지금까지 우리는 1차 및 2차 권선이 동일한 인덕턴스를 갖고 두 회로에서 대략 동일한 전압 및 전류 레벨을 제공하는 변압기 시뮬레이션을 관찰했습니다. 그러나 변압기의 1차 및 2차 측 사이의 전압 및 전류가 동일한 것은 모든 변압기의 표준이 아닙니다.
두 권선의 인덕턴스가 같지 않으면 흥미로운 일이 발생합니다.
변신 로봇
v1 1 0 ac 10 sin
rbogus1 1 2 1e-12
rbogus2 5 0 9e12
엘1 2 0 10000
l2 3 5 100
케이 l1 l2 0.999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 1k
.ac 라인 1 60 60
.print ac v(2,0) i(v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.끝
주파수 v(2) i(v1)
6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 1차 권선
주파수 v(3,5) i(vi1)
6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 2차 권선
2차 전압이 1차 전압보다 약 10배 낮은 반면(0.9962V 대 10V), 2차 전류는 약 10배 더 큽니다(0.9962mA 대 0.09975mA).
여기 있는 것은 전압을 10배 낮추고 전류를 10배 높이는 장치입니다 .
권선비가 10:1이면 1차권선:2차권선 전압비는 10:1이고 1차권선:2차권선 전류비는 1:10이 됩니다.
승압 변압기와 강압 변압기란 무엇입니까?
이것은 실제로 매우 유용한 장치입니다. 이를 통해 AC 회로에서 전압과 전류를 쉽게 곱하거나 나눌 수 있습니다. 실제로 변압기는 전력의 장거리 전송을 실용적인 현실로 만들었습니다. AC 전압은 "상승"하고 전류는 "하강"하여 발전소와 부하를 연결하는 전력선을 따라 와이어 저항 전력 손실을 줄일 수 있습니다.
양쪽 끝(발전기와 부하 모두)에서 전압 레벨은 변압기에 의해 낮아져 더 안전한 작동과 비용 절감된 장비가 됩니다.
1차 권선에서 2차 권선으로 전압을 높이는 변압기(1차 권선 권선보다 2차 권선 권선이 더 많음) 를 승압 변압기라고 합니다.
반대로, 정반대의 기능을 하도록 설계된 변압기를 강압 변압기라고 합니다.
이전 섹션에 나온 사진을 다시 살펴보겠습니다.
1차 권선과 2차 권선을 보여주는 변압기 단면도는 높이가 몇 인치(약 10cm)입니다.
이것은 1차 권선의 높은 턴 수와 2차 권선의 낮은 턴 수에서 알 수 있듯이 스텝 다운 변압기입니다. 스텝 다운 장치로서 이 변압기는 고전압, 저전류 전력을 저전압, 고전류 전력으로 변환합니다.
2차 권선에 사용되는 더 큰 게이지 와이어는 전류 증가로 인해 필요합니다. 전류를 많이 전도할 필요가 없는 1차 권선은 더 작은 게이지 와이어로 만들어질 수 있습니다.
변압기 작동의 가역성
혹시 궁금하시다면, 이 두 변압기 유형을 반대로 작동시켜(AC 전원으로 2차 권선에 전원을 공급하고 1차 권선으로 부하에 전원을 공급) 반대 기능을 수행하는 것도 가능 합니다 . 즉, 승압기가 강압기로 작동할 수 있고 그 반대도 가능합니다.
그러나 이 장의 첫 번째 섹션에서 살펴본 것처럼 변압기의 효율적인 작동을 위해서는 개별 권선 인덕턴스를 특정 전압 및 전류 작동 범위에 맞게 설계해야 하므로 변압기를 이와 같이 "역방향"으로 사용하려면 각 권선의 전압 및 전류에 대한 원래 설계 매개변수 내에서 사용해야 합니다. 그렇지 않으면 비효율적이거나(또는 과도한 전압이나 전류로 인해 손상 될 수 있음 !)
변압기 구조 라벨
변압기는 종종 1차 권선과 2차 권선으로 이어지는 전선이 명확하지 않은 방식으로 제작됩니다. 혼란을 완화하기 위해 전력 산업에서 사용되는 한 가지 관례는 고전압 권선(스텝다운 유닛의 1차 권선, 스텝업 유닛의 2차 권선)에 "H" 지정을 사용하고 저전압 권선에 "X" 지정을 사용하는 것입니다.
따라서 간단한 전력 변압기에는 "H 1 ", "H 2 ", "X 1 ", "X 2 "라는 라벨이 붙은 전선이 있습니다. 이는 일반적으로 전선의 번호(H 1 대 H 2 등)에 중요한 의미를 지니며, 이 장에서 조금 나중에 살펴보겠습니다.
승압 및 강압 변압기의 실제적 중요성
전압과 전류가 반대 방향으로 "증가"한다는 사실(하나는 증가하고 다른 하나는 감소)은 전력이 전압과 전류의 곱이라는 사실과 변압기가 전력을 생성 할 수 없고 단지 변환만 할 수 있다는 사실을 떠올려보면 완벽하게 이해가 됩니다.
