18. 변압기 전압 변동율

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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.
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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.
"adfds"
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.
개인 도구