19. 단권 변압기

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담당자 : 남경돈

목차

가. 실험목적

  • 단권변압기에서의 전압과 전류의 관계
  • 표준 변압기를 단권변압기로서 결선하는 방법

나. 개 요

1개 권선 만을 가진 특별한 변압기가 있다. 1개의 권선이 1차 권선과 2차 권선 모두의 기능을 대신하는데, 이러한 변압기를 단권변압기라 한다. 단권변압기가 전압을 높이는데 사용될 때는 단일권선의 한 부분이 1차 권선으로서의 기능을 하며, 전체 권선이 2차 권선으로서의 기능을 한다. 단권변압기가 전압을 낮추는데 사용될 때는, 전체 권선이 1차 권선으로서의 기능을 하며, 권선의 한 부분이 2차 권선으로서의 기능을 한다.
그림 14-1(a) 와 14-2(b)는 전압 상승 및 전압 저하를 위해 연결된 단권변압기들을 보여준다. 단권변압기의 기능은 기본적으로 표준 변압기(2개의 권선을 갖춘)와 같다. 전력은 자계를 변화시킴에 따라 1차 권선에서 2차 권선 순으로 이동하며, 2차 권선은 동일한 1차 및 2차 전력의 요구 조건을 맞추기 위해 1차 권선의 전류를 조정한다. 경우에 따라서 어떤 권수는 1차 권선, 2차 권선에 공통이지만, 각 권선이 분리되었다고 생각할 때, 전압의 상승 및 전하량은 1차 권선, 2차 권선 사이의 권수비에 달려 있다. 권선 내의 전압과 전류는 2개의 간단한 법칙에 의한다.
a) 1차 피상 전력(VA)은 2차 피상 전력(VA)과 같다.
(V \times A)_P  = (V \times A)_S (1)
E_P  \times I_P  = E_S  \times I_S (2)
b) 1차 전압(공급원)과 2차 전압(부하)은 권수 N에 비례한다.
\frac{{E_P }}{{E_S }} = \frac{{N_P }}{{N_S }} (3)
따라서, 그림 14-1 (a)에서
\frac{{E_P }}{{E_S }} = \frac{{N_{AtoB} }}{{N_{AtoB}  + N_{BtoC} }} = \frac{{N_{AtoB} }}{{N_{AtoC} }}
그리고, 그림 14-1 (b)에서
\frac{{E_P }}{{E_S }} = \frac{{N_{AtoB}  + N_{BtoC} }}{{N_{AtoB} }} = \frac{{N_{AtoC} }}{{N_{AtoB} }}
300
300
Fig. 14-1 (a) Fig. 14-1 (b)
이들 식에서 중요한 사항은 전압 EAtoBEBtoC가 같은 방향으로 더해진다는 사실이며, 서로가 상쇄되지 않는다는 것이다. 우리는 전압들이 같은 상에 있다고 가정했다. 물론 부하 전류는 권선의 전류반송량(current carrying capacity)을 초과할 수는 없다. 이러한 사실을 알고 우리는 특정 단권변압기가 공급할 수 있는 VA부하를 쉽게 계산할 수 있다. 단권변압기의 단점은 1차 회로와 2차 회로 사이에 분리성이 없다는 것으로 1차 회로, 2차 회로 모두 같은 권선을 사용하기 때문에 2차측의 회로를 자기적으로 분리하여 보호하는 성질이 없다.

다. 준 비 물

  • 변압기-----------------------------------------------------EMS 8341
  • 전원공급장치(0-120/208Vac)---------------------EMS 8821
  • 교류 전류계(0.5/0.5A)-------------------------------EMS 8425
  • 교류 전압계(100/250V)------------------------------EMS 8426
  • 저항기-----------------------------------------------------EMS 8311
  • 리드선-----------------------------------------------------EMS 8941

라. 실 습

♣ 주 의 : 이 실험에는 고전압이 사용되므로 전원을 켠 채로 연결하지 말아야 한다.

각각의 측정이 끝난 후 즉시 전원을 꺼야한다.

