변압기 전압 조정

변압기 전압 조정

변압기 전압 조절은 연결된 부하 전류의 변화로 인해 변압기 출력 단자 전압이 무부하 값에서 위 또는 아래로 변하는 비율 또는 백분율 값입니다.

전압 조정은 출력 2차 전압이 예상과 다를 수 있으므로 변압기가 다양한 부하 조건에서 일정한 2차 전압을 얼마나 잘 유지할 수 있는지를 측정하는 것입니다.

변압기의 1차 권선에 전원이 공급되면 변압기 권선비(TR)에 의해 결정되는 양으로 2차 전압과 전류가 생성됩니다. 단상 변압기의 강압 권선비가 2:1이고 240V가 고전압 1차 권선에 적용되는 경우 2차 권선의 출력 단자 전압은 120VAC가 이상적이라고 가정하므로 예상할 수 있습니다. .

그러나 실제 세계에서는 권선형 자기 회로이므로 이것이 항상 사실인 것은 아닙니다. 모든 변압기는 I 2 R 구리 손실과 자기 코어 손실로 구성된 손실로 인해 이상적인 2차 값이 117VAC로 몇 퍼센트 감소하며, 이것은 정상입니다.

그러나 변압기가 최대 전력을 공급할 때 이 2차 전압 값에 영향을 미치는 변압기(및 전기 기계)와 관련된 또 다른 값도 있는데, 이를 "조정"이라고 합니다.

 

변압기 전압 조정

단상 변압기의 전압 조정은 다양한 2차 부하 조건에서 원래의 무부하 전압과 비교하여 2차 단자 전압의 백분율(또는 단위 값당) 변화입니다.

즉, 조절은 변압기에 연결된 부하의 변화로 인해 변압기 내부에서 발생하는 2차 단자 전압의 변화를 결정하므로 이러한 손실이 높고 2차 전압이 너무 낮아지면 성능과 효율성에 영향을 미칩니다.

변압기의 2차 권선에 무부하가 연결된 경우, 즉 출력 단자가 개방되어 폐쇄 루프 상태가 아니므로 출력 부하 전류( IL = 0) 가 없고  변압기는 하나의 역할을 합니다. 높은 자기 인덕턴스의 단일 권선. 무부하 2차 전압은 고정된 1차 전압과 변압기 권선비의 결과입니다.

간단한 부하 임피던스로 2차 권선을 로드하면 어떤 역률에서도 2차 전류가 변압기의 내부 권선을 통해 흐르게 됩니다. 따라서 권선 내부 저항으로 인해 전압이 떨어지고 누설 리액턴스로 인해 출력 단자 전압이 변경됩니다.

IL = 0 일 때 무부하 상태(개방 회로)에서 IL = I MAX (최대 전류) 일 때 완전 부하 상태까지 2차 단자 전압 간의 변압기 전압 조정 변화는 일정한 1차 전압에 대해 다음과 같이 주어진다. :

분수 변화로서의 변압기 전압 조정

 

무부하 단자 전압의 분수 또는 단위 변화로 표현되는 이 전압 조정은 전압 조정 하향 (Reg down ) 및 전압 조정 상향 (Reg up ) 중 하나로 정의될 수 있습니다.

즉, 2차 출력 단자에 부하를 연결하면 단자 전압이 낮아지고, 부하를 제거하면 2차 단자 전압이 올라갑니다. 따라서 변압기의 조절은 기준 전압, 부하 또는 비부하 값으로 사용되는 전압 값에 따라 달라집니다.

또한 변압기 전압 조정을 다음과 같이 무부하 조건과 전부하 조건 사이의 백분율 변화로 표현할 수도 있습니다.

백분율 변화에 따른 변압기 전압 조정

 

예를 들어, 개방 회로 무부하 단자 전압이 100V이고 저항 부하를 적용하면 동일한 단자 전압이 95V로 떨어지는 단상 변압기가 있다고 가정해 보겠습니다. 따라서 변압기 전압 조정은 0.05 또는 5%, ((100 – 95)/100)*100%)입니다. 그런 다음 변압기 전압 조정은 단위 변경 값(이 예에서는 0.05) 또는 원래 무부하 전압의 백분율 변경 값(5%)으로 표현될 수 있습니다.

