1. 변압기의 원리, 감극성 가극성

변압기를 사용하게 된 이유?
발전기와 부하의 거리가 먼 경우 변압기를 사용할 필요가 있다.
발전소에서 만들어낸 전기를 도심 곳곳 멀리까지 보내게 되면 전력에 손실이 발생하게 된다.
전류가 도선을 타고 흐를 때 열과 같은 손실이 발생하여 발전기에서 만든 전기를 효율적으로 사용할 수 없다.

그래서 발전기에서 만들어진 전류는 전압을 상승시킨 후 사용처까지 이동하게 된다.
P(loss) ∝ 1/V^2 , 전력손실은 전압의 제곱에 반비례한다.
발전기 측에서 승압된 전류는 부하 측까지 도선을 타고 이동한 후 부하측에서 다시 감압하여 사용하게된다.
이 때 승압과 감압에 사용되는 것이 변압기다.



실제 변압기
그림으로 표현할 때는 쉽게 설명하기위해 1차측 2차측이 나눠져있어 보이지만 실제 변압기는
1개의 축에서 안쪽이 저압, 중간에 절연, 바깥쪽이 고압 형태로 되어 있다.




변압기 원리

무부하 운전상태의 변압기

1. V1을 13200V라고 가정해보자.

2. 철심은 자성체이며 발생한 전류에 의해 포화되지 않게 설계되어있다.
자성체가 포화되지 않으므로 자화포화곡선에서 기울기인 L은 큰 값을 가진다.
X=wL 이므로 X= 수천옴 이라고 생각할 수 있다. X를 3000Ω.

3. X=3000Ω 이면 여자전류(자화전류+철손전류) Io= 약 4A 이다. (일반적으로 여자전류 값은 정격전류의
3~5%로 설계한다.), 키르히호프 전압법칙에 의해 V1은 E1과 같다.

4. 철심에 여자전류 Io가 흐르면서 주자속φ 이 만들어진다. (이 때 Io와 φ은 동상이다.)

5. 철심에 주자속φ이 생성되고 이 이 주자속φ이 2차측 코일을 지나면서 2차측에 기전력 E2를 생성한다.
(2차측 스위차가 Open 이므로 전류는 흐르지 않는 상태이다.)


E1=N1 * dφ/dt , E2 =N2 * dφ/dt
(N1 : 1차측 코일 턴수 , N2 = 2차측 코일 턴수)



상 정리

Io(여자전류)가 V1보다 위상이 90°느리다. (코일 = 인덕터는 전류가 전압보다 90° 위상이 늦다. 지상이다)
Io가 생길 때 자속φ가 함께 생긴다. Io, φ는 동상이다.
E1=N1 * dφ/dt , E2 =N2 * dφ/dt 에 의해 E1과 E2는 Io,φ에 비해 90° 위상이 늦다.
E1과 E2는 상이 같다.(코일을 같은 방향으로 감았다)



E1과 E2의 상이 다를 수 있다. (감극성, 가극성)

감극성, 가극성

<감극성> <가극성>

감극성
-> 1,2차측 코일 감는 방향이 같다.

가극성
-> 1,2차측 코일 감는 방향이 반대이다.


변압기에서 일반적으로 사용하는 건 '감극성'이다. 이유는?
감극성은 코일 감는 방향이 같이 때문에 1,2차측 E1,E2 전압이 동상이고
가극성은 코일 감는 방향이 다르기 때문에 1,2차측 E1,E2 전압의 상이 다른다.
1,2차측의 혼촉이 발생했을 때 안정성이 다르다.

감극성, 가극성

감극성 가극성
1000V - 500V = 500V 1000V + 500V = 1500V


상대적으로 감극성이 더 안전함을 확인할 수 있다.