단상 변압기 기초 특성 및 여자전류 실험

본 내용은 " 전력기기실험 실험 4. 단상 변압기1 예비보고서 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.08.12

문서 내 토픽

• 1. 이상적인 변압기의 원리

  이상적인 변압기는 권선저항이 0인 이상적인 도체와 투자율이 무한대인 이상적인 철심으로 구성된 가상의 변압기입니다. 1차 권선에 전압을 인가하면 철심 내에 자속이 생성되고, 2차 권선 양단에는 권선비에 비례하는 전압이 나타납니다. 1차측과 2차측의 전력은 매 순간 동일하며, 전압은 턴수에 비례하고 전류는 턴수에 반비례합니다. 이상적인 변압기에서는 손실이 없고 자속은 1차측 인가 전압에 의해서만 결정됩니다.

• 2. 변압기의 극성 측정

  변압기의 극성은 1차측과 2차측 단자 간의 위상 관계를 나타냅니다. 같은 극성(가극성)인 경우 2차측 전압이 1차측 전압에 추가되어 동일 방향으로 나타나고, 반대 극성(감극성)인 경우 2차측 전압이 1차측 전압에서 빼어져 반대 방향이 됩니다. 극성 측정 시 안전을 위해 인가전압이 저압측 정격전압보다 낮아야 하며, 극성표시점을 사용하여 대응되는 단자를 표시합니다.

• 3. 여자전류와 자화특성

  여자전류는 철심 내부에 자속을 만들기 위해 필요한 기자력을 생성하는 전류로, 무부하전류라고도 합니다. 교류전원이 접속된 무부하 상태에서 철심 내의 자속은 정현파를 이루며, 자속은 전원전압보다 90도 뒤진 위상을 갖습니다. 선형 코일에서 여자전류는 자화리액턴스에 의해 결정되며, 변압기의 자화특성곡선은 오실로스코프의 x-y 모드로 관측하여 히스테리시스 루프를 확인할 수 있습니다.

• 4. 측정 장비 및 실험 기기

  실험에 사용되는 주요 장비는 디지털 멀티미터(DMM), 오실로스코프, 단자대, 전선, 변압기(220V/110V, 500VA), 저항, 커패시터 등입니다. 디지털 멀티미터는 전압, 전류, 저항을 측정하며 정밀도가 높고 숫자로 표시됩니다. 오실로스코프는 시간에 따라 변화하는 전기 신호를 그래프로 시각화하여 파형의 주기, 주파수, 진폭, 위상 등을 분석할 수 있습니다. 1.6mm 전선은 10~15A의 전류를 안전하게 전달할 수 있습니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 주제1 이상적인 변압기의 원리

  이상적인 변압기의 원리는 전자기 유도의 기본 개념을 이해하는 데 매우 중요합니다. 페러데이의 법칙에 따라 1차 코일의 변화하는 자기장이 2차 코일에 전압을 유도하는 과정은 에너지 손실이 없다고 가정할 때 매우 우아한 물리 현상입니다. 이상적인 변압기에서는 전력 손실이 없고 효율이 100%이며, 1차와 2차 코일의 권수비가 전압비와 정확히 일치합니다. 이러한 이론적 기초는 실제 변압기 설계와 성능 분석의 출발점이 되므로, 학생들이 반드시 숙지해야 할 핵심 개념입니다. 다만 현실의 변압기는 철손, 동손, 누설 자속 등으로 인해 이상적 모델과 차이가 발생한다는 점을 함께 이해하는 것이 중요합니다.

• 2. 주제2 변압기의 극성 측정

  변압기의 극성 측정은 실무에서 매우 실질적이고 중요한 작업입니다. 극성이 올바르지 않으면 변압기들을 병렬 연결할 때 순환 전류가 발생하여 과열과 손상을 초래할 수 있습니다. 극성 측정은 전압계를 이용한 방법, 저항 측정법, 또는 교류 전원을 이용한 방법 등 여러 가지가 있으며, 각 방법의 원리와 장단점을 이해하는 것이 필수적입니다. 특히 고전압 변압기의 경우 극성 오류로 인한 사고가 심각할 수 있으므로, 정확한 측정과 검증 절차가 매우 중요합니다. 이는 전기 안전 관리의 기본이 되는 중요한 기술입니다.

• 3. 주제3 여자전류와 자화특성

  여자전류와 자화특성은 변압기의 비선형 특성을 이해하는 핵심입니다. 이상적인 변압기와 달리 실제 변압기는 철심의 자화 특성으로 인해 여자전류가 흐르며, 이는 변압기의 효율과 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 자화 곡선은 비선형이므로 고조파 성분이 발생하고, 이는 전력 품질 저하로 이어질 수 있습니다. 여자전류의 크기와 위상각을 정확히 측정하고 분석하는 것은 변압기의 상태 진단과 성능 평가에 매우 중요합니다. 또한 포화 현상을 이해함으로써 변압기의 과부하 조건과 한계를 파악할 수 있습니다.

• 4. 주제4 측정 장비 및 실험 기기

  변압기 실험에 사용되는 측정 장비와 기기의 선택과 사용은 실험의 정확성과 안전성을 결정합니다. 전압계, 전류계, 전력계, 오실로스코프 등 각 장비는 측정 범위, 정확도, 응답 속도 등에서 서로 다른 특성을 가지고 있습니다. 특히 고전압 실험에서는 적절한 감압 변압기나 분압기를 사용해야 하며, 안전을 위한 접지와 보호 장치가 필수적입니다. 디지털 측정 장비의 발전으로 더욱 정확한 데이터 수집이 가능해졌지만, 기본적인 아날로그 계기의 원리도 이해해야 합니다. 올바른 장비 선택과 사용법은 신뢰할 수 있는 실험 결과를 얻기 위한 필수 조건입니다.