개념 한 쪽
공조냉동기계산업기사 변압기의 구조와 원리 — 전자유도·권수비·V결선 용량
변압기는 1차 권선의 전류가 만드는 변화하는 자기장을 2차 권선에 기전력으로 옮기는 기계다. 전자유도 원리, 단상 변압기 여러 대와 3상 변압기 한 대의 구성 비교, 권수비 계산, V결선의 용량과 이용률을 본다.
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뜻
변압기는 전자유도작용을 이용한다. 1차 권선에 흐르는 교류 전류가 변화하는 자기장을 만들고, 그 자기장이 2차 권선에 기전력을 유도한다. 정전유도나 발열, 화학작용을 이용하는 기계가 아니다.
단상 변압기 3대를 쓰는 구성과 3상 변압기 1대를 쓰는 구성은 장단점이 갈린다. 3상 변압기 1대는 자재를 절감하고 결선이 단순하지만 용량이 고정되어 확장성이 떨어진다. 단상 변압기 3대는 부하가 늘 때 추가 설치가 자유로워 확장성이 우수하다.
권수비를 알면 2차 전압을 구할 수 있다. 1차전압 3,300V, 권수비 30인 단상변압기라면 2차전압은 3,300÷30=110V이다. 여기에 전등부하 30A를 공급하면 출력은 110×30=3,300W, 즉 3.3kW가 된다. 손실을 무시하는 이상 변압기에서는 입력전력과 출력전력이 같으므로 입력도 3.3kW이다.
V결선은 단상 변압기 2대로 3상 전력을 공급하는 결선이다. 한 대의 용량이 P라면 V결선의 총 용량은 √3P가 된다. 단순히 두 대를 더한 2P로 보면 3상 전력의 위상차를 놓친 것이다.
V결선의 이용률은 √3/2×100%로 약 86.6%이다. 10kVA 단상변압기로 V결선을 구성하면 출력은 10×√3≈17.32kVA가 된다.
단상 변압기 4대로 3상을 공급할 때는 델타-스코트 연결 같은 방식으로 단상 용량의 √3×2배까지 쓸 수 있다. 50kVA 4대라면 173kVA가 된다. 단순 합계인 200kVA와 구분해야 한다.
변압기를 병렬운전하려면 극성, 권수비, %임피던스가 일치해야 한다. 용량이 같은 것은 필수 조건이 아니어서 부하 분담 비율로 조정할 수 있다. 결선 방식에 따라 2차측 위상차가 생기면 순환전류가 흘러 병렬운전이 불가능하다. △-△와 △-Y는 30도 위상차가 있어 함께 운전할 수 없고, △-△와 Y-Y, △-Y와 Y-△는 위상이 맞아 운전할 수 있다.
예제
선지 판단은 변압기의 원리를 전자유도작용으로 짚는지, 단상 3대 구성의 장점을 증설의 용이성으로 보는지, 권수비 30으로 2차전압 110V와 입력 3.3kW를 계산하는지, V결선 용량을 √3P로, 이용률을 86.6%로 잡는지, 50kVA 4대의 3상 공급 용량을 173kVA로 계산하는지, 병렬운전 필수 조건에 용량 동일을 넣지 않는지, △-Y의 30도 위상차를 순환전류 원인으로 보는지에서 갈린다. 전압비와 전력 수지, 결선별 용량 배수를 맞게 연결한 선지가 맞고, V결선 용량을 2P로 본 선지와 변압기의 원리를 정전유도로 본 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 변압기는 어떤 작용을 이용하나요?
- 전자유도작용입니다. 1차 권선의 교류 전류가 만드는 변화하는 자기장이 2차 권선에 기전력을 유도합니다.
- V결선의 용량과 이용률은 어떻게 되나요?
- 단상 변압기 용량이 P일 때 V결선 용량은 √3P이고, 이용률은 √3/2×100%로 약 86.6%입니다.
- 권수비 30인 변압기에 3,300V를 가하면 2차전압은 얼마인가요?
- 110V입니다. 3,300÷30으로 구하며, 30A를 공급할 때 출력과 입력은 모두 3.3kW입니다.
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