변압기의 동작 원리 및 구조와 종류에 대해서

전기와 관련하여 일상생활 속에 있지만 쉽게 인지하지 못하는 변압기(Electric transformer)에 대해서 이야기하고자 합니다. 이 변압기는 말 그대로 전압을 높이거나(승압) 또는 낮추는(강압) 기기를 말하는 것입니다. 현장에서는 트랜스라고 말하며 예전에는 일본식 표현으로 "도란스"라고 불리었습니다. 암튼 이 변압기는 거리에 있는 전봇대(전주)에서 보실 수 있고(유입변압기로써 주상변압기라고 부름) 가정에서는 수입산 기기를 사용하기 위한 다운 트랜스 및 전기기기에 사용되는 어댑터 내부에도 아주 작은 변압기가 들어있습니다. 그럼 아래에서는 이 변압기의 동작원리 및 그 구조에 대해 이야기하겠습니다.

 

 

Ⅰ. 동작원리 및 구조

아래는 변압기의 동작원리를 나타낸 그림이며, 이는 가정용 다운 트랜스에서도 보실 수 있는 형태입니다.

변압기의-원리

• 1차 코일, 2차 코일 : 구리선으로써 중심의 철심을 감고 있는 모습입니다.
• 1차 코일에 교류 전류를 흘려주면 교류 전류에 의해 변화하는 자기장이 발생 : 앙페르(암페어)의 오른나사 법칙
• 발생한 자기장은 철심을 통해 이동

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• 변화하는 자기장이 2차 코일을 만나서 교류 전류 생성 : 페러데이 전자기 유도 법칙
• 1차가 직류인 경우에는 2차에 유도가 되지 않습니다. 
• 여기서 코일을 감은 횟수("권수"라고 함)에 따라 전압은 비례합니다.
• 예 : 1차 코일을 1000번 감고 100 [V]를 걸었을 때 ▶ 2차 코일을 2000번 감으면 200 [V]가 발생 
• 그러나 에너지가 언제나 보존이 되듯이 전압이 커지면 전류는 작아지게 됩니다. 즉, 코일을 감은 횟수("권수"라고 함)에 따라 전류는 반비례합니다.
• 그러므로 전압의 조정이 필요한 것은 "변압기"라고 부르며, 전류의 조정이 필요한 것은 "변류기"라고 부릅니다.

참고사항 : 계기용 변성기 중 CT를 "계기용 변류기"라고 불렀으나 현재 정확한 명칭은 "변류기"입니다.

• 변류기 : CT (Current Transformer) ▶ 대전류를 소전류로 변성하여 계측기나 계전기의 전원 공급
• 계기용 변압기 : PT (Potential Transformer) ▶ 고전압을 저전압으로 변성하여 계측기나 계전기의 전원 공급

 

Ⅱ. 변압기의 종류

상기에서 잠깐 이야기했듯이 다양한 종류 및 형태가 있으나 아래에서는 2가지만 간단히 설명하겠습니다.

1. 몰드 변압기

일반적인 몰드 변압기의 모습으로 각각 R상, S상, T상에 해당합니다.

몰드변압기

• 장점 : ① 유지, 보수가 간단 ② 소형, 경량화 ③ 난연성, 내습성 우수 ④ 내구성, 내진성 우수 ⑤ 단시간 과부하 내량이 큼 ⑥ 고효율, 저손실 ⑦ 절연 신뢰도 우수
• 단점 : ① 가격이 고가(유입식 대비) ② 내전압이 낮아 충격파에 약함 ③ 감전의 우려 ④ 옥외 설치 불가

 

 

2. 유입 변압기

상기에서 설명했듯이 철심에 코일을 감아 놓은 구조입니다. 코일을 절연유를 이용하여 절연한 A종 절연 변압기로 최고 허용 온도는 105도입니다. 사진의 오른쪽 상단에서 온도 및 절연유량을 확인할 수 있습니다.

유입변압기

• 장점 : ① 가격이 저렴하여 일반적으로 사용 ② 옥내, 옥외 설치 가능 ③ 소음이 적고 내전압이 높아 충격파에 강함
• 단점 : ① 과부하 시 열화의 우려 ② 절연유의 발화 온도가 낮음 ③ 옥내 설치 시 절연유 유출 대비 필요

 

 

이상과 같이 변압기의 동작원리와 대표적인 유입, 몰드 변압기에 대해 알아보았으며 아래는 가정용 다운트랜스에 대한 내용과 변압기에 의해 다운된 전압이 사용되는 배선용 차단기에 대한 게시글이니 참고 하시길 바랍니다. 

이오전자 110V 가정용 소형 변압기 ver2

메인차단기로 사용되는 배선용차단기(MCCB)에 대해서

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