변압기 로딩

변압기 로딩

변압기는 2차 권선에 전압을 제공할 수 있지만 입력과 출력 사이에 전력을 전송하려면 부하가 필요합니다.

이전 변압기 튜토리얼에서 우리는 변압기가 이상적이라고 가정했습니다. 즉 변압기 권선에 코어 손실이나 구리 손실이 없는 변압기입니다. 그러나 실제 변압기에서는 변압기가 "부하" 상태이므로 항상 변압기 부하와 관련된 손실이 있습니다. 하지만 이것이 의미하는 바는 다음과 같습니다: Transformer Loading .

먼저 이 "무부하" 상태, 즉 2차 권선에 전기 부하가 연결되지 않아 2차 전류가 흐르지 않을 때 변압기에 어떤 일이 발생하는지 살펴보겠습니다.

변압기의 2차측 권선이 개방 회로일 때 변압기는 "무부하" 상태라고 합니다. 즉, 아무 것도 부착되지 않고 변압기 부하가 0입니다. AC 정현파 공급 장치가 변압기의 1차 권선에 연결되면 1차 공급 전압으로 인해 작은 전류 I OPEN이 1차 코일 권선을 통해 흐릅니다.

2차 회로가 열려 있고 아무것도 연결되어 있지 않은 경우 1차 권선 저항과 함께 역기전력이 이 1차 전류의 흐름을 제한하는 역할을 합니다. 분명히 이 무부하 1차 전류(  Io  )는 필요한 역기전력을 생성하기에 충분한 자기장을 유지하기에 충분해야 합니다. 아래 회로를 고려하십시오.

 

변압기 "무부하" 조건

 

위의 전류계는 2차 회로가 개방되어 있어도 1차 권선을 통해 흐르는 작은 전류를 나타냅니다. 이 무부하 1차 전류는 다음 두 가지 구성 요소로 구성됩니다.

• 코어 손실(와전류 및 히스테리시스)을 공급하는 동위상 전류 I E.
• 자속을 설정하는 전압에 대한 90o 의 작은 전류 I M.

 

 

이 무부하 1차 전류 Io는 변압기의 일반 전부하 전류에 비해 매우 작습니다. 또한 코어에 존재하는 철 손실과 1차 권선에 있는 소량의 구리 손실로 인해 Io는 공급 전압 Vp 보다 정확히 90o 뒤처 지지 않습니다 (  cosΦ = 0  ). 위상각 차이.

변압기 부하 예 No1

단상 변압기에는 2A의 에너지 구성요소 I E 와 5A의 자화 구성요소 I M이 있습니다. 무부하 전류, Io 및 결과 역률을 계산합니다.

변압기 "부하 시"

전기 부하가 변압기의 2차 권선에 연결되어 변압기 부하가 0보다 크면 전류가 2차 권선을 통해 부하로 흐릅니다. 이 2차 전류는 1차 전류로부터 코어에 생성된 자속에 의해 설정된 유도된 2차 전압으로 인해 발생합니다.

부하의 특성에 따라 결정되는 2차 전류 I S는 주 1차 자기장 Φ P와 정반대 방향으로 흐르는 변압기 코어에 자체 유도 2차 자기장 Φ S 를 생성합니다 . 이 두 자기장은 서로 반대되어 2차 회로가 개방되었을 때 1차 권선 단독으로 생성된 단일 자기장보다 자기 강도가 낮은 결합 자기장을 생성합니다.

이 결합된 자기장은 1차 권선의 역기전력을 감소시켜 1차 전류 I P 를 약간 증가시킵니다. 1차 전류는 코어 자기장이 원래 강도로 돌아올 때까지 계속 증가하며, 변압기가 올바르게 작동하려면 1차 자기장과 2차 자기장 사이에 항상 균형 잡힌 조건이 존재해야 합니다. 이로 인해 1차 측과 2차 측 모두에서 전력이 균형을 이루고 동일해집니다. 아래 회로를 고려하십시오.

변압기 "부하 시"

 

우리는 변압기의 권선비가 각 권선의 총 유도 전압이 해당 권선의 권선 수에 비례하고 변압기의 전력 출력 및 전력 입력이 볼트 곱하기 암페어와 같다는 것을 알고 있습니다(  V x 나는  ). 그러므로:

 

그러나 우리는 이전에 변압기의 전압비가 "전압비 = 권선비"로서 변압기의 권선비와 동일하다는 것을 알고 있습니다. 그러면 변압기의 전압, 전류 및 권선 수 사이의 관계는 서로 연결될 수 있으므로 다음과 같이 제공됩니다.

 

변압기 비율

• 어디:
•   N P /N S  = V P /V S   – 전압 비율을 나타냅니다.
•   N P /N S  = I S /I P   – 현재 비율을 나타냅니다.

전류는 전압과 권선 수에 반비례합니다. 이는 2차 권선에 변압기 부하가 있는 경우 변압기 권선 전체에서 균형 잡힌 전력 레벨을 유지하기 위해 전압이 높아지면 전류도 낮아지고 그 반대의 경우도 마찬가지라는 것을 의미합니다. 즉, "높은 전압 - 낮은 전류" 또는 "낮은 전압 - 높은 전류"입니다.

변압기 비율은 1차 권선과 2차 권선 수, 각 권선의 전압, 권선을 통과하는 전류 사이의 관계이므로 위의 변압기 비율 방정식을 재정렬하여 알 수 없는 전압 값( V) 을 찾을 수 있습니다. ) 전류( I ) 또는 회전 수( N )는 그림과 같습니다.

 

1차 권선에 의해 공급 장치에서 끌어온 총 전류는 무부하 전류 Io 와 2차 변압기 부하로 인한 추가 공급 전류 I 1 의 벡터 합 이며 공급 전압보다 다음 각도만큼 지연됩니다. Φ . 이 관계를 페이저 다이어그램으로 표시할 수 있습니다.