1. 변압기, 전원공급장치, 저항기 및 기타 교류전압계, 전류계 등을 사용하여, 그림 14-2 의 회로를 연결하라. 권선 5-6 은 120Vac 전원을 통한 1차 권선으로 연결되어 있다. 권선 중앙의 단자 9는 부하의 한쪽 면과 연결되어 있으며, 1차 권선의 6-9부분은 2차 권선으로서 연결되어 있다.
2. 다음의 실험을 실행한다.
a) 저항기의 모든 스위치를 열림 위치로 놓아 0부하 전류가 되게 한다.
b) 전원을 켜고 120Vac로 맞춘다. (이것은 권선 5-6 의 정격전압이다.)
c) 부하저항 RL 을 120오옴에 맞춘다.
d) 전류 I1,I2 출력 전압E2 를 측정, 기록한다.
I1 = ____________ Aac
I2 = ____________ Aac
E2 = ____________ Vac
e) 전압을 0으로 돌린 후 전원을 끈다.
Fig. 14-2
3. 다음의 실험을 실행한다.
a) 1차 및 2차 회로의 피상 전력을 계산한다.
E1 ________ × I1 _________ = _________ (VA)P
E2 ________ × E2 _________ = _________ (VA)S
b) 위의 두 피상전력이 대략 일치하는가?
c) 이것은 전압상승 단권변압기인가? 또는 전압강하 단권변압기인가?


4. 그림 14-3 의 회로를 연결한다. 권선 6-9가 60Vac 전원을 통한 1차 권선으로서 연결되어 있다. 권선 5-6 이 2차 권선으로서 연결되어 있다.
Fig. 14-3
5. 다음의 실험을 실행한다.
a) 저항기의 모든 스위치를 열림 위치로 놓아 0 부하 전류가 되게 한다.
b) 전원을 켜고 60Vac로 맞춘다. (이것은 권선 6-9 의 정격전압이다.)
c) 부하 저항 RL 을 600오옴으로 맞춘다.
d) 전류 I1, I2 출력 전압 E2를 측정, 기록한다.
I1 = ____________ Aac
I2 = ____________ Aac
E2 = ____________ Vac
e) 전압을 0으로 돌린 후 전원을 끈다.


6. 다음의 실험을 실행한다.
a) 1차 및 2차 회로의 피상전력을 계산한다.
E1 __________ × I1 __________ = __________ (VA)P
E2 __________ × I2 __________ = __________ (VA)S
b) 위의 두 피상전력이 대략 일치하는가?
c) 이것은 전압상승 단권변압기인가? 또는 전압강하 단권변압기인가?

마. 실습평가

1. 표준 변압기는 60 KVA의 정격을 가진다. 1차 및 2차 전압은 각각 600Volts 와 120Volts 정격이다.
a) 각 권선의 정격 전류는 얼마인가?
b) 만일 1차 권선이 600Vac에 연결된다면, 어떤 kVA부하가 2차 권선에 연결 가능한가?
2. 만일, 1의 변압기가 단권변압기로서 600Vac에 연결된다면
a) 다른 연결시에 얻을 수 있는 출력 전압들은?
b) 변압기가 각각의 출력전압에 공급할 수 있는 KVA부하를 계산하면?
c) 각 출력전압의 권선전류들을 계산하고, 이들이 정격 값을 초과하는지 살펴본다.
3. 변압기와 120Vac의 고정 전원을 사용하며, 다음 출력전압의 1차 및 2차 권선으로서는 어떤 권선을 사용할 것인가를 살펴본다.
a) 148Vac
b) 328Vac
c) 224Vac
d) 300Vac

바. 정 답

실 습

2.
d) 0.25, 0.49, 58
3.
a) 120, 0.25, 30, 58, 0.49, 28.4
b) 예. 여자전류의 손실이 고려될 때, 1차 전력과 2차 전력은 같다.
c) 저하.
5.
d) 0.41, 0.195, 119
6.
a) 60, 0.41, 24.6, 119, 0.195, 23.2
b) 예. 만일 변압기의 효율이 100% 라면, 두 전력의 값은 일치한다.
c) 저하.

실습평가

1.
a) IP = VA/EP = 60,000/600 = 100A
IS = VA/ES = 60,000/120 = 500A
IS = (EP/ES) × IP = (600/120) × 100 = 500A
b) 120Vac 하에서 500Aac를 인입(drawing)는 부하는 60KVA 이다.
2.
a) 720, 480, 120
b) 120Vac 출력 : VA = 120 × 500 = 60 KVA
480Vac 출력 : VA = 480 × 500 = 240 KVA
720Vac 출력 : VA = 720 × 600 = 360 KVA
c) 120Vac : I120V = 500 Aac
480Vac : I120V = 500 Aac
I600V = 500 - 400 = 100 Aac
720Vac : I120V = 500 Aac
I600V = 600 - 500 = 100 Aac
모든 전류가 정격 내에 있다.
3.
a) 1차 = 1-2
2차 = 1-4
b) 1차 = 1-2
2차 = 1-4
c) 1차 = 1-2
2차 = 1-7
d) 1차 = 1-2
2차 = 1-8
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