실제변압기와 등가회로

여자가지는 회로의 어디에 놓이나

부하 쪽을 열어 둔 무부하에서도 전원 쪽 코일에는 작은 여자전류가 흐른다. 이 전류가 흐르려면 전원과 닫힌 고리를 이뤄야 하는데, 탭으로 여자가지를 세 자리에 놓아 보면 무부하 전류가 실제처럼 흐르는 자리는 하나뿐이에요. 그 자리가 어디이고 왜 그런지가 이 강의 질문이다.

자속은 100% 공유되지 않는다

이상변압기는 두 코일이 같은 자속을 완전히 나눠 쓴다고 보지만, 실제로는 자속 일부가 공기나 기름을 지나는 길로 새어 한쪽 코일하고만 쇄교한다. 이 누설 자속은 그 코일의 전류에 비례하므로 부하전류가 지나며 전압을 떨어뜨리는 직렬 누설 리액턴스 X로 나타나요. 권선 도선의 저항 R도 같은 직렬 자리에 더해진다.

철심을 자화하려면 여자전류가 든다

자속을 세우는 데는 전류가 들고, 교번하는 자속이 철심을 데우는 히스테리시스 손실과 와전류 손실도 생긴다. 둘 다 전압이 걸리기만 하면 무부하에서도 흐르므로 전원 쪽 단자에 걸린 분로로 놓는다. 철손은 컨덕턴스 Gc로, 자화는 서셉턴스 Bm으로 묶으면 여자 어드미턴스 Y0 = Gc - jBm이 돼요. 여자전류는 정격 전류의 몇 퍼센트에 그치고 큰 변압기일수록 더 작지만, 철심이 포화하는 탓에 정현파가 아니라 홀수 고조파가 섞인 일그러진 모양이다.

부하 쪽을 전원 쪽으로 환산해 한 회로로

권선비 a로 부하 쪽 임피던스를 a²Z2로 환산하면 직렬 가지가 합쳐져 Req = R1 + a²R2, Xeq = X1 + a²X2가 된다. 여자 어드미턴스는 보통 작아서, 입력 단자 쪽으로 옮긴 근사 등가회로로 계산을 단순하게 만들어요. 직렬 가지는 동손과 전압강하를, 분로 가지는 철손과 무부하 전류를 나타내며, 실제 값은 부하 쪽을 연 무부하 시험으로 분로 가지를, 부하 쪽을 단락한 단락 시험으로 직렬 가지를 따로 재어 얻는다.

첫 화면으로 돌아가서

무부하 전류가 실제처럼 흐른 자리는 분로뿐이었다. 여자가지를 직렬에 두면 부하 쪽이 열린 순간 고리가 끊겨 전류가 0이 되지만, 분로로 두면 전원과 닫힌 고리를 이뤄 작은 여자전류가 남아요. 비이상성을 자리로 나눈 결과가 바로 등가회로이고, 부하전류가 지나는 권선 저항과 누설 리액턴스는 직렬, 전압에 걸려 무부하에서도 흐르는 철손과 자화 전류는 분로다.

등가회로는 변압기의 성능을 숫자로 바꾸는 장치다. 직렬 가지의 동손과 분로 가지의 철손이 효율을 정하고, 직렬 임피던스의 전압강하가 전압변동률을 정해요. 다음 강에서는 이 두 손실로 최대 효율 조건과 전압변동률을 직접 계산한다(MC-A5). 같은 직렬 · 분로 갈래는 회전기의 등가회로에서도 그대로 되풀이된다.