전기기사 11강

이번 강은 변압기다. 전자유도로 전압을 바꾸는 정지기로, 권수비·전압변동률·손실·병렬운전이 출제 핵심이다.

1차 권선의 자속이 철심을 통해 2차로 전달되며 전압을 변환한다.

이 강의 목표는 다음과 같다.

• 권수비와 전압·전류·임피던스 관계를 안다.
• 전압변동률과 손실·효율을 이해한다.
• 병렬운전 조건을 안다.

1. 권수비

a = N1/N2 = V1/V2 = I2/I1 = √(Z1/Z2)

권수비 a가 클수록 1차 전압이 높은 강압 변압기다. 전류는 전압과 반대로 변한다.

2. 손실과 효율

• 철손(무부하손): 히스테리시스+와류손, 부하와 무관하게 일정.
• 동손(부하손): 권선 저항 손실, 부하전류 제곱에 비례.
• 효율: η = 출력/(출력+철손+동손) × 100
• 최대효율 조건: 철손 = 동손.

3. 전압변동률과 병렬운전

ε ≈ p·cosθ + q·sinθ (p: %저항, q: %리액턴스)

병렬운전 조건: 극성·권수비·%임피던스가 같고, 3상은 각변위(위상)도 같아야 한다.

핵심 공식·용어

• 권수비: a = N1/N2 = V1/V2 = I2/I1.
• 효율: η = 출력/(출력+철손+동손).
• 최대효율: 철손 = 동손.
• 병렬운전: 극성·권수비·%Z·각변위 일치.

예제

예제) 1차 3300V, 2차 220V 변압기의 권수비 a와, 2차 전류가 100A일 때 1차 전류는?

해설) a = V1/V2 = 3300/220 = 15. 전류는 반비례하므로 I1 = I2/a = 100/15 ≈ 6.67A. 전압을 낮추는 강압기는 2차 전류가 1차보다 크다(전력 보존).

샘플 문제

문) 변압기의 최대효율 조건으로 옳은 것은?

• (A) 철손이 동손의 2배
• (B) 철손 = 동손
• (C) 동손이 0
• (D) 부하가 0일 때

정답: (B). 철손(고정손)과 동손(가변손)이 같아질 때 효율이 최대가 된다. 철손은 일정하고 동손은 부하전류 제곱에 비례하므로, 이 균형점에서 손실 대비 출력이 최적이다.

정리

• 권수비 a = N1/N2 = V1/V2 = I2/I1.
• 철손(일정)·동손(부하² 비례).
• 최대효율은 철손 = 동손일 때.
• 병렬운전: 극성·권수비·%Z·각변위 일치.

다음 강에서는 유도전동기를 다룬다.