강의노트 변압기의 기본

변압기

https://www.youtube.com/watch?v=Vz5x6ZtHdgY

https://www.youtube.com/watch?v=vh_aCAHThTQ

변압기는 교류 전기에너지를 전자기 유도 작용을 통해 다른 전압 크기의 교류 전기에너지로 변화시키는 기기입니다. 이는 일반적으로 자기에너지를 다른 크기의 자기에너지로 변환하는 기능을 합니다.

변압기는 일반적으로 전자기 유도작용을 이용하여 에너지를 변환하는데 사용되며, 크게 입출력 전압 비율에 따라 분류됩니다. 입력 전압이 출력 전압보다 높은 경우 강압 변압기, 출력 전압이 입력 전압보다 높은 경우 승압 변압기라고 합니다.

변압기는 전력계통에서 전력 전달, 절연, 보상 등 다양한 용도로 사용되며, 주로 발전소, 송전망, 변전소, 빌딩, 공장 등에서 사용됩니다.

역사

전력 변압기의 발전 과정은 1831년 Faraday가 최초의 변압기로 전자유도법칙을 발견한 것으로부터 시작됐다. 그 이후로 1882년 뉴욕에서 첫 central power station이 운전을 개시하면서 전력 변압기의 필요성이 대두되었다. 하지만 저압 대전류로 전력을 전송했기 때문에 선로의 전력손실이 커서 비효율적이었다. 그러나 1885년 William Stanley가 첫 상용화된 변압기를 제작하면서 이러한 문제점을 해결할 수 있게 되었다.

1886년 미국에서는 교류전원계통이 최초로 적용되었다. 이것은 변압기를 포함한 교류전원계통으로 저압 직류계통의 단점을 해결할 수 있는 방법이었다. Elihu Thomson은 전기용접기용 변압기를 개발하였다.

1892년 Charles P. Steinmetz는 magnetic resistance-Reluctance에 관한 이론을 발표하였다. 그리고 1893년에는 wattless resistance-Reactance에 관한 이론을 발표하였다. Steinmetz는 이론적 정립을 위해 히스테리시스에 관한 실험식을 제시하였고, 변압기의 등가회로를 제안하여 교류여자기기의 해석적 근거를 제시하였다. 이러한 연구들은 전력 변압기 발전에 큰 역할을 하였다.

• 1831년 Faraday : 최초의 변압기로 전자유도법칙을 발견

• 1882년 9월 뉴욕에서 첫 central power station 운전개시

  • 저압, 대전류로 선로의 전력손실이 커서 비효율적이었다.

• 1885년 William Stanley : 첫 상용화 변압기를 제작

• 1886년 미국내 교류계통을 최초로 적용

  • 변압기를 포함한 교류전원계통으로 저압 직류계통의 단점을 해결
  • Elihu Thomson : 전기용접기용 변압기 개발

• 1892년 Charles P.Steinmetz : magnetic resistance - Reluctance

• 1893년 Charles P.Steinmetz : wattless resistance - Reactance

  • 실험식으로 히스테리시스에 관한 이론적 정립
  • 변압기의 등가회로를 제안하여 교류여자기기의 해석적 근거 제시하였다.

분류

응용 분야

• 전력용 변압기 - 송배전계통용
• 전자용 변압기 - 전자제품용 변압기
• 계기용 변압기 - 변성기, 변류기
• 특수용 변압기 - 정전류변압기, 정전압변압기

다른 분야

• 권수
  • 1권선, 2권선, 다권선
• 다상 결선법
  • $\Delta$결선, Y결선, 대각결선, 포크결선
• 전압레벨
  • 송전용, 변전용, 배전용
• 사용주파수
  • 전력용, audio용, 고주파용

형태

[출처 : 위키피디아]

• 내철형(core type)
  • 소용량의 배전용 변압기
  • 권선이 철심의 각(leg) 부분에 감겨 있으며 권선이 철심을 감싸고 있는 구조
• 외철형(shell type)
  • 저압-대전류용
  • 저압권선은 안쪽에 그 위에 고압권선을 감는다.
  • 절연문제 해결
  • 적은 누설 자속이 발생
• 권철심형 : 주상변압기

변압기 제조 과정

https://www.youtube.com/watch?v=Za6hZSjSjBg

https://www.youtube.com/watch?v=CkqhSfsFxhg

구조

https://www.youtube.com/watch?v=NVML7ihBEUQ

명칭

• 1 : 각(leg) : 수직으로 서 있는 철심부분
• 2 : 계철(yoke) : 각을 연결하는 철심부분
• 3 : 창(window) : 각과 계철로 구성되는 창형태의 공간

강판

[출처 : 위키피디아]

• 비투자율이 클것 – 여자전류 감소
• 자기저항율이 클 것 - 와류손 감소
• 히스테리시스손이 적을 것
• 성층 – 와류손 감소
• 규소강판 : 규소가 4%정도 함유된 0.3mm정도의 강판
• 절연 성층

권선 배치

• 동심배치 :

  • 주로 소용량에 많이 쓰이며 고전압 변압기에 적합

• 교호배치

  • 주로 대용량에 많이 쓰이며 대전류 변압기에 적합

권선법

• 직접권 – 소용량의 내철형(주상변압기용)

• 형권 - 원통형, 평판형, 장방형

절연재료