이는 너무 기본적으로 들리는 질문 중 하나입니다. 변압기 앞에 서서 왜 숫자가 명판과 일치하지 않는지 궁금해하기 전까지는 말입니다. 나는 수년 동안 전력 변압기를 공급해 왔지만 여전히 첫 번째 원칙으로 돌아가는 것이 가치 있다고 생각합니다. 강등이 실제로 어떻게 이루어지는지 이해하면 시간과 돈을 낭비하는 실수를 저지르지 않게 되기 때문입니다.
그것을 살펴 보겠습니다.
기본원리 - 실제로 내부에서 일어나는 일
변압기는 전자기 유도를 통해 전압을 강압합니다. 교과서의 답이고 맞습니다. 그러나 교과서에서 항상 강조하지 않는 사항은 다음과 같습니다. 변압기는 의미 있는 의미에서 전력을 "생성"하거나 "소비"하지 않습니다. 제품 전력을 거의 일정하게 유지하면서 손실을 뺀 전압과 전류를 변환합니다.
핵심 원리는 간단합니다. 1차 권선의 교류 전류는 코어에 지속적으로 변화하는 자기장을 생성합니다. 이러한 변화하는 자기장은 2차 권선에 연결되어 전압을 유도합니다. 1차 전압과 2차 전압의 비율은 두 권선의 권선비에 의해 결정됩니다.
그것이 바로 물리학입니다. 엔지니어링은 세부 사항에 있습니다.
회전율 - 마법이 일어나는 곳
관계는 간단합니다.
Vp / Vs = Np / Ns
강압 변압기의 경우 2차 변압기는 1차 변압기보다 권선 수가 적습니다. 1차측에 1000개의 권선이 있고 2차측에 100개의 권선이 있는 경우 전압은 10배 감소합니다. 1000V 입력은 100V 출력을 제공합니다.
하지만 제가 가장 자주 오해하는 부분은 다음과 같습니다. 회전비는 현장에서 임의로 변경할 수 있는 것이 아닙니다. 이는 변압기의 설계로 인해 수정되었습니다. 특정 정격 전압(예: 13.8kV ~ 480V)의 변압기를 구입하면 해당 비율이 장치에 내장되어 있습니다. 시스템 조건을 설명하기 위해 작은 비율의 변화를 제공하는 탭 체인저를 통하지 않고는 조정할 수 없습니다.
실제로 단계를 낮추는 것 - 작동 중인 구성 요소
- 철심. 이것은 단순한 금속 덩어리가 아닙니다. 이는 각각 절연층으로 코팅된 방향성 실리콘 강철 적층의 세심하게 설계된 조립체입니다. 견고한 코어는 변압기를 과열하고 파괴할 수 있는 대규모 순환 전류(와전류)와 함께 단락된 회전처럼 작동하기 때문에 적층이 필요합니다. 얇은 라미네이션은 이러한 전류 경로를 방해합니다. 코어의 역할은 자속의 저저항 경로를 제공하여 이를 집중시켜 두 권선을 효율적으로 연결하는 것입니다.
- 와인딩스. 강압 변압기에서는 1차 권선이 더 높은 전압에 연결됩니다. 동일한 전력에 대해 전압이 높기 때문에 전류는 낮습니다. 이는 1차 도체가 2차 도체보다 단면적이 더 작을 수 있음을 의미합니다. 더 낮은 전압에서 더 높은 전류를 전달하는 2차 전선에는 더 큰 도체가 필요합니다. 종종 병렬로 연결된 여러 가닥 또는 매우 높은 전류를 위한 호일 권선이 필요합니다.
이것은 단순한 이론이 아닙니다. 나는 기술자들이 고장난 변압기를 열고 도체 크기에 따라 어떤 권선이 고장 났는지 즉시 식별하는 것을 보았습니다. 보조는 항상 더 강력한 것입니다.
- 격리. 권선 사이, 그리고 권선과 접지 사이의 전압 차이는 상당할 수 있습니다. 절연 시스템은 이러한 스트레스와 스위칭 및 낙뢰로 인한 일시적인 과전압을 지속적으로 처리하도록 설계되었습니다. 종이, 합판, 에폭시 및 오일은 모두 함께 작용하여 전압을 해당 위치에 유지합니다.
실제 애플리케이션에서 스텝다운이 수행되는 방식
강압 변압기는 가전제품부터 산업용 배전에 이르기까지 광범위한 응용 분야에 사용됩니다.
- 주거 서비스.집 외부의 주상 변압기는 가정용으로 배전 전압(일반적으로 7.2kV 또는 14.4kV)을 120/240V로 단계적으로 낮춥니다. 그 변압기에는 집에 있는 모든 가전제품이 작동할 때 높은 전류를 처리하기 위해 상대적으로 가는 전선이 많이 감겨 있는 1차 변압기와 더 무거운 전선이 감겨 있는 2차 변압기가 있습니다.
- 산업 전력.대규모 제조 공장은 13.8kV에서 서비스를 제공하고 모터 제어 센터의 경우 480V로 강압할 수 있습니다. 여기서 강압 변압기는 단순한 전압 변환기가 아닙니다. 또한 권선 구성(보통 델타 1차, Wye 2차, 중성 접지)을 통해 시스템 접지 기준을 제공합니다.
