5.6 변압기 시험법

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변압기의 파라미터의 값은 1, 2 차 측의 저항과 리액턴스 값임을 알았습니다. 이외에도 무부하 전류와 관계된 무부하 손실의 값을 알아내기 위해서는 개방회로 시험과 단락회로 시험의 두 가지 방법을 이용하여 가능합니다. 각각의 시험방법을 알아보도록 합시다.


개방 회로 시험

개방회로시험은 말 그대로 한쪽을 개방하고 하는 시험입니다. 개방 단자에는 전류가 흐르지 않지만 앞서 변압기의 동작 원리에서 살펴 본 바와 같이 철손과 여자 전류에 해당하는 무부하 전류의 값이 흐릅니다. 이 상태에서 공급되는 전력은 그대로 무부하 손실의 양을 나타내며 측정된 전류값은 무부하 전류 I_0 \, 를 나타냅니다.

시험의 결선은 그림 5.9와 같이 실행합니다. 안전을 위하여 변압기의 고압 측은 개방하고 저압 측에 정격주파수 정격전압을 가해서 전류계와 전력계에 나타나는 값을 측정합니다. 전류계에 나타난 전류는 무부하 전류이고, 전력계에는 철손으로 소비되는 전력이 나타납니다.


그림 5.9 변압기의 개방 회로 시험


단락 회로 시험

한쪽 단자를 단락하고 측정값을 구하는 시험법입니다. 그림 5.10 (b)과 같이 저압 측을 단락하고 고압 측에 정격주파수의 낮은 전압을 가하면서 1 차 회로에 흐르는 전류가 1 차 정격전류가 되도록 전압을 조정합니다. 이 때, 전력계에 나타나는 전력이 동손입니다. 그리고 측정된 전압(V_{SC} \,), 전류(I_{SC} \,), 전력값(P_{SC} \,)을 이용하여 고압 측으로 다음 식을 이용하여 환산할 수 있습니다.


R_{eH}  = \frac{{P_{sc} }}{{I_{sc} ^2 }} (5.18)


Z_{eH}  = \frac{{V_{sc} }}{{I_{sc} }} (5.19)


X_{eH}  = \sqrt {Z_{eH} ^2  - R_{eH} ^2 } (5.20)

여기서

R_{eH} \, : 변압기 고압측 저항
X_{eH} \, : 변압기 고압측 리액턴스
Z_{eH} \, : 변압기 고압측 임피던스


만일 변압기가 승압기로 사용되면 저압 측으로 환산 할 수도 있습니다.


R_{eL}  = \frac{{R_{eH} }}{{a^2 }} = \frac{{R_p  + a^2 R_s }}{{a^2 }} = R_s  + \frac{{R_p }}{{a^2 }} (5.21)


X_{eL}  = \frac{{X_{eH} }}{{a^2 }} = \frac{{X_p  + a^2 X_s }}{{a^2 }} = X_s  + \frac{{X_p }}{{a^2 }} (5.22)


Z_{eL}  = \frac{{Z_{eH} }}{{a^2 }} (5.23)

여기서

R_{eL} \, : 변압기 저압측 저항
X_{eL} \, : 변압기 저압측 리액턴스
Z_{eL} \, : 변압기 저압측 임피던스


즉, 단락회로 시험에 의해서 얻어진 파라미터를 간단한 계산에 의하여 등가회로가 다른 측에 환산될 수 있습니다.


그림 5.10 변압기 단락 회로 시험법

변압기 등가 회로 및 벡터도 해석

개방시험과 단락 시험에 의하여 구한 값들은 앞 절에서 구한 식들을 이용하여 파라미터의 값을 산출하는데 사용됩니다. 실험 5.3은 시험법에 의해 변압기 파라미터 값을 계산하는 과정을 애니메이션으로 구성한 것입니다. 메뉴 화면은 시험 결과를 요구합니다. 변압기의 등가 파라미터를 결정하기 위하여 개방시험과 단락 시험을 하였습니다. 개방 회로 시험은 정격 전압이 한 권선에만 인가되고, 다른 쪽 권선은 개방하는 시험이었습니다. 실험과 각 항목의 설명은 다음과 같습니다.


  • 실험 5.3 개방 회로 시험과 단락 회로 시험
  • 각 파라미터의 스크롤바를 마우스로 움직여서 크기를 조정하여 등가회로에 파라미터값을 적용합니다.
  • Vsc : 단락시험시 측정된 전압[V]
  • Isc : 단락시험시 측정된 전류[A]
  • Psc : 단락시험시 측정된 동손[W]
  • PF : 역률 (음의 값은 지상 역률, 양의 값은 진상 역률)
  • Vp : 변압기의 1 차 측 전압[V]


  • 좌측 상단의 그래프는 변압기의 개방회로시험 및 단락회로시험, 위의 파라미터들을 조정하여 얻을 수 있는 파라미터들의 벡터도를 나타냅니다.
  • Isc : 단락시험시 측정된 전류[A] - 노랑
  • Vp : 변압기의 1 차 측 전압[V] - 빨강
  • VR : 변압기의 등가저항 R_eq \, 에 걸린 전압 (=I_sc \times R_eq) [V] - 파랑
  • VX : 변압기의 등가리액턴스 X_eq \, 에 걸린 전압 (=I_sc \times X_eq) [V] - 에메랄드
  • Vsc : 개방시험시 측정된 전압[V]


  • "Pan" 버튼을 누른 후 그래프를 클릭한 상태로 드래그하여 전체를 이동시킬 수 있고, "Zoom"버튼을 누른 후 그래프의 원하는 구간을 드래그하여 확대시켜 볼 수 있습니다. 또한 "+", "-" 버튼으로 그래프의 범위(Scale)을 변경하여 전체를 확대, 축소할 수 있습니다.


애니메이션의 좌측 상단 창은 벡터도를 보여줍니다. 하단 창의 좌측 회로도는 개방시험의 연결상태를, 우측 회로는 단락 시험의 연결 상태를 보여줍니다. 각 회로에 있는 단자전압 아래의 수치는 개방 및 단락시험의 전압을 나타내며, 우측 상단의 파라미터를 조정하였을 때 계산된 전압 값을 수치로 출력한 결과를 보여줍니다.

등가 파라미터와 1 차 측 전압 입력 값과 역률의 값으로부터 변압기의 벡터도를 그릴 수 있습니다. 현재 상태에서 1 차 입력 전압을 반으로 줄이면 벡터도에서 Vp 에 해당하는 값이 감소하는 것을 애니메이션에서 확인할 수 있습니다. 역률과 단자 전압은 변압기 파라미터의 값에 영향을 주지 않습니다. 시험법에서 구한 값들은 파라미터의 값을 실제로 변하게 하는데, 만약 개방회로의 단자 전압 값이 증가하면 이는 리액턴스의 값을 증가하는 영향을 미치며 이 또한 실험의 벡터도에서 확인할 수 있습니다. 이외에도 실험으로부터 얻은 값들이 변화함으로서 파라미터의 값들에 미치는 영향을 직접 확인해 볼 수 있습니다.

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