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담당자. 한두철
목차 |
가. 실험목적
- 1. 가변 부하시 변압기의 전압변동율 측정
- 2. 유도 및 용량 부하시 변압기 변동율 측정
나. 개 요
- 변전소에서 사용되는 큰 용량의 전력형 변압기의 부하량은 시간대에 따라 크게 변화한다. 변압기 2차 전압은 부하에 따라 변하므로 변압기 변동율은 상당히 중요하다.(전동기, 백열전등, 열 장비 등에 많은 전압 변화가 발생한다고 상상해 보라) 2차 전압도 부하의 역률이 진상(Leading). 지상(Lagging) 또는 일치 여부가 매우 중요하게된다. 이러한 현상을 파악하기 위해 용량성, 유도성 또는 저항성 부하시의 변압기의 작용을 살펴 볼 필요가 있다.
이상적인 변압기는 권선이 코일(인덕터스) 성분만 있고 저항이 없다고 가정했다. 이러한 변압기는 전 부하시 1, 2차 전압관계를 상수적 관계로 나타낸다. 그러나, 실제의 변압기는 권선 저항을 가지며, 자계의 형성에 따른 무효 전력이 발생하게 된다. 따라서, 실제의 변압기는 1차 및 2차측 권선 저항 R 과 리액턴스 X 를 각각 가진다. 1:1 의 권수비를 갖는 전력형 변압기의 등가 회로는 그림 13-1 의 회로로 대략 나타낼 수 있다. 실제의 변압기 단자들은 1차권선의 P1,P2 와 2차 권선의 S1,S2이다. 회로에 나타난 변압기는(사실은 불완전성을 나타내는) R, X로 구성된 임피던스와 직렬 연결된 이상적 변압기로 구성되어 있다.
다. 준 비 물
- 1.변압기 EMS 8341
- 2.전원공급장치 (0-120Vac) EMS 8821
- 3.교류 전압계 (250/250V) EMS 8426
- 4.교류 전류계 (0.5/0.5A) EMS 8425
- 5.가변 저항기 EMS 8311
- 6.가변 유도성 부하기 EMS 8321
- 7.가변 용량성 부하기 EMS 8331
- 8.리드선 EMS 8941
라. 실 습
♣ 주 의 : 이 실험에는 고전압이 사용되므로 전원을 켠 채로 연결하지 말아야 한다.
- 각각의 측정이 끝난 후 즉시 전원을 꺼야 한다.
- 1.변압기, 전원 공급 장치, 저항기, 교류 전류계 등을 사용하여 그림 13-2 의 회로를 연결한다.
- 2.다음의 실험을 실행한다.
- a) 무부하 전류를 얻기 위해 저항기의 모든 스위치를 열림 위치로 놓는다.
- b) 전원을 켜고 120Vac로 정확히 맞춘다.
- c) 도표 13-1 에 입력 전류 I1, 출력 전류 I2, 출력 전압 E2 들을 측정하여 기록한다.
ZL(Ω) I2(mAac) E2(Vac) I1(mAac) ∞ 1200 600 400 300 240
- 표 13-1
- d) 부하 저항 ZL 을 1200Ω이 되도록 맞춘다. 이때 입력 전압은 정확히 120Vac 이어야 한다. I1,I2,E2 를 측정, 기록한다.
- e) 도표 13-1 에 열거한 각각의 값에 대해 (d)를 반복한다.
- f) 전압을 0 으로 한 후 전원을 끈다.
- 3.다음의 작업을 실행한다.
- a) 표 13-1의 무부하 및 전부하 출력 전압을 이용하여 변압기 변동율을 계산한다.______________ ％
- b) 표에 있는 각각의 부하 저항에 대해서 1차 권선 VA는 2차 권선 VA 와 일치하는가?
- 4.다음의 실험을 실행한다.
- a) 저항기 대신 유도성 부하기를 사용하여 실험 2를 반복한다.
- b) 측정값을 표 13-2에 기록한다.
- 5.다음의 실험을 실행한다.
- a) 저항기 대신 용량성 부하기를 사용하여 실험 2를 반복한다.
- b) 측정값을 표 13-3 에 기록한다.
ZL(ohms) I2(mAac) E2(Vac) I1(mAac) ∞ 1200 600 400 300 240
- 표 13-2
ZL(Ω) I2(mAac) E2(Vac) I1(mAac) ∞ 1200 600 400 300 240
- 표 13-3
- 6.각 변압기 부하에 대한 변동률 곡선 (출력 전압 E2 對 출력 전류 I2)을 작성한다.
- a) 표 13-1에 기록된 E2를 그래프로 나타낸다.
- b) 각 점들을 연결하여 그래프를 완성시킨 후 이를 “저항 부하(resistance load)그래프”라고 한다.
- c) 유도성 부하기와 용량성 부하기에 대해서도 a)를 반복한다. 그리고 이들은 각각 “유도 부하(inductive-load)그래프”, “용량 부하(capacitive load)그래프”라고 한다.
마. 실습평가
- 1.용량 부하가 사용될 때 출력 전압이 증가하는 이유는?
- 2.변압기는 매우 낮은 임피던스를 가진다. (작은 R 과 X)
- a) 이는 변동률에 어떤 영향을 주나?
- b) 이는 단락 전류에 어떤 영향을 주나?
- 3.대용량 변압기들은 대개 그 관련 회로 차단기들의 크기가 적정하게 유지되도록 하기 위해서 최적 변동률의 특성을 가지지 못하게끔 설계되어진다. 설명하시오.
- 4.변압기의 열 용량은 동일 VA 정격의 저항기, 유도성 부하기, 용량성 부하기들과 대략 일치하는가를 설명하시오.
바. 정 답
실 습
- 2. c) 과 e)
ZL(ohms) I2(mAac) E2(Vac) I1(mAac) ∞ 0 120 20 1200 100 119 100 600 190 117 200 400 285 115 290 300 380 112.5 395 240 475 110 480
- 3.a) [(120 - 110)/110] × 100 = 9.1 ％
- b) 아니오. 주권선 VA 가 (동손 및 코어 손실을 초래하며 또 보조권선으로 전달되지 않는) 여자 전류에 의하므로
- 4. b)
ZL(ohms) I2(mAac) E2(Vac) I1(mAac) ∞ 0 120 20 1200 100 118 105 600 197 115 202 400 290 112 300 300 370 110 375 240 450 108 460
- 5.b)
ZL(ohms) I2(mAac) E2(Vac) I1(mAac) ∞ 0 120 20 1200 100 122 80 600 230 125 220 400 330 127 310 300 445 130 425 240 530 132 500
- 6. a) & b) & c)
실습평가
- 1.용량 부하는 공진 이하에서 작동되는 직렬 LC 회로를 형성한다. 용량 회로이므로 콘덴서를 지나는 전압 강하는 변압기의 보조권선내에 유도된 전압보다 클 수 있다.
- 2.
- a) 낮은 내부 전압 강하가 발생되므로 변압기 변동율은 매우 좋다.
- b) 낮은 임피던스가 전류의 흐름을 제한하므로 단락 회로의 전류는 매우 높다.
- 3. 회로 차단기의 크기는 방해(interrupt)하여야 할 전류량을 좌우한다. 내부 임피던스의 증가는 단락 회로의 전류를 제한하며 작은 회로 차단기의 사용을 가능케 한다.
- 4. 아니오. 같은 VA 부하 하에서, 콘덴서는 높은 전압과 낮은 전류를 가지므로 변압기의 가열이 가장 적고, 유도 부하는 변압기의 가열이 가장 크다.