받은 것보다 더 많은 전력을 출력할 수 있는 모든 장치는 물리학의 에너지 보존 법칙을 위반할 것입니다 . 즉, 에너지는 생성되거나 파괴될 수 없고 오직 변환될 뿐입니다. 우리가 살펴본 첫 번째 변압기 예와 마찬가지로, 장치의 1차측에서 2차측으로의 전력 전달 효율은 매우 좋습니다.
이것의 실제적 중요성은 대안을 고려해 볼 때 더욱 분명해집니다. 효율적인 변압기가 등장하기 전에는 전압/전류 레벨 변환은 모터/발전기 세트를 사용해서만 달성할 수 있었습니다.
모터/발전기 세트의 도면은 관련 기본 원리를 보여줍니다. (아래 그림)
=
모터 발전기는 변압기의 기본 원리를 설명합니다.
이러한 기계에서는 모터가 발전기에 기계적으로 결합되어 있으며, 발전기는 모터의 회전 속도에서 원하는 수준의 전압과 전류를 생성하도록 설계되어 있습니다.
모터와 발전기는 모두 상당히 효율적인 장치이지만, 이런 방식으로 둘 다 사용하면 비효율성이 더해져 전체 효율이 90% 이하가 됩니다. 게다가 모터/발전기 세트에는 분명히 움직이는 부품이 필요하기 때문에 기계적 마모와 균형은 서비스 수명과 성능에 영향을 미치는 요소입니다.
반면 변압기는 움직이는 부품이 없이 매우 높은 효율로 AC 전압과 전류 수준을 변환할 수 있으므로 우리가 당연하게 여기는 전력의 광범위한 분배와 사용이 가능해집니다.
공평하게 말하면, 모터/발전기 세트가 모든 응용 분야 에서 변압기로 인해 반드시 쓸모없게 된 것은 아니라는 점에 유의해야 합니다 .
변압기는 교류 전압 과 전류 레벨 변환 에 있어서 모터/발전기 세트보다 분명히 우수하지만 , 교류 전력의 한 주파수를 다른 주파수로 변환하거나 (그 자체로) 직류를 교류로 또는 그 반대로 변환할 수 없습니다.
모터/발전기 세트는 이미 설명한 효율성과 기계적 요인의 한계에도 불구하고, 비교적 간단하게 이러한 모든 작업을 수행할 수 있습니다.
모터/발전기 세트는 운동 에너지를 저장한다는 고유한 특성도 가지고 있습니다. 즉, 모터의 전원 공급이 어떤 이유로든 잠시 중단되더라도 각운동량(회전하는 질량의 관성)이 발전기의 회전을 잠시 동안 유지하여 발전기에서 전원을 공급받는 모든 부하를 주 전원 시스템의 "결함"으로부터 분리합니다.
승압 및 강압 변압기 동작 분석
SPICE 분석 에서 숫자를 자세히 살펴보면 변압기 비율과 두 인덕턴스 사이에 대응 관계가 있음을 알 수 있습니다. 1차 인덕터(l1)가 2차 인덕터보다 인덕턴스가 100배 더 크고(10000 H 대 100 H) 측정된 전압 강하 비율이 10 대 1인 점에 유의하세요.
인덕턴스가 큰 권선은 다른 권선보다 전압은 높고 전류는 적습니다.
두 인덕터가 변압기에서 동일한 코어 소재에 감겨 있으므로(두 인덕터 간의 가장 효율적인 자기 결합을 위해), 두 코일의 인덕턴스에 영향을 미치는 매개변수는 각 코일의 권선 수를 제외하고는 동일합니다.
우리가 인덕턴스 공식을 다시 살펴보면 인덕턴스는 코일 턴 수의 제곱 에 비례한다는 것을 알 수 있습니다.
따라서 마지막 SPICE 변압기 예제 회로에서 인덕턴스 비율이 100:1인 두 인덕터는 10의 제곱이 100이기 때문에 코일 권선 비율이 10:1이어야 함이 분명합니다.
이는 1차 및 2차 전압과 전류에서 발견한 비율(10:1)과 동일하므로, 일반적으로 전압과 전류 변환 비율은 1차 및 2차 간 권선의 권선 비율과 같다고 말할 수 있습니다.
강압 변압기: (다수의 권선 : 소수의 권선).
변압기의 코일 권선 비율의 승압/강압 효과는 기계식 기어 시스템의 기어 이빨 비율과 유사하며 속도와 토크 값을 거의 같은 방식으로 변환합니다.
토크 감소 기어 트레인은 토크를 낮추는 동시에 속도를 높입니다.
전력 분배 목적의 승압 및 강압 변압기는 이전에 보여준 전력 변압기에 비해 거대할 수 있으며, 일부 장치는 집만큼 키가 큽니다. 다음 사진은 약 12피트 높이의 변전소 변압기를 보여줍니다.
변전소 변압기.
검토:
- 변압기는 1차선과 2차선의 권선 비율에 따라 전압을 "상승" 또는 "하강"합니다.
- 1차에서 2차로 전압을 높이도록 설계된 변압기를 승압 변압기라고 합니다. 1차에서 2차로 전압을 낮추도록 설계된 변압기를 강압 변압기 라고 합니다 .
- 변압기의 변환비는 1차 인덕턴스 대 2차 인덕턴스(L) 비율의 제곱근과 같습니다.
