개념 한 쪽
전기공사기사 변압기 동작원리 — 자화전류와 최대자속, 여자전류의 고조파
변압기 동작원리 세트는 부하와 관계없이 자속만 만드는 전류, 무부하 전류에서 자화전류를 구하는 계산, 전압·권수·주파수로 최대자속을 구하는 계산, 같은 전압에서 주파수가 바뀔 때 자속밀도의 비율, 여자전류에 포함되는 고조파, 권수비를 이용한 입력전력 계산을 묻는다.
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뜻
변압기에는 부하와 관계없이 자속만을 발생시키는 전류가 흐른다. 이를 자화전류라고 한다. 자화전류는 부하에 에너지를 주기보다 철심의 자속을 유지하는 역할을 한다.
무부하 전류는 철손을 일으키는 실성분인 철손 전류와 자속을 만드는 무효성분인 자화전류로 나뉜다. 1차 전압 2200V, 무부하 전류 0.088A, 철손 110W이면 철손 전류는 110을 2200으로 나눈 0.05A다. 자화전류는 무부하 전류의 제곱에서 철손 전류의 제곱을 빼고 제곱근을 취해 구한다. 0.088의 제곱에서 0.05의 제곱을 빼면 0.005244이고, 제곱근은 약 0.072A다.
유도기전력은 4.44에 주파수, 권선수, 최대자속을 곱한 값이다. 1차 전압 6600V, 주파수 60Hz, 1차 권선수 1000회이면 최대자속은 6600을 (4.44×60×1000)으로 나눈 약 0.025Wb다. 권선수 1200회이면 약 0.02Wb다.
같은 전압을 60Hz 변압기에 50Hz로 가하면 자속밀도는 60Hz일 때의 1.2배가 된다. 자속은 전압을 주파수로 나눈 값에 비례하므로 주파수가 낮아지면 자속이 커진다.
전력용 변압기에 정현파 전압을 인가할 때 여자전류에는 기본파 외에 고조파가 포함된다. 철심의 포화 때문에 홀수차 고조파가 생기며, 그중 3차 고조파가 두드러진다.
권수비로 2차 전압을 구한 뒤 부하전류를 곱하면 입력전력을 구할 수 있다. 1차 전압 3300V, 권수비 30이면 2차 전압은 110V이고, 20A를 공급할 때 입력은 2.2kW다. 1차 전압 6000V, 권수비 20이면 2차 전압이 300V이고, 10A를 공급할 때 입력은 3kW다.
예제
출제 패턴은 세 가지다. ① 자화전류 — 부하와 무관하게 자속만 만드는 전류다. 무부하 전류에서는 철손 전류를 빼고 피타고라스 식으로 구한다. ② 최대자속 — 6600V, 60Hz, 1200회이면 약 0.02Wb다. ③ 주파수와 자속 — 같은 전압에서 50Hz는 60Hz보다 자속밀도가 1.2배 크다.
자주 묻는 물음
- 자화전류란 무엇인가요?
- 부하와 관계없이 변압기의 자속만을 발생시키는 전류입니다. 부하에 에너지를 주기보다 철심의 자속을 유지하는 역할을 합니다.
- 무부하 전류 0.088A, 철손 110W, 1차 전압 2200V일 때 자화전류는?
- 약 0.072A입니다. 철손 전류가 110÷2200으로 0.05A이고, √(0.088²−0.05²)로 자화전류를 구합니다.
- 여자전류에는 주로 어떤 고조파가 포함되나요?
- 철심 포화 때문에 홀수차 고조파가 생기며, 그중 3차 고조파가 주로 포함됩니다.
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