삼상 변압기
3상 변압기는 델타 또는 스타 연결 권선에 상관없이 전력 분배의 중추입니다.
사무실과 산업에서 사용할 수 있도록 장거리에 걸쳐 전력을 생성하고 전송하는 데 사용되는 3상 전기 시스템입니다. 3상 변압기의 권선은 다양한 방식으로 연결될 수 있으므로 3상 전압(및 전류)은 3상 변압기를 사용하여 높이거나 낮춥니다.
지금까지 우리는 1차 공급 전압에 대해 2차 전압을 높이거나 낮추는 데 사용할 수 있는 단상 2권선 변압기의 구성과 작동을 살펴보았습니다. 그러나 전압 변압기는 하나의 단상뿐만 아니라 2상, 3상, 6상 및 일부 DC 정류 변압기의 경우 최대 24상까지의 정교한 조합에 연결하도록 구성될 수도 있습니다.
3개의 단상 변압기를 사용하여 1차 권선을 서로 연결하고 2차 권선을 고정 구성으로 서로 연결하면 3상 전원에서 변압기를 사용할 수 있습니다.
3상 또는 3ψ 공급 장치라고도 불리는 3상 공급 장치는 발전, 송전, 배전은 물론 모든 산업 용도로 사용됩니다. 3상 전원은 단상 전원에 비해 많은 전기적 이점을 갖고 있으며, 3상 변압기를 고려할 때 아래와 같이 위상 시간이 120도 다른 3개의 교류 전압과 전류를 처리해야 합니다.
3상 전압 및 전류
여기서 V L 은 선간 전압이고 V P 는 상-중성선 전압입니다.
변압기는 상 변경 장치 역할을 할 수 없으며 단상을 3상으로 또는 3상을 단상으로 변경할 수 없습니다. 변압기 연결이 3상 공급 장치와 호환되도록 하려면 이를 특별한 방식으로 함께 연결하여 3상 변압기 구성을 형성해야 합니다 .
3상 변압기 또는 3ψ 변압기 는 3개의 단상 변압기를 함께 연결하여 소위 3상 변압기 뱅크를 형성하거나 3쌍의 단일 변압기로 구성된 사전 조립되고 균형 잡힌 3상 변압기를 사용하여 구성할 수 있습니다. 하나의 단일 적층 코어에 위상 권선이 장착됩니다.
단일 3상 변압기를 구축할 때의 장점은 동일한 kVA 정격에 대해 구리와 철심이 더 효과적으로 사용되기 때문에 서로 연결된 3개의 개별 단상 변압기보다 더 작고 저렴하며 가볍다는 것입니다. 1차 권선과 2차 권선을 연결하는 방법은 단 하나의 3상 변압기를 사용하든 3개의 별도 단상 변압기를 사용하든 동일합니다 . 아래 회로를 고려하십시오.
삼상 변압기 연결
변압기의 1차 권선과 2차 권선은 표시된 대로 실제로 모든 요구 사항을 충족하도록 서로 다른 구성으로 연결될 수 있습니다. 3상 변압기 권선 의 경우 "스타"(wye), "델타"(메시) 및 "상호 연결 스타"(지그재그)의 세 가지 연결 형태가 가능합니다.
세 권선의 조합은 변압기 사용에 따라 1차 델타 연결 및 2차 스타 연결 또는 스타-델타, 스타-스타 또는 델타-델타와 함께 이루어질 수 있습니다. 변압기를 사용하여 3개 이상의 위상을 제공하는 경우 일반적으로 다상 변압기 라고 합니다 .
3상 변압기 스타 및 델타 구성
그러나 3상 변압기 연결을 다룰 때 "스타"(Wye라고도 함) 및 "델타"(메시라고도 함)는 무엇을 의미합니까? 3상 변압기에는 1차 및 2차 권선 세 세트가 있습니다. 이러한 권선 세트가 어떻게 상호 연결되는지에 따라 연결이 스타 구성인지 델타 구성인지가 결정됩니다.
각각 120도씩 서로 변위된 사용 가능한 세 가지 전압은 1차측과 2차측 모두에 사용되는 전기 연결 유형을 결정할 뿐만 아니라 변압기 전류의 흐름을 결정합니다.
3개의 단상 변압기를 함께 연결하면 3개의 변압기의 자속은 120시간 단위로 위상이 다릅니다. 단일 3상 변압기의 경우 코어에는 시간 위상이 120도씩 다른 3개의 자속이 있습니다.
3상 변압기 권선을 표시하는 표준 방법은 RED , YELLOW 및 BLUE 의 세 가지 개별 위상을 나타내는 데 사용되는 대문자(대문자) 문자 A , B 및 C 를 사용하여 세 개의 1차 권선에 라벨을 붙이는 것입니다 . 2차 권선에는 소문자 a , b 및 c 가 표시되어 있습니다 . 각 권선에는 일반적으로 1 과 2로 라벨이 붙은 두 개의 끝이 있습니다 . 예를 들어 1차 권선의 두 번째 권선에는 B1 과 B2 로 라벨이 붙는 끝이 있고, 2차 권선의 세 번째 권선은 그림과 같이 c1 과 c2 로 라벨이 지정됩니다 .
