변압기는 움직이는 부품 없이 전압을 조정할 수 있는 능력이 있는 것으로 보이며, 간섭 요소 없이 가능합니다. 이를 수행하는 과정은 두 회로가 연결되지 않도록 방지하면서도 두 회로가 동일한 자기장 내에서 작동하도록 요구하는 것입니다.
이 간단한 구성은 전력 공급 시스템이 가능하게 하는 핵심이며, 전기 역에서 300km 떨어진 가정이 230 V를 가질 수 있는 사실과 관련이 있습니다. 이는 실제로 전력 분배 시스템이 작동할 수 있게 해줍니다.
변압기는 공유 자기 코어 주위에 감겨 있는 두 개의 코일로 구성됩니다. 1차 코일에서 전류가 흐르면 변동하는 자기장이 생성되고, 이는 이후 2차 코일에 전류를 유도합니다. 권선 비율은 두 코일을 통과하는 전압을 정의할 수 있게 해주며, 예를 들어 100회전이 1,000회전을 통과하게 되면 전압이 230 V에서 2300 V로 증가하게 됩니다.
원리: 상호 유도
두 개의 코일과 하나의 코어로 구성된 이 두 구성 요소는 서로 전기 흐름 상호작용을 하지 않습니다. 코일의 1차 부분에 전기 에너지가 공급되면 전류가 흐르고 전자기장을 생성합니다. 회로에서 사용되는 전류는 교류이므로 생성된 전자기장은 지속적으로 변화하며, 이는 두 번째 코일과의 연결을 초래하고, 이로 인해 후자의 전압이 발생합니다.
변압기의 작동 원리에 기초한 세 가지 주요 규칙이 있습니다:
- 변압기의 권선 비율은 전압을 결정합니다. Vp/Vs=Np/Ns.
- 두 배의 권선 수는 두 배의 전압을 초래합니다.
- 전력은 보존됩니다. 전력 보존의 원리가 있습니다. 입력 전력은 출력 전력과 특정 손실의 차이와 같습니다.
- 임피던스는 권선 비율의 제곱에 의해 결정됩니다. 10:1 비율의 변압기는 1차 코일에 대해 100 옴의 부하로 나타납니다.
코어는 중요한 부분입니다. 이는 층으로 이루어진 전기 강철로 만들어지며, 자기장이 이 재료의 도움으로 이동할 수 있도록 방향이 설정되어 있으며, 재료를 층으로 쌓으면 재료 내에서 폐쇄 회로를 만드는 것이 불가능해집니다.
왜 교류에서만 작동하는가
유도를 시작하려면 시간에 따라 변하고 변화하는 플럭스가 필요합니다. 직류를 사용하여 자기장을 생성할 때, 그 자기장은 시간에 따라 변하지 않으며 2차 코일에서 전압을 생성하지 않습니다. 이 결과는 전기의 특성 때문이지 변압기 설계 자체 때문이 아닙니다. 이 현상은 두 가지 방법으로 실용적으로 사용할 수 있습니다.
첫째, 변압기는 교류에서 작동하며 직류에서는 작동하지 않습니다. 따라서 직류 전원과 교류 시스템을 분리할 수 있는 능력이 있습니다. 둘째, 변압기가 DC에서 DC로 변환하는 데 사용될 수 없는 이유를 설명합니다. 이 유형의 변환기는 직류를 교류로, 교류를 직류로 변환하기 위해 스위칭 전자 장치를 사용합니다.
흥미롭게도, 주파수 자체가 매우 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 50 Hz에 설계된 변압기는 전압이 비례적으로 감소할 경우에만 60 Hz에서 포화됩니다. 50 Hz 전압에서 사용되는 60 Hz 변압기는 포화 모드에서 작동하며, 따라서 열과 소음을 발생시킵니다.
전력 시스템에서의 역할
변압기의 목적을 이해하는 것은 전기 에너지를 발전소에서 소켓까지 추적함으로써 더 쉽게 달성됩니다.
발전기 자체는 11-25 kV의 전기를 생성하며, 이는 발전기의 경제적으로 실행 가능한 절연 용량입니다. 따라서 에너지의 고전압 전송이 필요합니다. 전송이 겪는 손실은 I²R에 비례하므로, 전압을 10배 증가시키면 전류는 같은 비율로 감소하고 에너지 손실은 100배 감소합니다. 따라서 이 관계 때문에 전송은 의미가 있습니다.
목적지에 도착하면 고전압은 단계적으로 감소합니다: 400 kV에서 110 kV, 33 kV, 11 kV로, 마지막으로 배전 변압기에서 400/230 V로 감소합니다(거리나 건물에 서비스를 제공하는 변압기). 각 단계는 변압기이며, 각 변압기는 경제적으로 단계를 구축할 수 있도록 사용됩니다.
따라서 변압기의 목적은 종종 혼동되는 네 가지 기능으로 나눌 수 있습니다:
- 전송 및 안전한 사용을 위한 전압 변환
- 자동으로 따르는 전류 변환으로, 낮은 전압에서 높은 전류를 전송할 수 있게 합니다.
- 갈바닉 절연으로, 변압기 요소의 어느 쪽도 반대쪽을 에너지를 공급할 수 없으며 시스템 설계는 독립적으로 접지될 수 있습니다.
