20. 배전 변압기

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담당자 : 남경돈

목차

가. 실험목적

120/240 볼트 2차 권선을 가진 표준 배전변압기의 이해

나. 개 요

가정공급용 및 전력 저장용 배전변압기의 대다수는 1개의 1차 고전압권선을 가진다. 2차 권선은 소형기기에 쓰이는 120볼트 와 전기스토브 또는 세탁기 등에 쓰이는 240볼트를 공급한다. 2차 권선은 단일 권선의 중앙이 탭(Tap)된 형태이거나 또는 2개의 분리된 권선이 직렬 연결된 형태일 것이다. 이번 실험을 통해서, 다양한 부하상태에서의 변압기의 작동을 살펴보자.

다. 준 비 물

  • 전원공급장치 (0-120/208Vac)----------------EMS 8821
  • 교류 전류계 (0.5/0.5/0.5A)--------------------EMS 8425
  • 교류 전압계 (250/250/250V)------------------EMS 8426
  • 변 압 기-----------------------------------------------EMS 8341
  • 저 항 기-----------------------------------------------EMS 8311
  • 유 도 기-----------------------------------------------EMS 8321
  • 리 드 선-----------------------------------------------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. EMS 변압기, 저항기, 전원공급장치, 교류전류계 등을 사용하여 그림 16-1의 회로를 연결한다. 1차권선 3-4 는 전원공급장치의 단자 4 와 5 (0-280Vac)로 연결되어 있다. 변압기 2차 권선 1-2 와 5-6 은 점 A 와 B 사이의 240Vac를 얻기 위해 직렬연결 되어있다. R1 과 R2 에 대해서는 각각 서로 다른 1개씩의 저항군을 쓰기로 한다.
Fig. 16-1
2. 다음의 실험을 실행한다.
a) 저항기의 모든 스위치들을 열림 위치에 놓는다.
b) 전원을 켜고 208Vac에 맞춘다.
c) 변압기의 전체 출력전압 ET, 각 부하를 지나는 전압 E1,E2 선전류 I1,I2 중립선(neutral line) IN 의 전류 등을 측정하여 도표 16-1에 기록한다.


3. 다음의 실험을 실행한다.
a) 해당 스위치를 닫음으로써 각 부하가 300오옴이 되게 한다.
b) 도표 16-1 에 기록한다.
c) 중립선 전류(neutral line current)가 0인 이유는?


Table 16-1
PROCEDURE

NUMBER

R1

Ω

R2

Ω

I1

I2

IN

E1

V

E2

V

ET

V

2(c)
3(b) 300 300
4(b) 300 1200
5(c) 300 1200
6(f) 400 400
4. 다음의 실험을 실행한다.
a) 부하 RL이 300오옴인 상태에서 R2 가 1200오옴이 되게 한다.
b) 도표 16-1 에 기록한다.
c) 전압을 0으로 돌린 후 전원을 끈다.
d) 중립선 전류와 선전류간의 차이는 일치하는가?
5. 다음의 실험을 실행한다.
a) 변압기와 중립전류메타 IN 사이의 연결을 끊음으로서, 중립선을 변압기로부터 단로(disconnect)시킨다.
b) 전원을 켜고 208Vac에 맞춘다.
c) 도표 16-1 에 기록한다.
d) 전압을 0으로 돌린 후 전원을 끈다.
e) 만일 부하R1R2 가 가정용 백열전등이라면, 특기할 만한 사항은 무엇인가?
6. 다음의 실험을 실행한다.
a) 중립선을 변압기로부터 중립 전류계 IN 으로 재연결한다.
b) 부하R2 를 유도기로 대체시킨다.
c) R1 을 400 오옴에 맞춘다.
d) R2 를 400 오옴의 유도 리액턴스 XL 에 맞춘다.
e) 전원을 켜고 208Vac 에 맞춘다.
f) 도표 16-1 에 기록한다.
g) 전압을 0 으로 돌린 후 전원을 끈다.
h) 중립선의 전류가 선전류간의 차이와 일치하는가? 설명하시오.

마. 실습평가

1. 120/240Vac 의 전력 시스템을 갖춘 한 가정이 다음의 전기기기들을 사용하고 있다고 전제 할 때


7개 : 램프 60W 1개 : TV 200W 1개 : 드라이어 2kW
1개 : 램프 100W 1개 : 토스터 1200W 1개 : 스토브 1kW
1개 : 전동기 (5Aac) 4개 : 램프 40W


a) 선1, 선2 및 중립에서의 전류를 계산한다. (모든 기기들에 대해 100% 역율을 가정함)
b) 만일 중립선이 열면, 어느 램프가 밝아지고 어느 램프가 어두워지는가?
2. 240V 에서 120/240V 의 배전변압기가 60kVA 의 용량을 갖는다.
a) 정격 2차 (240V) 선전류는?
b) 만일 모든 부하가 한 쪽으로만 치중된다면(선 - 중립, 120V), 과열 없이 변압기가 반송할 최대부하는 얼마인가?

바. 정 답

실 습

2. c)
PROCEDURE

NUMBER

R1

Ω

R2

Ω

I1

I2

IN

E1

V

E2

V

ET

V

2(c) 0 0 0 120 120 240
3(b) 300 300 380 380 0 110 110 220
4(b) 300 1200 390 100 280 112 115 230
5(c) 300 1200 160 160 0 50 190 240
6(f) 400 400 290 280 380 115 115 230
3. c) 중립선 전류 IN이 동일한 두 선 전류 I1I2의 차이 (difference)로 만들어지기 때문이다.
4. d) 예.
5. e) R2R1보다 4배가 밝다. 왜냐하면, R2에 의해 소모되는 전력이 R1에 의해 소모되는 전력의 4배가 되기 때문이다.
6. h) 아니오. 두 전류간의 90 상 차이로 인해 중립선 전류는 상의 합(phasor sum)과 같다.
I_{N_2 }  = I_{12}  + I_{22} 따라서, 0.402

실습평가

1. a) ILINE1 = I1N + I1 − 2
 = \frac{{7 \times 60}}{{120}} + \frac{{100}}{{120}} + 5 + \frac{{2000 + 1000}}{{240}} = 21.83Aac
ILINE2 = I2N + I2 − 1
 = \frac{{200}}{{120}} + \frac{{1200}}{{120}} + \frac{{160}}{{120}} + \frac{{2000 + 1000}}{{240}} = 25.5Aac
중립선 전류는 두 선 전류의 차이와 같으므로 25.5 - 21.83 = 3.67 Aac
b) 선 1과 선 2는 240V 를 지나 직렬연결 된다. 선 1의 저항이 높으므로 높은 전압강하를 보이며 따라서 더 밝다.
2. a) I2차 = VA/V2차 = \frac{{60000}}{{240}} = 250
정격된 2차 전류 = 250 Aac
b) 최대 부하 = V × A
최대 부하 = 30 kVA
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