변압기 스타 및 델타 구성
기호는 일반적으로 3상 변압기에서 스타 연결의 경우 대문자 Y , 델타 연결의 경우 D , 상호 연결된 스타 1차 권선의 경우 Z , 해당 2차 권선의 경우 소문자 y , d 및 z 와 함께 사용되는 연결 유형을 나타내기 위해 사용됩니다. .
그런 다음 Star-Star는 Yy 로 표시되고 Delta-Delta는 Dd 로 표시되며 동일한 유형의 연결된 변압기에 대해 상호 연결된 별과 상호 연결된 별은 Zz 로 표시됩니다 .
변압기 권선 식별
| 연결 | 1차 권선 | 2차 권선 |
| 델타 | 디 | 디 |
| 별 | 와이 | 와이 |
| 상호 연결됨 | 지 | 지 |
이제 우리는 3개의 단상 변압기를 1차 및 2차 3상 회로 사이에 함께 연결할 수 있는 네 가지 방법이 있다는 것을 알고 있습니다. 이러한 4가지 표준 구성은 델타-델타(Dd), 스타-스타(Yy), 스타-델타(Yd) 및 델타-스타(Dy)로 제공됩니다.
스타 연결을 사용하는 고전압 작동용 변압기는 개별 변압기의 전압을 낮추고, 필요한 회전 수를 줄이고, 도체 크기를 증가시켜 델타 변압기보다 코일 권선을 더 쉽고 저렴하게 절연할 수 있다는 장점이 있습니다.
그럼에도 불구하고 델타-델타 연결은 스타-델타 구성에 비해 한 가지 큰 장점이 있습니다. 즉, 3개 그룹 중 하나의 변압기에 결함이 발생하거나 비활성화되더라도 나머지 두 변압기는 동일한 용량의 3상 전력을 계속 공급한다는 점입니다. 변압기 장치의 원래 출력의 약 2/3입니다.
변압기 델타 및 델타 연결
델타 연결( Dd ) 변압기 그룹에서 선간 전압 V L 은 공급 전압 V L = V S 와 같습니다 . 그러나 각 위상 권선의 전류는 다음과 같이 제공됩니다. 1/√ 3 × I L (선 전류), 여기서 IL 은 선 전류입니다.
델타 연결 3상 변압기의 한 가지 단점은 각 변압기가 전체 라인 전압(100V 이상의 예) 및 57.7% 선전류에 대해 권선되어야 한다는 것입니다. 권선 사이의 절연과 함께 권선의 권선 수가 많을수록 스타 연결보다 더 크고 값비싼 코일이 필요합니다. 델타 연결 3상 변압기의 또 다른 단점은 "중립" 또는 공통 연결이 없다는 것입니다.
스타-스타 배열( Yy ),(와이-와이)에서 각 변압기에는 공통 접합에 연결된 하나의 단자 또는 3상 주 전원 공급 장치에 연결된 1차 권선의 나머지 세 끝이 있는 중성점이 있습니다. 스타 연결을 위한 변압기 권선의 권선 수는 델타 연결에 필요한 것의 57.7%입니다.
스타 연결에는 3개의 변압기를 사용해야 하며, 변압기 중 하나에 오류가 발생하거나 비활성화되면 전체 그룹이 비활성화될 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 별 연결 3상 변압기는 그림과 같이 3개의 별 연결 2차 중 ( n ) 네 번째 와이어가 중성점으로 연결될 수 있다는 점에서 전력 분배 시스템에서 특히 편리하고 경제적입니다 .
변압기 스타 및 스타 연결
3상 변압기의 임의 라인 사이의 전압을 "라인 전압" V L 이라고 하며 , 임의 라인과 스타 연결 변압기의 중성점 사이의 전압을 "상 전압" V P 라고 합니다 . 중성점과 라인 연결 중 하나 사이의 위상 전압은 라인 전압의 1/ √3 × V L 입니다. 그러면 위에서 1차측 상전압 V P 는 다음과 같이 주어진다.
스타 연결 변압기 그룹의 각 상의 2차 전류는 공급 장치의 라인 전류와 동일하므로 IL = I S 입니다 .
그러면 3상 시스템의 선상 및 상 전압과 전류 간의 관계는 다음과 같이 요약될 수 있습니다.
3상 전압 및 전류
| 연결 | 위상 전압 | 라인 전압 | 위상 전류 | 라인 전류 |
| 별 |
V P = V L ¼ √ 3
|
V L = √ 3 × V P
|
나는 P = 나는 엘
|
나는 L = 나는 P
|
| 델타 |
V P = V L
|
V L = V P
|
I P = I L ¼ √ 3
|
나는 L = √ 3 × I P
|
여기서도 V L 은 선간 전압이고 V P 는 1차 측 또는 2차 측의 상-중성 전압입니다.
