반갑습니다. 김대호교수 입니다.
질문 요약: 단권변압기의 원리, 구조, 장단점 및 용도 등 전반적인 이론에 대해 알고 싶습니다.
1. 단권변압기란?
**단권변압기(單卷變壓器)**는 이름 그대로 **하나의 권선(코일)**을 사용하여 전압을 바꾸는 변압기입니다. 일반적인 변압기(복권변압기 또는 절연변압기)가 1차측과 2차측 코일이 전기적으로 완전히 분리된 두 개의 권선으로 이루어진 것과 달리, 단권변압기는 하나의 권선을 1차와 2차 회로가 공통으로 사용합니다.
이러한 구조적 특징 때문에 1차측과 2차측이 전기적으로 절연되어 있지 않다는 것이 가장 큰 차이점입니다.
- 복권변압기 (절연변압기): 1차 권선과 2차 권선이 분리되어 자기(磁氣)적으로만 결합
- 단권변압기: 1차 권선과 2차 권선의 일부가 전기적으로 연결되어 공통으로 사용
2. 구조 및 원리
단권변압기의 권선은 두 부분으로 나뉩니다.
- 직렬 권선(Series Winding): 고압측에만 연결된 부분입니다.
- 분로 권선(Shunt Winding) 또는 공통 권선(Common Winding): 고압측과 저압측이 공통으로 사용하는 부분입니다.
전압 및 전류 관계
- 전압: 일반 변압기와 마찬가지로 권선수에 비례합니다.
- V_H / V_L = N_H / N_L (단, VH : 고압측 전압, VL : 저압측 전압, NH ,NL : 각 권선수)
전력 전달 원리: 부하용량과 등가용량(자기용량)
단권변압기를 이해하는 가장 중요한 핵심은 전력이 두 가지 방식으로 전달된다는 점입니다.
- 자기용량 또는 등가용량: 직렬 권선과 분로 권선 사이에서 전자 유도 작용을 통해 변압되어 전달되는 전력입니다. 이는 변압기 자체가 실제로 변압하는 용량을 의미합니다.
- 공급 전력: 전원에서 부하로 권선을 통해 직접 전달되는 전력입니다.
이로 인해 부하에 공급되는 전체 전력(부하용량)에 비해, 변압기 자체가 감당해야 하는 용량(등가용량)이 작아지는 효과가 발생합니다.
- 부하용량 (전체 공급 전력): P_L = V_H × I_H = V_L × I_L
- 등가용량 (자기용량): P_S = (V_H - V_L) × I_H
이 두 용량의 비율은 다음과 같습니다.
- 등가용량 / 부하용량 = (V_H - V_L) / V_H = 1 - (V_L / V_H)
이 공식은 단권변압기의 모든 장점의 근원이 됩니다. 고압(VH )과 저압(VL )의 전압비가 1에 가까울수록(즉, 전압 차이가 적을수록) 등가용량(자기용량)이 부하용량에 비해 매우 작아집니다.
3. 주된 용도
단권변압기는 전압비가 1에 가까운 곳에서 큰 장점을 발휘하므로 다음과 같은 곳에 주로 사용됩니다.
- 초고압 전력계통의 연계용 변압기: 345kV/154kV, 765kV/345kV와 같이 전압비가 크지 않은 초고압 계통 간을 연결할 때 경제적 이점이 매우 큽니다.
- 배전선로의 승압 또는 강압기: 선로의 전압 강하를 보상하기 위한 용도로 사용됩니다.
- 유도전동기의 기동 보상기: 전동기 기동 시 전압을 낮추어 기동 전류를 제한하는 용도로 사용됩니다.
｜
｜
｜
｜
｜