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전기기능사 전기기기 · 변압기 특성

Transformer Characteristics

변압기 특성은 철손 · 동손, 효율, 전압 변동률로 변압기의 성능을 읽는 단원이다. 계산 문제는 대부분 최대 효율 조건(철손 = 동손)과 정격 · 손실의 관계에서 나온다. 부하율이 바뀔 때 효율이 어떻게 오르내리는지 감으로 잡아 둬요. 부하율 슬라이더를 10 ~ 100% 로 옮기면 그림의 흰 점선과 위쪽 글의 효율 값이 바뀌고, 효율 곡선은 철손선과 동손 곡선이 만나는 정격 부하에서 가장 높아요.

변압기 정격과 손실

💡 변압기 정격을 kVA 로 적는 까닭
①변압기는 전압만 바꾸므로 어떤 역률의 부하가 걸릴지 모른다
②그래서 kW 가 아니라 kVA(피상 전력)로 정격을 적는다
③손실은 크게 둘이다. 늘 일정한 철손과 부하에 따라 변하는 동손이에요

철손과 동손

손실

철손과 동손
구분철손 Pi동손 Pc
생기는 곳철심권선(구리선)
원인자속 변화전류가 흐름(I²R)
부하와의 관계부하와 무관(일정)부하² 에 비례
종류히스테리시스손 + 와전류손1차 동손 + 2차 동손
측정무부하 시험단락 시험

효율과 최대 효율 조건

50%

그림은 정격 부하에서 Pi = Pc = 0.02(정격 출력에 대한 비)로 잡았다. 부하율 50% 에서 η = 95.2 %

변압기 효율
η = P2P2 + Pi + Pc × 100 [%]
효율 = 출력 / (출력 + 철손 + 동손)
최대 효율 조건
Pi = Pc (철손 = 동손)
부하율 m = √(Pi / Pc) 에서 m²Pc = Pi 가 되어 효율이 가장 높다(Pc 는 전부하 동손)

전압 변동률

전압 변동률
ε = V20 - V2nV2n × 100 [%]
V₂₀: 무부하 2차 전압, V₂n: 정격(전부하) 2차 전압
🔑 전압 변동률이 작을수록 좋은 변압기
①부하가 걸려도 2차 전압이 별로 떨어지지 않는다는 뜻이다
②이상적인 변압기는 ε = 0% 다
③실제 변압기는 보통 3 ~ 5% 예요

정리

효율 식
η = P2P2 + Pi + Pc × 100
출력 / (출력 + 철손 + 동손)
최대 효율 조건
Pi = Pc
철손 = 동손일 때 효율이 가장 높다
🎯 시험에서 묻는 것
①정격은 kVA 로 적는다(부하 역률을 모르므로)
②철손: 부하와 무관하게 일정하고 무부하 시험으로 잰다
③동손: 부하² 에 비례하고 단락 시험으로 잰다
④최대 효율 조건: 철손 = 동손, 부하율 √(Pi/Pc)
⑤전압 변동률 = (V₂₀ − V₂n)/V₂n 은 작을수록 좋아요
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