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변압기(變壓器)
Ⅰ. 변압기의 이론과 구조
1. 이상 변압기
변압기(Transformer : Trans)는 교류 전압이나 전류의 크기를 변성하는 것으로 우수한 에너지 변환장치로써 “코일의 유기 기전력은 그 코일을 쇄교하는 자속의 변화량에 비례한다.”는 전자유도의 법칙에 기인한다.
용도는 주상변압기(Pole Transformer), 라디오내의 소형변압기, 발전용 또는 변전소에 사용하는 전력용 변압기, 배전용 변압기등에 사용한다.
그림 4-1과 같이 성층 철심(보통 0.35[mm]의 T급 규소 강판)에 각각 절연된 2개의 코일을 감고, 한 코일에 교류 전원 전압을 가하면, 다른 쪽 코일에는 권수에 비례하는 기전력이 유기되므로 여기에 부하를 접속해서 소요 전압의 전력을 부하에 공급할 수가 있다.
전원에 접속된 코일을 1차 코일(Primary : P), 부하에 접속하는 코일을 2차 코일 (Second : S)이라고 한다. 여기서 원리를 쉽게 이해하기 위해서, 코일에는 저항이 없고, 또 코일에 흐르는 전류에 의한 자속은 전부 철심을 통하며, 즉 누설 리액턴스가 없으며, 철심의 투자율은 일정하고, 자기 포화가 없고, 더욱이 철심중에는 철손도 생기지 않는…(생략)
2. 여자 전류와 최대 자속
3. 전압비
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그림 4-4변압기 회로
다음에 과 의 크기에 있어서 그림 4-4의 1차 회로에서 키르히호프의 제 2법칙이 성립하므로, , 그러므로
한편, 이므로 이 되어, 역기전력의 크기는 공급 전압의 크기와 같다. 또 의 관계에서
혹은
또 의 관계에서
단, 코일의 자기 유도 계수의 관계를 구할 수 있다.
이때 는 철심내의 자속 를 만들기 위해서 흐르는 전류이기 때문에 여자 전류라 하고, 변압기에서는 자로에 공극(Air gap)이 없으므로 자로의 투자율 가 커서, 여자 전류는 정격 전류의 수[%]이하의 적은 값이 된다.
[Key Point]
1. 여자전류 : , 단,
2. 최대자속 :
3. 전압비
변압기의 2차를 개방하고, 1차에 전압 를 가하면 앞에서 말한바와 같이 여자 전류 가 흘러 들어가서, 교번 자속 를 만들고, 이것이 과 크기가 같고, 방향이 반대인 기전력 즉
단, 의 실효값을 유기한다.
그림 4-5 변압기 회로
그런데 이 는 동시에 2차 코일 S와도 쇄교하기 때문에 2차를 1차 코일에 유기한다. 이 2차 유기 기전력을 라 하고, S코일에서의 기전력의 정방향을 자속에 대해서 바른 나사의 법칙에 맞도록 정하면 (그림 4-5 참조) 과 같이
단, 의 실효값
이 되고, 이것은 과 동위상이다. 여기서, 두 기전력의 비 는
단, 권수비가 된다.
2차 코일의 S의 단자 u, v간의 전압을 라고 하면, 그림에서 무부하에서는 전류가
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