변압기 전압 조정 예 No1

500VA, 10:1 단상 강압 변압기의 1차 권선에는 일정한 240Vrms 전원이 공급됩니다. 1.1Ω의 임피던스에 연결되었을 때 변압기의 조정 비율을 계산합니다.

주어진 데이터: VA = 500, TR = 10:1, V P = 240V, Z S = 1.1Ω, %Reg를 찾습니다.

 

따라서 V S(무부하)  = 24V

 

 

따라서 V S(전부하)  = 23.45V

 

그런 다음 변압기에 대해 계산된 하향 조절 백분율은 다음과 같이 제공됩니다. 2.29% 또는 2.3% 반올림

변압기 전압 조정 예 No2

전압 조정률이 4%인 단상 변압기는 최대 부하 전류에서 2차 단자 전압이 115.4V입니다. 부하가 제거될 때 무부하 단자 전압을 계산합니다.

 

그런 다음 연결된 부하의 변화로 인해 "무부하" 전압과 "전부하" 전압 사이에서 변압기 단자 전압이 변경되어 변압기 전압 조정이 변압기 외부 기능이 된다는 것을 알 수 있습니다.

따라서 전압 조정 비율이 낮을수록 부하 전류 값에 관계없이 변압기의 2차 단자 전압이 더 안정적이게 됩니다. 연결된 부하가 순전히 저항성인 경우 전압 강하는 더 작아집니다. 따라서 이상적인 변압기는 전압 조절이 0입니다. 즉, 손실이 0이므로 VS (전부하) 는 VS (무부하) 와 같습니다 .

이제 우리는 변압기 전압 조절이 전체 부하 전압과 무부하 전압과 최대 정격 2차 전류 사이의 차이이며 비율 또는 백분율(%) 값으로 표현될 수 있다는 것을 알고 있습니다. 그런데 부하 전류의 변화에 ​​따라 2차 전압이 변하거나 떨어지는 이유는 무엇입니까?

부하시 전압 변압기

변압기의 2차 권선이 부하를 공급할 때 권선의 저항으로 인해 적층 코어 내의 자기 철 손실과 구리 손실이 발생하며 이는 1차 권선과 2차 권선 모두에 해당됩니다.

이러한 손실은 그림과 같이 2차 출력 전류(I S )가 흘러야 하는 임피던스 경로를 제공하는 변압기 권선에서 리액턴스와 저항을 생성합니다 .

2차 권선은 저항과 리액턴스로 구성되므로 옴의 법칙에 따라 유효 임피던스와 공급되는 부하 전류에 따라 일정량만큼 변압기 권선에서 내부 전압 강하가 발생해야 합니다. V = I*Z .

그러면 2차 부하 전류가 증가함에 따라 변압기 권선 내에서 강하되는 전압도 증가해야 하며, 1차 공급 전압이 일정할 경우 2차 출력 전압도 따라서 낮아져야 한다는 것을 알 수 있습니다.

2차 권선의 임피던스(Z)는 저항(R)과 누설 리액턴스(X)의 페이저 합이며, 각 구성 요소에 걸쳐 생성된 서로 다른 전압 강하를 갖습니다. 그런 다음 2차 임피던스와 무부하 및 전부하 전압을 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

 

따라서 2차 권선 무부하 전압은 다음과 같이 정의됩니다.

V S(무부하)   = E S

전부하 전압은 다음과 같이 정의됩니다.

V S(풀로드)   = E S  – I S R – I S X

또는 V S(풀로드)   = E S  – I S (R+jX)

∴ V S(풀로드)   = ES –  I S *Z

그러면 변압기 권선이 저항과 직렬로 연결된 리액턴스로 구성되어 있으며 부하 전류는 두 가지 모두에 공통적임을 알 수 있습니다. 전압과 전류는 저항에 대해 동상이므로 IS R로 주어진 저항기의 전압 강하는 2 차 전류 IS 와 "동상"이어야 합니다 .

그러나 유도성 리액턴스 X L을 갖는 순수 인덕터에서는 전류가 90 ° 만큼 지연되므로 IS X 로 주어진 리액턴스 양단의 전압 강하는 유도성 부하로서 각도 Φ L 만큼 전류를 앞서게 됩니다.

