Voltage Transformer   변압기, 트랜스포머, 전압 변성기

(2022-04-08)

Transformer , AC-AC 변환


1. 변압기 (Transformer)

  ㅇ 2 이상의 전기회로자기적으로 결합 연결
     - 전자유도에 의해 교류 전기 에너지 또는 신호 에너지를 한 회로에서 다른 회로로 전달


2. 변압기의 특징

  ㅇ 형태/모양 : 공동의 강자성체(철심)에 감겨진 2 이상의 도선 코일로 이루어짐
  ㅇ 입출력 연결 : 철심 내 공동의 자속(자계)을 통해 서로 연결됨
  ㅇ 입출력 변환 : 교류 전기에너지자계 작용에 의해 동일 주파수지만 다른 전압 크기로 변환 전달


3. 변압기의 용도 및 한계

  ㅇ 변압기 용도
     - (에너지 전달)  하나의 회로에서 다른 회로에로 에너지의 전달을 위함
     - (승압, 강압)  전압 크기를 바꿈 (전압 변성기)
        . 例) 전원공급장치 입력부에 설치되어, 상용 교류 전압을 더 낮은 교류 전압으로 강압
     - (회로의 분리)  두 회로 간의 절연/분리/격리
        . 1차,2차측 권선 간에 유도성 결합(커플링) 만 되므로 어떠한 DC 경로도 형성 안됨(분리)
        . 즉, `직류 차단` 및 `교류 통과`를 위함
     - (임피던스 변환)  두 회로 간의 임피던스 정합을 통한 최대전력전달을 위함
     - (상 수 변환)  교류의 상 수를 변화시킴

  ㅇ 변압기 한계
     - 주파수를 바꿀 수 없음
     - 직류에는 동작을 하지 않음
     - 권선비가 고정되어있는 시불변 소자


4. 변압기의 구조

  ㅇ 변압기 구성 요소
     - 권선(Winding)   : 공급 전류,부하 전류가 나타나는 전기회로
     - 철심(Iron Core) : 자속의 통로 역할을 하는 자기회로
     - 절연 필요 부분  : 철심권선 간의 절연, 권선 상호간의 절연, 권선층 간의 절연

  ㅇ 변압기 구조 구분 
     * 철심권선의 상대적인 위치에 따라 구분됨
     - 내철형(Core type) : 직사각형 1공 철심의 양쪽 변에 코일이 각각 감겨져 있는 구조
     - 외철형(Shell type): 직사각형 2공 철심 가운데로 코일이 감겨져 있는 구조

  ㅇ 내철형(Core type) 구조
     - 전기회로권선수 N1,N2인 2개 코일과,
       공통 자기회로인 1개 철심을 갖는 구조
       

 
5. 변압기의 권선, 권선교류 전압의 크기를 원하는 비율로 변환

  ㅇ 권선 구분
     - 1차 권선 (primary winding)   : 교류 전압을 포함하는 자속 발생 코일 (전원 연결)
     - 2차 권선 (secondary winding) : 전압이 유도되는 다른 코일 (부하 연결)

  ㅇ 권선비 :  Tr = N2 / N1 = (2차측 권선 수) / (1차측 권선 수)
     -   V1/V2 = N1/N2
        . 例) 2차 전압이 크면(V1 < V2), N1 보다 N2가 큼


6. 변압기의 전압비, 전류비, 임피던스전압비 또는 변압비 : (2차 전압) / (1차 전압) = Tr
     - 1,2차측 권선 수에 정비례
        . 승압(step up) : V1 < V2
        . 강압(step down)  V1 > V2전류비 : (1차 전류) / (2차 전류) = Tr
     - 1,2차측 권선 수에 반비례

  ㅇ 임피던스비 : Tr2 = (2차 임피던스) / (1차 임피던스)

  ㅇ 유도되는 전압 크기의 의존성
     - 두 코일 간의 상호 유도(결합계수,Coupling Coefficient)의 크기에 따름

  ㅇ 변압기 정격 표기
     - 정격 용량 : 피상전력 (볼트-암페어, [VA] )


7. 이상적인 변압기의 전압,전류,역률 등 관계식

  ㅇ 1차,2차의 전압(V),전류(I),역률(cosθ)
     -  V1I1cosθ = V2I2cosθ [W (와트)]
     -  V1I1 = V2I2 [VA]

  ㅇ 1차,2차의 유도 기전력
     


8. 변압기의 회로 기호

    


9. [참고사항]

  ㅇ 변압기의 구분 ☞ 변압기 종류 참조
  ㅇ 변압기 용어   ☞ 변압기 관련 용어 참조
  ㅇ 변압기 간의 성능 비교 척도 ☞ 전압변동률 등 참조



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