전기공사산업기사 효율 — 손실비와 최대효율 부하율

변압기의 손실은 철손과 동손으로 나뉜다. 철손 Pi는 철심의 자화 손실로 부하와 거의 무관한 일정손이고, 동손 Pc는 코일 저항 손실로 부하전류의 제곱에 비례하는 가변손이다. 정격출력의 1/m 부하를 걸면 전류도 1/m가 되어 동손은 (1/m)²배로 줄어들므로, 그때 전손실은 Pi+(1/m)²Pc가 된다.

효율이 최대가 되는 조건은 부하에서의 동손이 철손과 같아지는 것이다. 정격 동손을 철손으로 나눈 값을 손실비라 하며, 정격 동손 2,000W와 철손 1,000W이면 손실비는 2가 된다. 최대효율 전류는 정격전류를 손실비의 제곱근으로 나눈 값이므로, 손실비가 커지면 최대효율이 나타나는 부하전류는 작아진다.

최대효율 부하율은 철손을 전부하 동손으로 나눈 값의 제곱근으로 구한다. 철손이 전부하 동손보다 크면 부하율이 2보다 커져 과부하에서 효율이 최대가 되고, 철손과 전부하 동손이 같으면 전부하에서 효율이 최대가 된다. 철손이 전부하 동손보다 작으면 전부하보다 가벼운 부분부하에서 효율이 최대가 된다.

전일 효율은 하루 출력 전력량을 하루 총 입력 전력량으로 나눈 값이다. 철손은 전압을 가한 순간부터 24시간 내내 발생하지만 동손은 부하전류가 흐를 때만 발생한다. 사용시간이 짧으면 동손이 발생하는 시간이 줄어 전체 손실에서 철손 비중이 커지므로, 전일 효율을 좋게 하려면 철손을 작게 설계하여 Pi<Pc로 하는 것이 유리하다. Pi=Pc는 어느 한 순간의 최대효율 조건이지 전일 효율 조건이 아니다.

철손에는 히스테리시스손과 와류손이 있다. 히스테리시스손은 Wh=ηfBm^nV로 나타내며, 자속밀도 최대값이 1Wb/m² 이하이면 n=1.6이고 1Wb/m²를 넘으면 n=2가 된다. 인가전압이 일정하면 자속밀도가 주파수에 반비례하므로 와류손은 주파수에 무관하게 일정해진다. 정현파 전압을 걸어도 여자 전류가 정현파가 되지 않는 원인은 철심의 자기 포화와 히스테리시스이다.