6. 변압기의 무부하시험(개방시험)과 단락시험

6. 변압기의 무부하시험(개방시험)과 단락시험

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1. 변압기의 무부하시험(개방시험)과 단락시험은 왜 할까?
2. 변압기의 무부하시험(개방시험)
3. 변압기의 단락시험

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1. 변압기의 무부하시험(개방시험)과 단락시험은 왜 할까?
변압기를 만든 후 전류, 전압, 철손, 동손, 임피던스가 내가 설계한 대로 잘 나오는지 오차가 적게 나오는지 측정하기 위한 목적으로 진행한다. 변압기 문제 발생 시에도 변압기 내부 값들을 측정하여 원인을 파악할 수 있다.

변압기 등가회로

앞에서 봤던것처럼 변압기를 등가회로로 표현하면 위의 회로와 같다. 위의 상태에서 변압기의 무부하시험은 2차측을 개방하는 시험이고, 단락시험은 2차측을 단락시키는 시험이라고 보면 된다.

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2. 변압기의 무부하시험(개방시험)
- 변압기의 2차측을 개방하는 시험이다. 2차측을 개방하게 되면 직렬부로는 전류가 흐르지 않기 때문에 병렬부 회로의 값들을 측정할 수 있다. 무부하 시험을 통해
1) 정격전압(Vn)이 제대로 들어오나 측정가능하다. 2) 여자전류(Io) 값 측정가능하다. 3) 철손(Pi)값을 측정할 수 있다. 4) 자화전류(Im) 값을 구할 수 있다. 5) 철손저항(ri) 값을 구할 수 있다. 6) 자화리액턴스(Xm)를 구할 수 있다.

변압기 2차측 개방

2차측이 개방되면 개방된 쪽으로는 전류가 흐르지 못하고 위와 같은 전류의 흐름을 띄게 된다.

변압기 무부하시험(개방시험)

전류가 흐르는 쪽의 회로만 떼어내서 보면 위의 회로와 같다. 결국 2차측을 개방하게 되면 병렬부로만 전류가 흐르는 것을 볼 수 있다. 무부하시험을 위해 2차측을 개방했다면 시험전압원(Vn)을 1차측에 걸어주면 된다. 그 후 아래와 같은 순서로 값들을 측정하면 된다.

1. 위의 회로에 표시된 V(전압), A(전류), W(철손)을 측정해준다. 여기에서 V는 걸어준 Vn(정격전압), A는 여자전류(Io), W는 철손(Pi)을 확인할 수 있다.

2. Ii(철손전류)를 구한다.
li값은 옴의 법칙을 통해 구해준다. Ii = 철손(Pi) / 전압(Vn)

3. Im(자화전류)를 구한다.
Io = Ii + Im -> Im = √((Io)² -(Ii)²)

4. ri(철손저항)을 구한다.
ri값은 옴의 법칙을 통해 구해준다. ri = 전압(Vn) / 철손전류(Ii)

5. Xm(자화리액턴스)를 구한다.
Xm값은 옴의 법칙을 통해 구해준다. Xm = 전압(Vn) / 자화전류(Im)

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3. 변압기의 단락시험
- 변압기의 2차측을 단락시키는 시험이다. 2차측을 단락시키게 되면 병렬부는 직렬부에 비해 저항이 아주 크므로 직렬부로 전류가 흘러서 직렬부만 의미를 가진다고 볼 수 있다. 단락시험을 통해
1) 단락전압(Vs) 측정 가능하다. 2) 정격전류(Is) 측정 가능하다. 3) 동손(Pc) 측정 가능하다. 4) 내부임피던스(Zs)를 구할 수 있다. 5) 권선저항(req)을 구할 수 있다. 6)누설자속(Xeq)을 구할 수 있다.

변압기 2차측 단락

2차측이 단락되면 저항이 큰 병렬부로는 전류가 거의 흐르지 않고 직렬부로 전류가 흐르게 된다.

변압기 단락시험

전류가 흐르는 쪽의 회로만 떼어내서 보면 위의 회로와 같다. 결국 2차측을 단락시기게 되면 직렬부로만 전류가 흐르는 것을 볼 수 있다. 단락시험을 위해 2차측을 개방했다면 시험전압원(Vs)을 1차측에 걸어주면 된다. 이 때 주의할 점은 무부하시험 때 처럼 정격전압(Vn)을 걸게 되면 아주 큰 단락전류가 흘러 변압기가 망가진다. 정격전류(Is)가 될 때 까지 전압을 조금씩 올려줘서 단락전압(Vs)를 만들어주면 된다. 그 후 아래와 같은 순서로 값들을 측정하면 된다.

1. 위의 회로에서 표시된 V(전압), A(전류), W(동손)을 측정해준다. 여기에서 V는 걸어준 Vs(단락전압), A는 정격전류(In), W는 동손(Pc)을 확인할 수 있다.

2. Zs(내부임피던스)를 구한다.
옴의 법칙에 의해 Zs = Zeq = 단락전압(Vs) / 정격전류(In)

3. req(권선저항)을 구한다.
동손(Pc), 정격전류(In)는 이미 측정된 값이다. Pc = In² ·req -> req = Pc / In²

4. Xeq(누설자속)을 구한다.
Zeq = √(req² + Xeq²) -> Xeq = √(Zeq² - req²)