3상 변압기에 대한 다른 가능한 연결은 스타-델타 Yd 입니다 . 여기서 1차 권선은 스타 연결되고 2차 권선은 델타 연결이거나 델타 연결 1차 및 스타 연결 2차 권선이 있는 델타 스타 Dy 입니다.
델타 스타 연결 변압기는 1차 권선이 유틸리티 회사에 3선 균형 부하를 제공하고 2차 권선이 필요한 4선 중성선 또는 접지 연결을 제공하는 저전력 분배에 널리 사용됩니다.
1차측과 2차측의 권선 연결 유형(스타 또는 델타)이 다른 경우 변압기의 전체 권선비는 더욱 복잡해집니다. 3상 변압기가 델타-델타( Dd ) 또는 스타-스타( Yy )로 연결된 경우 변압기의 권선비는 잠재적으로 1:1 일 수 있습니다. 즉, 권선의 입력 및 출력 전압이 동일합니다.
그러나 3상 변압기가 스타-델타로 연결된 경우 ( Yd ) 스타로 연결된 각 1차 권선은 공급 장치의 위상 전압 V P 를 수신하며 이는 1/√ 3 × V L 과 같습니다 .
그러면 각각의 해당 2차 권선에는 이와 동일한 전압이 유도되며, 이러한 권선은 델타 연결되어 있으므로 전압 1/√ 3 × V L 이 2차 라인 전압이 됩니다. 그런 다음 1:1 권선비로 스타-델타 연결 변압기는 √3 :1의 강압 라인-전압 비율을 제공합니다.
그런 다음 스타-델타( Yd ) 연결 변압기의 경우 권선비는 다음과 같습니다.
스타-델타 회전율
마찬가지로, 1:1 권선비를 갖는 델타-스타( Dy ) 연결 변압기 의 경우 변압기는 1:√3 승압 선간 전압 비율을 제공합니다. 그런 다음 델타 스타 연결된 변압기의 경우 권선비는 다음과 같습니다.
델타-스타 회전율
그런 다음 3상 변압기의 네 가지 기본 구성에 대해 다음 표에 표시된 대로 1차 라인 전압 V L 및 1차 라인 전류 IL L 과 관련하여 변압기 2차 전압 및 전류를 나열할 수 있습니다.
3상 변압기 라인 전압 및 전류
| 1차-2차 구성 |
라인 전압 1차 또는 2차 |
라인 전류 1차 또는 2차 |
| 델타 – 델타 |
|
|
| 델타 – 스타 |
|
|
| 스타 – 델타 |
|
|
| 스타 – 스타 |
|
|
여기서 n은 2차 권선 수 N S 를 1차 권선 수 N P 로 나눈 변압기 "권선비"(TR)와 같습니다 . ( N S /N P ) 및 V L 은 선간 전압이고 V P 는 상간 전압입니다.
삼상 변압기 예
델타 스타( Dy ) 연결 50VA 변압기의 1차 권선에는 100V, 50Hz 3상 전원이 공급됩니다. 변압기의 1차 권선이 500개이고 2차 권선이 100개라면 2차측 전압과 전류를 계산하십시오.
주어진 데이터: 변압기 정격, 50VA , 공급 라인 전압, 100v , 1차 권선 500 , 2차 권선, 100 .
그런 다음 변압기의 2차측은 선간 전압( 약 35v의 V LINE)을 공급하여 0.834암페어에서 2차 상 전압( 20v)의 V PHASE를 제공합니다 .
삼상 변압기 건설
우리는 이전에 3상 변압기가 단일 적층 코어에 3개의 상호 연결된 단상 변압기이며 그림과 같이 3개의 권선을 단일 자기 회로에 결합함으로써 비용, 크기 및 무게의 상당한 절감을 달성할 수 있다고 말했습니다.
3상 변압기는 일반적 으로 고전압 권선과 저전압 권선 사이에 유전 자속의 균일한 분포를 제공하기 위해 인터레이스된 3개의 자기 회로를 가지고 있습니다. 이 규칙의 예외는 3상 쉘형 변압기입니다. 쉘형 구조에서는 3개의 코어가 함께 있어도 인터레이스되지 않습니다.
삼상 변압기 건설
3림 코어형 3상 변압기는 위상을 자기적으로 연결할 수 있는 3상 변압기 구성의 가장 일반적인 방법입니다. 각 가지의 자속은 시간 위상이 120도씩 다른 라인 전압에 의해 생성된 코어의 세 자속과 함께 복귀 경로로 다른 두 가지를 사용합니다. 따라서 코어의 자속은 거의 사인파형으로 유지되어 사인파형 2차 공급 전압을 생성합니다.
쉘형 5개 림형 3상 변압기 구조는 코어형보다 제작 비용이 더 무겁고 비용도 더 많이 듭니다. 5개 림 코어는 높이를 줄여 제작할 수 있기 때문에 일반적으로 초대형 전력 변압기에 사용됩니다. 쉘형 변압기 코어 재료, 전기 권선, 강철 인클로저 및 냉각은 더 큰 단상 유형과 거의 동일합니다.