변압기 부하 전류

 

전류 IS 와 Io 가 주어지면 다음 방법으로 1차 전류 I P를 계산할 수 있습니다.

변압기 부하 예 No2

단상 변압기의 1차 권선은 1000회 감고 2차 권선은 200회 감습니다. 공급 장치에서 가져온 변압기 "무부하" 전류는 역률 0.2 지연에서 3A입니다. 변압기 부하에 공급하는 2차 전류가 0.8 지연에서 280A일 때 1차 권선 전류 I P 및 해당 역률 ψ를 계산합니다 .

 

 

1차 전류의 위상각 Φ P 는 2차 전류 위상각 Φ S 의 위상각과 거의 동일하다는 것을 알 수 있습니다 . 이는 3암페어의 무부하 전류가 공급 장치의 1차 권선에 의해 끌어온 더 큰 56암페어에 비해 매우 작기 때문입니다.

실제 생활에서 변압기 권선의 임피던스는 X L 및 R 입니다 . 이러한 내부 임피던스로 인해 변압기 권선 내에서 전압 강하가 발생하므로 페이저 다이어그램을 그릴 때 이러한 임피던스를 고려해야 합니다. 내부 임피던스는 권선의 저항과 누설 자속으로 인해 발생하는 누설 리액턴스라고 하는 인덕턴스 강하로 인해 발생합니다. 이러한 내부 임피던스는 다음과 같이 주어진다.

 

따라서 변압기의 1차 권선과 2차 권선은 저항과 리액턴스를 모두 갖습니다. 때로는 이러한 모든 임피던스 값을 변압기의 같은 쪽에 결합하여 수학 계산을 좀 더 쉽게 만드는 것이 더 편리할 수 있습니다.

1차 임피던스를 2차 측으로 이동하거나 2차 임피던스를 1차 측으로 이동하는 것이 가능합니다. R 및 L 임피던스 의 결합된 값을 "참조 임피던스" 또는 "반사 값"이라고 합니다. 여기서 목적은 변압기 내의 임피던스를 함께 그룹화하고 표시된 대로 계산에서 1차측 또는 2차측에 대한 R 및 XL 의 참조 값 하나만 갖는 것입니다.

변압기 임피던스 결합

 

변압기의 한 쪽에서 다른 쪽까지의 저항 또는 리액턴스를 참조하려면 권선비(권선비 2  )의 제곱을 곱하거나 나누어야 합니다. 따라서 변압기의 2차측에서 1차측으로의 임피던스(저항 및 리액턴스)를 참조(또는 반영)하여 권선비 제곱 N 2 을 곱하고 , 2차측에 대한 1차 임피던스를 참조할 때 다음으로 나누어야 합니다. 회전율의 제곱입니다. 따라서 1차 반사에 대한 2차 반사는 R 및 X를 증가시키는 반면, 1차 반사에 대한 2차 반사는 N 2 에 의해 결정된 양만큼 R 및 X를 감소시킵니다 . 임피던스의 이러한 참조 또는 반영은 연결된 부하 저항 및 리액턴스에도 동일하게 적용됩니다.

예를 들어, 권선비가 8:1 인 1차 측에   2Ω 의 2차 저항을 참조하면 2 x 8 2  = 128Ω 의 새로운 1차 저항 값이 생성되는 반면 2Ω 의 1차 저항은 다음과 같은 결과를 낳습니다. 2차 저항 값: 0.03125Ω .

변압기 전압 조정

변압기의 전압 조정은 변압기 부하가 최대일 때, 즉 1차 공급 전압이 일정하게 유지되는 동안 전체 부하가 적용될 때 2차 단자 전압의 변화로 정의됩니다. 규정은 변압기 부하가 높아 부하 전압이 너무 낮아져 변압기 내부에서 발생하는 전압 강하(또는 증가)를 결정하며, 이는 성능과 효율성에 영향을 미칩니다.

전압 조정은 무부하 전압의 백분율(또는 단위당)로 표현됩니다. 그런 다음 E가 무부하 2차 전압을 나타내고 V가 전체 부하 2차 전압을 나타내는 경우 변압기의 조정 비율은 다음과 같이 지정됩니다.

 

예를 들어, 변압기가 무부하에서 100V를 공급하고 최대 부하에서 전압이 95V로 떨어지면 조정은 5%가 됩니다. E – V 의 값은 저항, R , 더욱 중요한 AC 리액턴스 X , 전류 및 위상각을 포함하는 권선의 내부 임피던스에 따라 달라집니다 .

또한 일반적으로 부하의 역률이 지연(유도성)됨에 따라 전압 조정도 증가합니다. 변압기 부하와 관련된 전압 조정은 값이 양수 또는 음수일 수 있습니다. 즉, 무부하 전압을 기준으로 하고, 부하가 적용될 때 조정의 변화를 낮추거나, 전체 부하를 기준으로 하여 변화를 줍니다. 부하가 감소하거나 제거됨에 따라 규제가 증가합니다.

일반적으로 변압기 부하가 높을 때 코어형 변압기의 조절은 쉘형 변압기만큼 좋지 않습니다. 이는 쉘형 변압기가 코일 권선의 인터레이스로 인해 자속 분포가 더 좋기 때문입니다.

변압기에 대한 다음 튜토리얼에서는 하나 이상의 1차 권선 또는 2개 이상의 2차 권선이 있는 다중 권선 변압기를 살펴보고 더 많은 전압 또는 더 많은 전류를 공급하기 위해 두 개 이상의 2차 권선을 함께 연결하는 방법을 살펴보겠습니다. 연결된 부하.