다.

철손은 주로 무부하 시험에서 측정되며, 변압기 효율에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 철심 재질과 주파수에 따라 철손의 크기가 달라질 수 있습니다.

 

---

5. 결론

변압기는 등가 회로, 여자전류, 임피던스 전압 및 임피던스 와트, 철손 등의 특성을 통해 전기적 성능을 평가하고 손실을 줄이는 것이 중요합니다. 이를 통해 변압기의 효율을 높이고 전력 손실을 최소화할 수 있으며, 전기기사 시험 대비에서도 변압기의 주요 특성을 이해하는 것이 필수적입니다.

 

---

6. Q&A

Q1: 변압기의 등가 회로는 왜 필요한가요?

A1: 변압기의 전기적 특성을 수학적으로 표현하여 효율과 전압 강하를 계산하고 전력 손실을 분석하기 위해 등가 회로가 필요합니다.

 

Q2: 여자전류란 무엇인가요?

A2: 여자전류는 1차 권선에 인가된 전압으로 인해 철심 내에서 자속을 형성하는 전류로, 변압기의 무부하 손실의 원인이 됩니다.

 

Q3: 임피던스 전압과 임피던스 와트의 차이점은 무엇인가요?

A3: 임피던스 전압은 변압기 임피던스에 의한 전압 강하를 나타내며, 임피던스 와트는 변압기 임피던스에 의한 전력 손실을 나타냅니다.

 

---