개념 한 쪽
전기기능장 변압기의 임피던스와 등가회로 — 자화전류·철손과 최대효율
변압기의 등가회로에서는 자속을 만드는 자화전류와 철손을 일으키는 전류를 나누어 본다. 철손은 부하 전류와 관계없이 일정하고, 동손은 부하의 제곱에 비례한다. 두 손실이 같아질 때 효율이 최대가 되며, 전압변동률은 내부 임피던스의 크기에 좌우된다.
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뜻
부하와 관계없이 자속만 발생시키는 전류는 자화전류이다. 무부하 전류는 철손을 일으키는 전류와 자화전류로 이루어지므로, 무부하 전류의 제곱에서 철손전류의 제곱을 뺀 값의 제곱근이 자화전류가 된다. 1차 전압 2200V, 무부하 전류 0.088A, 철손 110W이면 철손전류가 110 ÷ 2200으로 정해지고 자화전류는 약 72mA가 된다.
철손은 철심의 자속 밀도와 주파수에 의해 결정되므로 부하 전류가 늘어도 일정하다. 다만 주파수만 낮아지면 철심의 와전류 손실과 히스테리시스 손실이 늘어 철손이 증가한다.
전압변동률을 작게 하려면 내부의 저항과 리액턴스를 작게 해야 한다. 임피던스 전압이 크면 내부 임피던스가 커져 부하 변동 시 전압강하가 커지므로 전압 변동도 커진다. 자기누설 변압기는 2차 권선의 누설리액턴스가 커서 부하가 늘면 전압강하가 크고 전압변동률이 커지는 것이 가장 큰 특징이다.
변압기의 최대 효율은 철손과 동손이 같을 때 나온다. 정격전압에서 철손 150W, 정격전류에서 동손 200W인 변압기라면 부하율은 철손을 동손으로 나눈 값의 제곱근으로 구한다. 정격 10kVA, 철손 85W, 3/4부하에서 효율이 최대인 변압기의 역률 1에서 최대 효율은 약 97.8%이다.
정격 30kVA, 1차 6600V, 권수비 30인 변압기의 2차 전압은 1차 전압을 권수비로 나눈 220V이고, 2차 정격전류는 정격 용량을 2차 전압으로 나누어 구한다. 단락전류가 정격전류의 25배라면 임피던스 강하는 100을 25로 나눈 4%가 된다.
예제
선지 판단은 자화전류를 부하와 무관하게 자속만 만드는 전류로 읽는지, 철손이 부하 전류와 무관하게 일정하다고 고르는지, 주파수가 낮아지면 철손이 증가한다고 판단하는지, 전압변동률을 작게 하려면 저항과 리액턴스를 줄인다고 고르는지, 임피던스 강하를 100 ÷ 단락전류 배수로 계산하는지에서 갈린다.
자주 묻는 물음
- 자화전류는 어떻게 구하나요?
- 무부하 전류에서 철손전류를 벡터로 뺀 값입니다. 무부하 전류의 제곱에서 철손전류의 제곱을 빼고 제곱근을 취하며, 1차 2200V, 무부하 전류 0.088A, 철손 110W이면 자화전류는 약 72mA입니다.
- 변압기의 철손은 부하가 늘면 어떻게 되나요?
- 부하 전류와 관계없이 일정합니다. 철손은 철심의 자속 밀도와 주파수에 의해 결정되기 때문입니다. 다만 주파수가 낮아지면 와전류 손실과 히스테리시스 손실이 늘어 철손이 증가합니다.
- 변압기의 효율이 최대가 되는 조건은 무엇인가요?
- 철손과 동손이 같아질 때입니다. 정격전압에서의 철손과 정격전류에서의 동손을 알면 그 비의 제곱근으로 최대 효율이 되는 부하율을 구합니다.
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