단권변압기
▣ 단권변압기
⊙ 1대의 변압기 즉, 한 개의 권선으로 전압을 변성하는 변압기로 1개의 권선으로
변안기 1차 권선과 변압기 2차 권선을 대체하는 변압기를 말한다.
⇒ 단권변압기는 승압용 변압기와 감압용 변압기로 쓸 수가 있으나
주로 승압용 변압기로 사용된다.
※ 일반적인 단상 변압기는 2권선 변압기이다. (3권선 변압기도 있다)
위 그림에서 1차와 2차가 공통으로 사용하는 권선을 분로 권선이라고 하고
2차 (승압 or 강압)만 사용하는 권선을 직렬권선이라 한다.
※ 분로권선은 병렬권선과 같은 말이며 분로권선은 1차측 권선과 2차측 권선이
함께 있는 것과 같으므로 이는 1차측 권선과 2차측 권선이 병렬로 있는 형태와
마찬가지 이므로 병렬 권선 즉 분로권선이라 하며, 직렬권선은 2차측 권선 하나의
역할만 하므로 분로권선과 대응하는 말로 직렬권선이라 부른다.
변압기는 페러데이의 전자유도 법칙을 이용하고 2차측 권선이 없고
1차측 권선 하나만으로 전압을 변성하는 기기이다.
전자유도법칙 E =-N di / t
페러데이 전자유도법칙 E =−N d Φ/d t
⊙ 단권변압기의 등가회로를 보면서 전압의 변성과정을 살펴보자.
단권변압기의 2차측에 부하 연결되어 있지 않을 때 즉, 무부하상태에서는
변압기에 전류가 흐르지 않는다.
따라서 이때에는 1차 전류도 흐르지 않으므로 분로권선에 자속이 발생하지 않는다.
I1 = 0 ⇒ φ = 0
실제로는 철손(무부하손)이 발생할 정도의 약간의 전류가 흐르게 된다.
자속이 발생하지 않는 상태에서 1차측에 전류 I1을 흘려주면
전류 I1은 직렬권선에 흐르는 전류 I2와 분로권선에 흐르는 전류 I로 나누어진다.
분로권선에 전류 I가 흐르게 되면 유기기전력이 발생하게 되는데
e1이라고 한다. 이때 이 유기기전력 e1은 전원전압 즉 1차 전압 V1과 크기가 같고
방향이 서로 반대이다.
1차 전원에 전류가 흐르면 분로권선 뿐만 아니라 직렬권선에도 전류 I2가 흐른다.
전류 I2가 흐르면 직렬권선에도 페러데이의 전자유도 법칙에 따라 유기기전력이
생기는데 이를 e2라고 한다.
이 때 직렬권선에 생기는 유기기전력 e2 = V2 - V1 이 된다.
단권변압기는 단상 변압기와 권수비 산정에서 차이가 있다.
권수비는 직렬권선 권수의 분로권선 비를 말한다.
※ V2 = V1 + e2 이다. 그런데 권수비 식 즉 n1/n2 = e1/e2 에서 e2 = n2/n1 × e1이다.
또 e1 = V1 이므로 V2 = V1 + n2/n1 × e1 = V1 + n2/n1 × V1이 된다.
이렇게 유도하여 위 식을 유도할 수 있다.
② 자기용량 (등가용량) : 직렬권선의 용량 - 변압기 자신의 용량
※ 용량으로 끝나는 말은 전력 (피상전력[VA])을 말한다.
* 전력 (피상) = 전압 × 전류 = (V2 - V1) · I2 [VA] × 10-3 [kVA]
※ 10[kVA]의 단권변압기가 있다 - 이 말은 자기용량, 직렬권선 용량이10[kVA]인 단권
변압기 라는 말이다.
③ 부하용량 (2차 출력=선로출력) = V2 · I2 × 10-3 [kVA]
전력용량 Pa = V2 I2
【 단권변압기의 특징】
① 재료(권선)이 절약되어 경제적이다.
※ 권선하나로 1차 권선과 2차 권선을 겸할 수 있으므로
전선량(동량)을 줄일 수 있어 경제적이다.
② 누설자속이 적다.
※ 동일한 용량을 작은 권선으로 변압기를 구성할 수 있으므로
누설자속이 작게 된다.
또한 n1 과 n2 의 권수비가 같으면 1-a =0 이 되어 분로권선에 전류가 흐르지 않게 된다.
전류가 흐르지 않으면 자속이 발생되지 않는다.
권수비가 1에 가까울 수록
누설자속리액턴스 감소 ↓ ⇒ 전압강하 감소 ↓ ⇒ 전압변동률 감소 ↓
※ 분로권선에는 거의 전류가 흐르지 않게 되므로 누설자속이 작을 수 밖에 없다.
③ 동손 (손실) 작고 ↓ ⇒ 효율이 높다 ↑ (권선길이가 작고 전류 감소에 따른 누설리액
턴스 감소하고 동손이 작으므로 효율 높다.)
④ 3상에서도 사용이 가능하다. (변압기 2대로 V결선, 3대로 Y결선, △결선하여
3상전력을 공급할 수 있다.)