- 재생 가능한 통합.태양광 발전소에서 인버터는 480V 또는 690V의 전압을 출력합니다. 승압 변압기는 수집을 위해 이를 34.5kV로 높입니다. 그러나 공장 내에서는 더 작은 강압 변압기가 조명, 제어, 냉각과 같은 보조 부하를 공급합니다. 이는 극 변압기와 동일한 작업을 수행하지만 규모만 다른 강압 장치입니다.
내가 겪는 일반적인 오해
"변압기는 전압을 낮추기 때문에 전력을 줄여야 합니다." 아니요. 전원 공급은 전원 차단에서 손실을 뺀 것과 같습니다. 전압이 낮아지면 전류는 그에 비례하여 증가합니다.
"권선비가 높을수록 더 나은 변압기를 의미합니다." 아니요. 비율은 애플리케이션에 필요한 사항에 따라 결정됩니다. 13.8kV~120V 변압기는 13.8kV~4160V 장치보다 비율이 훨씬 높습니다. 둘 다 "더 나은" 것은 아닙니다. 단지 다른 직업을 위한 것일 뿐입니다.
"탭을 사용하면 내가 원하는 대로 전압을 변경할 수 있습니다." 설마. 탭은 일반적으로 큰 비율 변경이 아닌 ±2.5% 또는 ±5%의 조정을 제공합니다. 변압기를 다른 전압 등급에 맞게 용도를 변경하는 것이 아니라 미세 조정을 위한 것입니다.
강압 애플리케이션에 변압기 유형이 중요한 이유
- 극 장착형 변압기주거분배의 주역입니다. 오일이 채워져 있고 자체 냉각되며 유지 관리를 최소화하도록 설계되었습니다. 강압 비율은 유틸리티의 시스템 전압과 고객의 서비스 요구 사항에 따라 고정됩니다.
- 패드 장착 변압기상업 및 경공업 부하에 사용됩니다. 또한 오일로 채워져 있지만 지상 설치에 적합한 변조 방지 인클로저에 들어 있습니다. 강압 기능은 동일하지만 구조에는 지하 케이블 종단 기능이 포함되어 있습니다.
- 주조 수지 변압기실내 또는 민감한 환경에서 사용됩니다. 권선은 에폭시로 진공 주조되어 오일이 필요하지 않습니다. 이는 화재 규정에 따라 액체로 채워진 장비를 제한하는 건물에서 흔히 발생합니다. 강압 비율은 캐스팅에 내장되어 있으므로 변경할 수는 없지만 유지할 필요도 없습니다.
효율성 - 프로세스에서 손실되는 것
100% 효율을 내는 변압기는 없습니다. 손실은 두 가지 범주로 나뉩니다.
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핵심 손실부하에 관계없이 변압기에 전원이 공급될 때마다 발생합니다. 교류 자기장은 코어 물질을 지속적으로 순환시키며, 각 순환에는 소량의 에너지가 소비됩니다. 더 나은 코어 강철과 최적화된 자속 밀도로 인해 이러한 현상이 줄어듭니다.
권선 손실부하에 따라 달라집니다. 도체의 저항을 통과하는 전류는 열 I²R 손실을 발생시킵니다. 강압 변압기에서 2차측은 더 높은 전류를 전달하므로 권선 손실에 대한 기여도가 더 큽니다. 이것이 2차 컨덕터의 크기가 넉넉한 이유입니다.
최신 변압기는 최대 부하에서 98% 이상의 효율을 달성합니다. 손실은 작지만 0은 아니며 시간이 지남에 따라 합산됩니다. 이것이 바로 대규모 설치에서 효율성 사양이 중요한 이유입니다.
강압 변압기에 대해 고객에게 알리는 내용
강압 변압기를 지정하는 경우 다음 사항에 대해 생각해 보시기 바랍니다.
먼저, 전압을 정확히 알아보세요. 최대 입력, 필요한 출력 및 수용해야 하는 모든 변형. 이는 비율과 탭 범위를 결정합니다.
둘째, 귀하의 부담을 이해하십시오. 연속적인가요? 고조파가 있나요? 시작 전류? 변압기의 임피던스와 구성은 공급되는 것과 일치해야 합니다.
셋째, 어디에 사는지 생각해 보세요. 실내 또는 실외? 환기되거나 밀봉되어 있습니까? 오일 또는 주조 수지? 환경에 따라 인클로저 및 절연 시스템이 결정됩니다.
강압 원리는 간단합니다. 올바르게 적용하려면 세부 사항에 주의를 기울여야 합니다.
Transformer 애플리케이션을 통해 작업 중이고 옵션에 대해 이야기하고 싶다면 기꺼이 도와드리겠습니다. 우리는 많은 프로젝트를 보고 있으며 카탈로그에서 제시하는 것보다 세부 사항이 항상 더 중요합니다.
참고자료
- IEC 60076-1, 전력 변압기 – 제1부: 일반.
- IEEE Std C57.12.00, 액체 침수 배전, 전력 및 조절 변압기에 대한 표준 일반 요구 사항.
- Fitzgerald, AE, Kingsley, C., & Umans, SD, 전기 기계.
