개념 한 쪽
변압기는 1차와 2차 권선의 권수비에 따라 전압과 전류를 바꾸는 기기이다. 손실을 무시하는 이상변압기에서는 1차 입력과 2차 출력이 같게 유지된다. 절연유의 성질과 철심의 자속, 전일 효율의 손실 관계도 함께 판단한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「변압기의 구조 등」의 공개 문제 1개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 이상변압기 입력 계산 | 1 | 부하의 전압과 전류로 1차 입력을 구한다 |
가장 자주 묻는 것은 이상변압기 입력 계산입니다.
변압기의 권수비는 1차 기전력과 2차 기전력의 비로 나타난다. 권수비가 20이면 1차 전압은 2차 전압의 20배가 된다. 2차 전압은 1차 전압을 권수비로 나누어 구한다. 2차 전류는 부하 조건에서 따로 주어지므로 권수비만으로 정해지지 않는다.
이상변압기에서는 손실에 대한 언급이 없으면 전력이 보존된다고 본다. 2차 부하가 220V, 10A, 역률 1이면 출력은 220×10×1=2200W가 된다. 따라서 1차 입력도 2.2kW가 된다. 1차 전압 6600V는 전압을 바꾸는 조건일 뿐이며, 1차 전류는 권수비에 따라 줄어들어도 전력은 그대로 유지된다.
변압기 절연유는 절연과 냉각을 담당한다. 절연저항과 절연내력은 커야 하고, 인화점은 높고 응고점은 낮아야 한다. 비열이 커서 열을 잘 흡수해야 하며, 산화하거나 석출물이 생기지 않아야 한다. 절연저항과 절연내력이 적을 것이라는 조건은 절연 목적과 정반대가 된다.
유기기전력은 E=4.44fNΦm으로 나타난다. 주파수와 최대 자속이 일정하면 기전력은 권수 N에 정비례한다. 권수가 2배가 되면 유기기전력도 2배가 된다. 자속을 구할 때는 Φm=E÷(4.44fN)의 꼴로 바꾸어 대입한다.
전일 효율은 하루 동안의 출력 전력량과 입력 전력량으로 판단한다. 철손은 전압을 가한 뒤 계속 발생하고, 동손은 부하전류가 흐를 때 발생한다. 사용시간이 짧을수록 동손이 발생하는 시간은 짧아지고 철손의 비중은 커진다. 따라서 전일 효율을 좋게 하려면 철손을 작게 설계하는 Pi<Pc가 유리하다.
3상 기기의 정격전류는 용량을 √3과 전압의 곱으로 나누어 구한다. 5kVA, 220V의 3상 유도 전압 조정기라면 I=5000÷(√3×220)≈13.12A가 된다. √3을 빠뜨리면 22.7A가 되어 단상 계산과 혼동하게 된다. 3상에서는 √3을 반드시 포함한다.
이상변압기 입력 계산에서는 220V, 10A, 역률 1의 부하를 기준으로 220×10×1=2.2kW를 구한다. 6600V를 곱해 6.5kW로 처리하면 권수비와 전력 보존을 혼동한 것이 된다. 3상 정격전류 계산에서는 5000÷(√3×220)≈13.12A를 구하고, √3을 빠뜨린 22.7A와 구분한다. 전일 효율에서는 사용시간이 짧을수록 철손을 작게 하는 Pi<Pc 조건을 판단한다.
정격 1차 전압이 6600[V], 2차 전압이 220[V], 주파수가 60[Hz]인 단상변압기가 있다. 이 변압기를 이용하여 정격 220[V], 10[A]인 부하에 전력을 공급할 때 변압기의 1차측 입력은 몇 [kW]인가? (단, 부하의 역률은 1로 한다.)
정답 ① · 문제는 변압기를 통해 220V, 10A 부하에 공급할 때 1차측 입력 전력을 묻고 있다. 이상적인(무손실) 변압기에서는 1차 입력 전력이 2차 출력 전력과 같으므로 P1 = V2·I2·cosφ = 220×10×1 = 2200W = 2.2kW가 된다.
이상변압기는 전력 보존: 1차 입력 = 2차 출력 = 220×10×1 = 2.2kW.
변압기의 기름으로서 갖추어야 할 조건이 아닌 것은?
정답 ① · 문제는 변압기 절연유(기름)에 요구되는 조건 중 올바르지 않은 것을 찾는 문제이다. 절연유는 높은 절연저항과 높은 절연내력을 가져야 하므로 '절연저항 및 절연내력이 적을 것'이라는 표현은 잘못이다.
변압기 절연유는 절연내력·절연저항이 커야 하므로 '적을 것'은 요건이 아니다.
변압5기에서 권수가 2배가 되면 유기기전력은 몇 배가 되는가?
정답 ③ · 변압기 권수가 유기기전력에 미치는 영향을 묻는 문제이다. 변압기의 유도기전력은 E = 4.44fNΦm으로 표현되며, 주파수 f와 최대 자속 Φm이 일정하면 기전력은 권수 N에 정비례한다.
변압기의 유도기전력 E = 4.44fNΦm에서 기전력은 권수 N에 정비례하므로 권수가 2배가 되면 유기기전력도 2배가 된다.
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