변압기의 원리와 구조

1. 변압기의 정의 및 기능

• 변압기: 전압을 변환시키는 기계.
  • 전원을 입력받아 전압을 올리거나 내리는 역할.
  • 전압만 변환시키는 것이 특징.

2. 변압기의 작동 원리

• 전자 유도 작용: 변압기의 기본 원리.
  • 코일에 전기를 흘려 자기장을 생성.
  • 이 자기장이 다른 코일에 유도 전류를 발생시킴.
  • 1차측 코일과 2차측 코일의 감은 횟수(권수)에 따라 전압이 변환됨.

3. 변압기의 구성 요소

• 코일(구리 권선): 전류를 흘리기 위한 도선.
• 철심: 자기장을 효과적으로 전달하기 위한 구조물.

4. 변압기의 작동 과정

1. 1차측에 교류 전원이 공급되면 자기장이 형성됨.
2. 형성된 자기장이 철심을 통해 2차측 코일로 전달됨.
3. 2차측 코일에서 유도 전압이 발생함.

5. 전압 변환 비율

6. 변압기의 손실

• 철손 (Iron Loss): 철심에서 발생하는 손실로, 히스테리시스 손실과 와류 손실로 구성됨.
  • 히스테리시스 손실: 자기 히스테리시스 현상으로 인한 손실.
  • 와류 손실: 철심 내부에 유도된 전류로 인한 손실.
• 동손 (Copper Loss): 코일에서 발생하는 손실로, 전류가 흐를 때 저항으로 인해 발생함.

7. 효율 (Efficiency)

• 효율: 변압기의 효율은 출력 전력과 입력 전력의 비율로 표현됨.

• η(에타)는 효율
• Pout​는 출력 전력 (단위: 와트, W)
• Pin​는 입력 전력 (단위: 와트, W)

8. 변압기의 극성

• 동극성 (Additive Polarity): 1차 코일과 2차 코일의 극성이 동일한 경우.
• 반극성 (Subtract Polarity): 1차 코일과 2차 코일의 극성이 반대인 경우.

9. 변압기의 종류 및 용도

• 단상 변압기 (Single-phase Transformer): 단상 교류 전압을 변환하는 변압기.
• 삼상 변압기 (Three-phase Transformer): 삼상 교류 전압을 변환하는 변압기.

10. 변압기의 연결 방식

• 델타 결선 (Delta Connection): 삼각형 형태로 연결된 삼상 변압기.
• 와이 결선 (Wye Connection): Y자 형태로 연결된 삼상 변압기.

11. 변압기의 주요 법칙

• 패러데이의 법칙 (Faraday's Law): 유도 전압은 자속 변화율에 비례.
  

  

  
  
  
  • 단위: 전압(V), 자속(Φ: 웨버, Wb), 시간(t: 초, s)
• 렌츠의 법칙 (Lenz's Law): 유도 전류는 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐름.

추가 연습 문제

1. 문제: 1차 전압이 220V, 2차 전압이 22V일 때 권수비는?

   

   
   
   • ( N2 : N1 = 1 : 10 )
2. 문제: 권수비가 50인 변압기에서 1차 전류가 10A일 때 2차 전류는?