개념 한 쪽
변압기 문제는 1차와 2차 두 회로를 하나로 겹쳐 보는 등가회로 위에서 풀린다. 여자전류의 크기, 임피던스를 한쪽으로 모으는 환산, 철손과 동손의 분리가 계산의 뼈대가 된다. 병렬 운전과 단권 결선도 같은 등가회로 원리 위에서 판정한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「변압기 등가회로에 관련된사항」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 단권변압기 승압 부하용량 산정 | 1 | 직렬 권선 정격전류로 승압 시 부하용량 구하기 |
| 부하율에 따른 전손실 산정 | 1 | 철손과 동손의 부하 의존성을 구분해 총손실 표기 |
변압기 2차가 무부하이면 2차 권선에는 전류가 흐르지 않는다. 이때 1차에 흐르는 작은 전류가 여자전류이며, 철심에 자속을 만드는 자화전류다. 이 전류는 1차 코일에 교류 전압을 걸었을 때 흐르는 전류와 같은 구조이므로 크기는 1차 단자전압과 1차 권선의 자기인덕턴스가 결정한다. 2차 권선의 자기인덕턴스나 2차 유기기전력은 이 크기를 정하지 못한다.
2차 권선은 내부저항이 있는 전지와 같다. 2차 유도기전력이 생기면 그중 일부는 권선 자체의 임피던스에서 떨어지고 나머지가 단자전압이 된다. 그래서 2차 측은 기전력이 공급원인 소스 회로가 되어 유도기전력이 단자전압과 내부 임피던스 강하의 합으로 표현된다. 1차 측은 전원이 먼저 오는 순서가 되므로 부호를 정할 때 소스의 위치를 기준으로 삼는다.
1차와 2차의 저항·리액턴스를 한쪽으로 모을 때는 변압비를 기준으로 환산한다. 임피던스는 변압비의 제곱으로 나누고, 전압과 전류는 변압비의 일차로 환산한다. 이 제곱과 일차의 구분이 단락 시험 전압 계산의 핵심이다.
변압기 손실은 두 종류로 나뉜다. 철손은 철심의 자화 손실로 부하와 거의 무관한 일정손이다. 동손은 코일 저항 손실로 부하전류의 제곱에 비례하는 가변손이다. 부하를 정격의 1/m로 줄이면 전류도 1/m이 되고 동손은 그 제곱 배로 줄어든다. 손실에 대한 언급이 없으면 이상변압기로 보아 1차 입력과 2차 출력이 같다.
병렬 운전에서 전류가 용량에 비례해 나뉘고 순환전류가 흐르지 않으려면 권수비와 극성, 위상이 같아야 하고 퍼센트 저항강하와 퍼센트 리액턴스강하가 서로 같아야 한다. 옴값으로 환산한 임피던스가 용량에 반비례하는 것과 퍼센트 강하가 반비례하는 것을 바꿔 놓으면 함정이 된다. 단권변압기는 1차와 2차 권선이 한 덩어리로 겹쳐져 같은 크기로도 큰 부하를 걸 수 있고, 출력 전류는 직렬로 더해진 전압차 권선의 정격전류가 결정한다.
단락 시험 전압 계산에서는 변압비를 먼저 구하고 1차 값을 2차로 환산할 때 제곱으로 나눈다. 저항과 리액턴스를 각각 환산해 합성 임피던스를 구한 뒤 2차 전류를 곱하고 다시 변압비를 곱해 1차 전압을 얻는다. 환산을 빠뜨리거나 저항만 더하면 다른 보기로 빗나간다.
부하 전류 계산은 2차 전압을 권수비로 나눈 뒤 유효전력을 전압과 역률의 곱으로 나누는 순서를 따른다. 역률 나누기를 빼먹으면 함정 보기가 나오고, 1차 전류는 다시 권수비로 나눈 값이 된다. 손실을 무시한다는 조건이 붙으면 1차 입력은 2차 출력과 같은 값이 되어 전압 조건은 계산에 쓰이지 않는다.
단권변압기 승압 문제에서는 직렬 권선의 정격전류를 구해 높은 전압에 곱한다. 변압기 고유용량을 그대로 부하용량으로 답하면 함정에 빠진다. 병렬 운전 문제는 퍼센트 강하가 같아야 한다는 조건과 옴값이 용량에 반비례한다는 사실을 구분해 판정한다.
용량 1[KVA], 3000/200[V]의 단상 변압기를 단권변압기로 결선해서 3000/3200[V]의 승압기로 사용할 때 그 부하용량[KVA]는?
정답 ① · 단상 변압기를 단권변압기로 사용할 때의 용량 변화 비율은 (두 전압의 차이) / (높은 전압 쪽)으로 계산합니다. 여기서는 3000[V] 측을 공통으로 하고 3200[V]로 승압하므로, 전압 차이는 200[V]이고 출력 전압은 3200[V]입니다.
단권 변압기 부하용량 = 고유용량 × 높은전압/전압차 = 1 × 3200/200 = 16kVA.
변압기의 철손이 Pi, 전부하동손이 Pc 일때 정격출력의 1/m 의 부하를 걸었을때 전손실은 어떻게 되는가?
정답 ③ · 문제는 변압기에 정격의 1/m 부하를 걸었을 때 전체 손실을 묻고 있다. 변압기 손실은 일정한 철손 Pi와 부하의 제곱에 비례하는 동손 Pc로 나뉘므로 1/m 부하에서는 철손은 그대로 Pi, 동손은 (1/m)²Pc가 되어 총손실은 Pi+(1/m)²Pc가 된다.
변압기 총손실=일정한 철손 Pi+부하 제곱에 비례하는 동손, 1/m 부하면 Pi+(1/m)²Pc.
부하시 전압 조정 변압기의 설명이 잘못된 것은?
정답 ② · 문항은 부하시 전압조정 변압기에 대한 설명 중 잘못된 것을 묻고 있으며, 문제에 오류 안내가 있지만 여기서는 2번을 정답으로 처리한다. 부하시 전압조정 변압기는 부하전류를 끊지 않고 탭 전환 등으로 전압을 유지하는 장치로, 계통 간에 유효전력·무효전력을 자유롭게 이동시키는 장치는 아니다.
부하시 전압조정 변압기는 부하전류를 끊지 않고 탭 전환으로 전압·부하분담을 유지하는 기기지, 계통 간 유효·무효전력 자유이동 장치가 아니다.
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