PW-A1 · 삼상 교류

3상 결선: Y와 Δ

평형 삼상 전원은 같은 세 코일을 어떻게 잇느냐에 따라 Y 결선이 되기도 하고 삼각(Δ) 결선이 되기도 한다. 두 결선이 서로 다른 전원이 아니라 같은 세 EMF를 잇는 두 가지 배선이라는 점을 직관으로 익혀요.

세 EMF를 더해서 0으로 만들기

세 페이저는 같은 빠르기로 함께 돌고, 붉은 화살표가 셋의 합이다. 탭으로 위상 간격을 바꿔 가며 합이 사라지는 간격이 어디인지 찾아요.

탭 셋으로 위상 간격을 바꾼다. 흐린 점선은 세 화살표를 꼬리에 머리를 이어 붙인 자취이고, 그 끝이 곧 붉은 합 화살표의 끝이다.

세 EMF의 합의 크기

|E_a + E_b + E_c| ≈ 0.00 E

정확히 120도라 세 EMF가 별 모양으로 고르게 벌어지고 합이 0이 된다. 그래서 삼각 고리를 닫아도 순환전류가 흐르지 않아요.

Δ 고리 안전 · Y 중성점 안정

평형 · 합 0 ·

Y 결선 · 한 점에 모은다

세 코일(a, b, c)의 한쪽 끝을 모두 한 점에 모으면 그 공통점이 중성점 N이 되고, 반대쪽 끝 셋은 바깥으로 나가 선이 된다. 전원과 부하가 모두 평형이면 중성점으로 흘러드는 세 전류의 합도 0이라, 중성선을 빼도 중성점 전위가 흔들리지 않아요. 부하가 고르지 않으면 이 합이 남으므로, 배전처럼 부하가 들쭉날쭉한 곳에서는 중성선을 함께 끌고 간다.

Δ 결선 · 고리로 닫는다

각 코일의 끝을 다음 코일의 시작에 잇는다. a의 끝은 b의 시작에, b의 끝은 c의 시작에, c의 끝은 a의 시작에 이어 세 코일이 닫힌 삼각 고리를 이루고, 중성점은 없다. 고리를 닫는 순간 세 EMF가 직렬로 한 바퀴 더해지므로 그 합이 0이어야 순환전류가 흐르지 않아요. 실제 발전기나 변압기의 제3고조파 전압은 세 상에서 위상이 같아 합이 0이 되지 않으므로, Δ 고리 안을 돌 뿐 고리 밖 선에는 나오지 않는다.

합이 0인 이유

세 EMF를 평면 위 화살표로 보면 길이가 같고 방향이 120도씩 벌어져 있다. 가로 성분끼리, 세로 성분끼리 더하면 양쪽이 정확히 지워지는데, 그림의 흐린 점선처럼 꼬리에 머리를 이어 붙이면 정삼각형이 닫혀 출발점으로 돌아오는 것과 같은 이야기다. 이것이 Y의 중성선 전류가 0인 이유이자, 삼각 고리를 안심하고 닫을 수 있는 이유다.

관찰Re = 1 − ½ − ½ = 0

실수부를 더하면 0이다.

고르기Im = 0 − √3/2 + ? = 0

허수부를 더해도 0이다.

빈칸E_a + E_b + E_c = ?

그래서 세 EMF의 합은 0이에요.

스스로I_N = I_a + I_b + I_c = ?

같은 이유로 평형 Y의 중성선 전류도 0이다.

첫 화면으로 돌아가서

붉은 합 화살표가 사라진 것은 위상 간격이 정확히 120도일 때였다. 그 평형 세트를 한 점에 모으면 Y, 고리로 닫으면 삼각(Δ) 결선이 되는데, 둘은 서로 다른 전원이 아니라 같은 세 EMF를 잇는 두 가지 방법이에요. 합이 0이라는 한 가지 사실이 Y에서는 중성점을 안정시키고 삼각에서는 고리 안의 순환전류를 막는다.

평형 삼상은 크기가 같고 위상이 120도씩 어긋난 세 EMF이고, 세 EMF의 합은 0이다. 한쪽 끝을 한 점에 모으면 중성점이 생기는 Y(성형) 결선, 끝과 시작을 이어 고리로 닫으면 합이 0이라 순환전류가 없는 Δ(삼각) 결선이다. 둘은 같은 세 전원의 두 가지 배선이다.

다음 한 걸음

같은 평형 세트를 손에 쥐었으니 다음 유닛(PW-A2)에서는 결선이 전압과 전류에 어떻게 나타나는지 따져요. Y에서는 선간전압이 상전압의 √3배가 되고 삼각에서는 선전류가 상전류의 √3배가 되는데, 그 √3은 바로 여기서 더한 두 페이저의 차에서 나온다.