2차 권선의 임피던스 Z는 저항과 리액턴스의 페이저 합이므로 개별 위상각은 다음과 같이 지정됩니다.

 

V = I*Z이므로 2차 임피던스 양단의 전압 강하는 다음과 같이 계산됩니다.

V 강하   = I S (RcosΦ + XcosΦ)

V S(전부하) = V S(무부하) – V 강하로 비율 조정은 다음과 같이 주어질 수 있습니다.

지체 역률 표현

 

cos(Φ)와 sin(Φ) 사이의 양의 조절 표현의 경우 변압기의 2차 단자 전압이 감소(하강)하여 지연 역률(유도성 부하)을 나타냅니다. cos(Φ)와 sin(Φ) 사이의 음의 조절 표현의 경우 변압기의 2차 단자 전압이 증가(상승)하여 주요 역률(용량성 부하)을 나타냅니다. 따라서 변압기 조절 표현은 선행 및 지연 부하 모두에 대해 동일하며 전압 상승 또는 하강을 나타내기 위해 변경되는 부호일 뿐입니다.

주요 역률 표현

 

따라서 포지티브 레귤레이션 조건은 2차 권선 내에서 전압 감소(강하)를 생성하는 반면 네거티브 레귤레이션 조건은 권선의 전압 증가(상승)를 생성합니다. 주요 역률 부하는 유도성 부하(코일, 솔레노이드 또는 초크)만큼 일반적이지는 않지만, 낮은 전류로 경부하를 공급하는 변압기는 용량성 조건이 발생하여 단자 전압이 상승할 수 있습니다.

변압기 전압 조정 예 No3

10KVA 단상 변압기는 110V의 무부하 2차 전압을 제공합니다. 등가 2차 권선 저항이 0.015Ω이고 총 리액턴스가 0.04Ω인 경우 0.85 역률 지연으로 부하를 공급할 때의 전압 조절을 결정합니다.

주어진 데이터: VA = 10000, V S(무부하) = 110V, R = 0.015Ω, X = 0.04Ω, %Reg를 찾습니다.

cosΦ = 0.85이면 Φ = cos -1 (0.85) = 31.8 o    ∴ sinΦ = 0.527

2차 전류는 다음과 같이 정의됩니다.

I S  = VA/V = 10000/110 = 90.9 암페어

백분율 전압 조정은 다음과 같이 제공됩니다.

변압기 전압 규정 요약

우리는 변압기 2차 권선이 로드될 때 출력 전압이 변경될 수 있고 이 전압 변화가 비율 또는 더 일반적으로 백분율 값으로 표현될 수 있다는 것을 변압기 전압 조정 에 대한 이 튜토리얼에서 확인했습니다 . 무부하가 연결되면 2차 전류가 없습니다. 이는 2차 전압이 최대값에 있음을 의미합니다.

그러나 완전 부하 상태에서는 2차 전류가 흘러 권선 내에서 코어 손실과 구리 손실이 발생합니다. 코어 손실은 1차 권선 전압에 의해 생성된 변압기 자기 회로로 인한 고정 손실인 반면, 2차 구리 손실은 2차 권선에 연결된 부하 전류 수요와 관련된 가변 손실입니다.

그러면 부하 전류의 변화로 인해 조정에 영향을 미치는 손실의 변화가 발생합니다. 변압기 전압 조정이 작을수록 부하 변화에 따른 2차 단자 전압의 변동이 적어지며 이는 조정된 전원 공급 장치 회로에 매우 유용합니다.

또한 지연 역률(유도성 부하)의 경우 2차 단자 전압이 감소할 것이라고 말했습니다. 변압기가 매우 낮은 지체 역률을 공급하는 경우 큰 2차 전류가 흘러 권선의 전압 강하가 커져 전압 조정이 불량해집니다.

역률(용량성 부하)이 높으면 출력 단자 전압이 상승합니다. 따라서 포지티브 레귤레이션은 권선에 전압 강하를 생성하는 반면 네거티브 레귤레이션은 권선에 전압 상승을 생성합니다.

제로 전압 조정 조건(이상적인 변압기만 해당)을 갖는 것은 불가능하지만 일반적으로 권선 코어 손실과 구리 손실이 거의 같을 때 최소 조정 및 이에 따른 최대 효율이 발생합니다.