부하 및 무부하 작동 상태에서의 변압기 이론

우리는 이상적인 변압기 이론을 더 잘 이해하기 위해 실제 기본 변압기 이론에 대해 논의했습니다. 이제 전력 변압기의 실질적인 측면들을 하나씩 살펴보고 각 단계에서 변압기 벡터 다이어그램을 작성해보겠습니다. 이상적인 변압기에서는 변압기 코어 손실이 없으며, 즉 손실 없는 코어가 있습니다. 그러나 실제 변압기에서는 코어에 히스테리시스 손실과 에디 전류 손실이 발생합니다.

무부하 상태의 변압기 이론

권선 저항과 누설 반응이 없는 경우

코어 손실만 있는 전기 변압기를 고려해봅시다. 이는 코어 손실만 있고 구동체 손실이나 변압기의 누설 반응은 없습니다. 교류 소스가 일차측에 적용되면 소스는 변압기 코어를 자화시키기 위한 전류를 공급합니다.

하지만 이 전류는 실제 자화 전류가 아닙니다. 실제 자화 전류보다 약간 큽니다. 소스로부터 공급되는 총 전류는 두 가지 구성 요소로 나뉩니다. 하나는 코어를 자화시키기 위한 자화 전류이고, 다른 구성 요소는 변압기의 코어 손실을 보상하기 위해 소비됩니다.

이 코어 손실 구성 요소 때문에, 무부하 상태의 변압기에서 소스로부터 공급되는 소스 전류는 공급 전압과 정확히 90° 뒤처지지 않고, 90도보다 작은 각도 θ만큼 뒤처집니다. 만약 소스로부터 공급되는 총 전류가 Io라면, 이는 공급 전압 V1과 동위상인 구성 요소 Iw와 함께 코어 손실 구성 요소를 갖습니다.

이 구성 요소는 활성 또는 작업 손실과 관련되어 있기 때문에 소스 전압과 동위상으로 취해집니다. 소스 전류의 다른 구성 요소는 Iμ로 표시됩니다.

이 구성 요소는 코어 내에서 교류 자기장을 생성하므로, 와트가 없으며, 즉 변압기 소스 전류의 반응적 부분입니다. 따라서 Iμ는 V1와 직교하고 교류 플럭스 Φ와 동위상입니다. 따라서, 무부하 상태의 변압기의 일차측 총 전류는 다음과 같이 표현할 수 있습니다:

이제 변압기 이론을 무부하 상태에서 설명하는 것이 얼마나 간단한지 보았습니다.

부하 상태의 변압기 이론

권선 저항과 누설 반응이 없는 경우

이제 부하가 연결된 위에서 언급한 변압기의 행동을 검토해보겠습니다. 즉, 부하가 2차측 단자에 연결되었습니다. 코어 손실은 있지만 구동체 손실이나 누설 반응이 없는 변압기를 고려해봅시다. 부하가 2차측 권선에 연결되면, 부하 전류가 부하와 2차측 권선을 통해 흐르기 시작합니다.

이 부하 전류는 부하의 특성과 2차측 전압에 따라 달라집니다. 이 전류는 2차측 전류 또는 부하 전류로, 여기서는 I2로 표시됩니다. I2가 2차측을 통과하면, 2차측 권선에서 자기 MMF가 생성됩니다. 여기서 N2I2이며, N2는 변압기의 2차측 권선의 회전수입니다.

이 MMF 또는 자기력을 생성하는 2차측 권선은 플럭스 φ2를 생성합니다. 이 φ2는 주 자기 플럭스를 반대하며 순간적으로 주 플럭스를 약화시키고 1차측 자기 유도 전기 E1를 줄이려고 합니다. 만약 E1가 1차측 소스 전압 V1보다 낮아지면, 추가 전류가 소스에서 1차측 권선으로 흐릅니다.

이 추가 1차 전류 I2′는 코어 내에서 추가 플럭스 φ′를 생성하여 2차측 반대 플럭스 φ2를 중립화합니다. 따라서 주 자기 플럭스 Φ는 부하와 관계없이 변경되지 않습니다. 따라서 이 변압기가 소스로부터 가져오는 총 전류는 두 가지 구성 요소로 나눌 수 있습니다.

첫 번째는 코어를 자화시키고 코어 손실을 보상하는 것입니다. 즉, Io입니다. 이것은 1차측 전류의 무부하 구성 요소입니다. 두 번째는 2차측 권선의 반대 플럭스를 보상하는 것입니다. 이를 1차측 전류의 부하 구성 요소라고 합니다. 따라서 권선 저항과 누설 반응이 없는 전력 변압기의 무부하 1차측 총 전류 I1은 다음과 같이 표현할 수 있습니다:

여기서 θ2는 변압기의 2차측 전압과 2차측 전류 사이의 각도입니다.
이제 변압기의 더 실제적인 측면으로 한 걸음 더 나아갑시다.

저항성 권선이 있지만 누설 반응이 없는 부하 상태의 변압기 이론

이제 변압기의 권선 저항을 고려하지만 누설 반응은 고려하지 않겠습니다. 지금까지 우리는 이상적인 권선, 즉 권선 저항과 누설 반응이 없는 변압기에 대해 논의했지만, 이제 권선 내부 저항이 있지만 누설 반응이 없는 변압기를 고려해보겠습니다. 권선이 저항성이므로, 권선 내에서 전압 강하가 발생합니다.

우리는 이전에 증명했듯이, 부하 상태에서 소스로부터의 총 1차 전류는 I1입니다. 저항 R1를 가진 1차측 권선에서의 전압 강하는 R1