◆ 변압기의 원리 ◆
변압기는 철심과 2개 또는 3개 이상의 권선으로 되어 있으며 1개 또는 2개 이상의 회로에서 교류 전력을 받아 전자 유도 작용에 의하여 전압 및 전류를 변성하여 다른 1개 또는 2개 이상의 회로에 동일 주파수의 교류 전력을 공급하는 기기이다. 그 기본 구조를 그림 "변압기의 기본 구조"에 들었다.
1차 및 2차 권선의 권수를 n1, n2라 하고 1차 권선에 주파수 ƒ의 전압 V1을 인가하면 철심 내에 ⌀=V1(4.44 ƒn1)의 교번 자속이 생기며, 이 교번 자속에 의하여 2차 권선에 V2=4.44ƒn2⌀의 전압이 유기된다. 따라서 V1/V2=n2/n2가 되며 2차측에 권수에 비례하는 전압을 얻을 수 있다.
다음에 2차측에 부하를 연결하여 부하 전류 I2를 통했을 때 여자 전류를 무시하면 I2에 의하여 생긴 기자력 I2n2와 평형을 유지하기 위해 1차측에 I1n1=I2n2를 충족시키도록 그 권수에 반비례하는 전류가 유입된다. 따라서 V1I1=V2/I2가 되며, 2차측 회로에 전압 및 전류를 변성한 교류 전력을 공급할 수 있다.
실제의 변압기에서는 여자 전류, 권선 저항, 누설 자속에 의한 리액턴스 등 때문에 V1/V2=n2/n2이 되는데 그 차는 부하 역률 1.0일 때 수 % 이내이다. 권수는 변압기의 시방(용량, 전압 등) 및 특성 (손실, 임피던스 전압 등)에 따라 가장 경제적인 값이 선정된다.
◆ 변압기의 구조 ◆
주로 2권선 변압기의 본체 구조는 개념적으로 그림 "변압기 본체의 구조"와 같은 5개의 주요 부분으로 구성된다.
◆ 철심의 구조 ◆
변압기는 자기 회로와 전기 회로의 조합 방법에 따라, 각 상 단일의 철심을 권선이 둘러싼 것을 내철형, 권선의 주위를 2개 잇아의 철심으로 둘러싼 것을 외철형이라고 한다.
철심 구조는 중소형 변압기에 대해서는 권철심, 대형 변압기에서는 프레임 철심 또는 단책 적철심 구조가 주로 채용된다. 주요한 철심 구조의 종류를 그림 "철심의 구조의 종류"에 들었다.
◆ 권선의 구조 ◆
변압기의 권선에는 절연한 철심에 직접 권선을 하는 직권선과, 목제 권형 등에 권선을 한 후에 철심 둘레에 절연물과 함께 조립하는 형권선의 2종류가 있다.
직권선 또는 형권선이 된 코일은 형상에 따라 다음과 같이 분류된다.
(a) 각통 코일 장방형 단면의 철심각에 적합하도록 도체를 층상으로 감은 것으로, 이 권선 방법을 레이어 감기라고 한다. 각통 코일은 단락시에 발생하는 전자 기계력에 비교적 약하므로 대용량 변압기에는 사용되지 않는다.
(b) 원통 코일 각통 코일이 원통으로 된 것인데, 레이어 감기 이외에 평각 도체의 긴 변을 반지름 방향으로 향하여 감은 에지 와이즈 감기도 사용된다.
(c) 나선 코일 대전류로 되면 와전류가 증가하고 권선 작업이 곤란하게 되므로 다수의 도체를 병렬로 전위하면서 간격을 두고 감은 코일이다.
(d) 원판 코일 평각 도체를 반지름 방향으로 와상으로 겹쳐 감은 코일이다. 이전에는 2매를 1조로 하여 직렬로 접속했는데 현재는 연속적으로 감는 연속 권선 원판 코일이 많이 사용된다. 또한 뇌 임펄스 전압에 대한 절연을 합리적으로 하기 위해 고직렬 용량 권선도 사용된다.
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