변압기

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찌릿찌릿뽕 2023. 7. 30. 00:04

변압기의 원리

철심으로 만들어진 회로에 자속을 흐르게 하려면 코일을 철심에 한 번이상 감아주고 전류를 흘리면 기자력이 발생되고,

이 기자력에 의해 자속이 흐른다.

이때 자속을 흘리기 위한 기자력의 크기는 코일의 권선수와 코일에 흐르는 전류의 곱으로 결정된다.

기자력이 구해지면 직렬 자기회로의 평균길이가 1m인 어떤 자기재료를 자화시키는 자계의 세기는

암페어 주회적분정리에 따라 구해진다.

자화되지 않은 철심의 자기회로에 코일을 감고 교류를 흘리면, 자화력이 일정지점까지 전류가 증가하고,

철심의 자속밀도는 자기 포화점에 이른다. 다시 반대로 전류가 흐르면 철심의 자속밀도는 자기포화점에 도달한다.

이와같이 자속밀도와 자화력의 상호관계를 평면에 그려나가면 자기재료에

따라 서로 다른 루프 폐곡선이 나타나게 된다. 이와같은 현상의 곡선을 히스테리시스 곡선이라 한다.

변압기는 한쪽의 권선에 공급된 교류전력을 전자유도작용에 의하여 다른쪽의 권선에

동일한 주파수의 교류전력으로 변성하는 정지기이다. 전원이 공급되는 전원쪽을 1차,

부하가 접속되는 쪽을 2차라고 한다.

변압의 원리

변압기는 철심에 권선수가 각각N1,N2인 2개의 코일을 가진 구조로 되어 있다. 변압기의 2차권선에

부하를 연결하지 않고 1차권선에 교류전원의 순시전압을 벡터로 나타낸 교류 전원전압 V1을

가해주면 1차 권선에는 V1보다 거의 위상이 뒤진 여자전류가 흐른다. 이 여자전류는 자속을

발생하는 자화전류와 철손을 공급하는 철손전류로 나뉜다. 이때 1차권선이 코일회로이므로

인덕턴스의 작용에 의해 자화전류가 전원전압보다 위상이 뒤지게 된다.

자화전류가 발생시킨 자속은 철심을 통해서 1차권선과 2차권선을 쇄교하게 되므로 1차,

2차권선에는 벡터로 나타낸 1차 유도기전력, 2차유도기전력이 동상으로 발생한다. 그리고

유도기전력은 공급전압보다 위상이 뒤진다.

전류비

2차쪽 단자에 부하를 접속하고, 1차쪽에 전원을 인가하면 여자전류에 의하여 발생된 자속은

1차권선과 2차권선을 쇄교하므로 1차,2차 권선에 유도되는 벡터유도 기전력의 비는

유도 기전력의 실효값의 비와 같다.

변압기는 1개의 공통된 자기회로인 철심과 2개 이상의 전기회로인 권선이 서로 쇄교되어

변압기의 구조를 형성하고 있다. 변압기 철심은 전자유도작용에 필요한 자속이

흐를 수 있는 자기회로를 구성하여 준다.

변압기의 구조는 철심과 권선을 배치하는 방식에 따라 내철형과 외철형의 두 가지 형태로

구분한다. 내철형은 단일 자기회로에 권선이 철심을 둘러싸는 형태로,

양쪽의 철심다리에 각각 1차권선과 2차권선을 감는 방식으로 외철형에 비해 코일의

양이 적게 들어 구리손이 작다는 장점이 있으나, 누설자속이 많다는 단점이 있어 많이 사용하지 않는다.

외철형은 철심이 권선을 둘러싸는 형태로 2개의 자기회로를 가지며, 철심의

안쪽에 1차권선과 2차권선을 함께 감은 형태이다. 철심의 평균길이가 줄어들어

철심의 양이 적게 들고, 자속의 대부분이 1차, 2차권선을 쇄교하므로 전압변동률이 작다.

따라서 대부분 변압기의 구조는 외철형을 사용한다.

최근에는 권선 주위에 방향성 규소강대를 나선형으로 감아서 만든 권철심형도 많이 쓰인다.