- 임피던스 매칭 및 고장 제한으로, 사용 가능한 데이터에 따르면 변압기의 임피던스는 보호 목적을 위해 의도적으로 생성됩니다.
배전 작업에서 두 가지 주요 계열 간의 차이점과 프로젝트에서 어떤 것을 지정해야 하는지는 다음 비교에서 설명됩니다. 전력 및 배전 변압기.
에너지가 가는 곳
변압기는 사실상 손실이 없는 경우가 없지만, 이러한 손실이 발생하는 지점을 아는 것은 그들의 행동에 대한 상당한 통찰력을 제공합니다.
코어 손실은 두 가지 형태로 나타납니다. 첫째, 히스테리시스(자기 도메인이 뒤집힘)와 둘째, 와류 손실(강철에서 순환하는 전류)입니다. 이러한 손실은 변압기가 에너지를 공급받거나 부하가 걸리든 관계없이 발생하며, 이는 변압기의 구조에 내재된 것입니다.
권선의 저항으로 인한 구리 손실은 I²R로 계산됩니다. 이는 반부하에서 이 손실이 전체 부하 손실의 1/4임을 의미합니다.
이러한 손실 중 하나는 일정하고 다른 하나는 부하의 제곱에 따라 증가하기 때문에, 변압기의 최적 효율은 손실이 동일할 때 관찰됩니다. 따라서, 하나의 손실이 부하와 함께 증가하면 다른 하나는 증가하지 않습니다.
변환 손실은 전체 운영 동안 일정합니다. 따라서 변압기의 효율은 설계상 동일할 때 가장 좋습니다. 이 가이드에서는 방법이 설명됩니다. 변압기 테스트.
주요 유형 및 각 유형의 용도
구매자와 함께 제공되는 대부분의 제안은 네 가지 변압기 계열에서 나옵니다.
오일 충전 배전 변압기는 전주에 있거나 패드 장착형입니다. 오일은 절연체이자 냉각제로 작용하여 이 변압기를 25 kVA에서 2,500 kVA의 용량 범위에 대해 컴팩트하고 저렴하게 만듭니다.
건식 변압기는 오일 대신 공기와 고체 절연체를 사용하며, 일반적으로 주조 에폭시 수지로 만들어집니다. 이들은 실내 조건, 다양한 구조물, 터널, 병원 및 데이터 센터에서 적용되며, 오일의 화재 위험을 감수할 수 없는 곳에서 사용됩니다. 건식 변압기는 동일한 용량 등급의 오일 충전 변압기보다 비용이 더 들 수 있지만, 하나의 위험 유형을 제거합니다.
전력 변압기는 송전 변전소에서 사용되는 대형 변압기로, 고전압 및 처리량과 긴 수명을 위해 설계되었으며, 부하 탭 변경기 및 냉각 시스템이 장착되어 있습니다.
나머지 전문 장치에는 측정 또는 보호 목적으로 전류와 전압을 변환하는 계기 변압기, 갈바닉 분리를 위한 절연 변압기, 약간의 전압 변화를 위한 자가 변압기, 비선형 부하 작업을 위한 K 등급 또는 고조파 변압기가 포함됩니다.
실내 케이스는 선택이 가장 자주 논란이 되는 곳이며, 이를 결정하는 클래스, 냉각 코드 및 한계가 이 개요에서 다루어집니다. 건식 배전 변압기.
할 수 없는 것
실제 사양 오류로 이어지는 세 가지 오해가 있습니다.
- 전력을 생산하지 않습니다. 변압기는 전류를 같은 비율로 감소시켜 230 V에서 2300 V로 전압을 증가시킵니다. 변압기가 출력 전력을 증가시킬 수 있다는 주장은 측정 오류 또는 사기의 징후입니다.
- 주파수를 변경하지 않습니다. 50 Hz의 입력은 50 Hz의 출력을 생성합니다. 주파수를 변경하려면 회전 기계나 전력 전자 변환기가 필요합니다.
- 역률 보정을 제공하지 않습니다. 변압기가 하는 일은 자신의 무효 수요를 발생시키는 것이며, 다른 사람의 수요를 보정하지 않습니다. 역률 보정은 커패시터나 능동 필터의 작업입니다.
모든 것에 대해 보호하지도 않습니다. 변압기는 임피던스를 통해 고장 전류를 제한하며, 접지를 분리할 수 있지만, 고장을 차단하거나 서지를 제한하거나 전압을 조절하지 않습니다. 탭 변경기나 전자 조절기가 없으면 불가능합니다.
변압기가 변전소에 위치하는 곳
변전소라고 불릴 수 있는 이유는 모든 장비가 변압기의 연결, 보호 및 측정을 설정하는 단일 목적을 수행하며, 단선도는 설치에 대한 통찰을 얻는 가장 좋고 빠른 방법이기 때문입니다.
회로는 차단기로 오고, 그 다음 회로 차단기와 전류 변압기를 거쳐 변압기로 들어갑니다. 나가는 경로도 마찬가지로, 계측을 위한 전압 변압기, 임펄스로부터 보호하기 위한 스위치 기어, 유지보수를 용이하게 하기 위한 접지 스위치가 적합합니다. 각 구성 요소는 변압기가 그 일을 할 수 없기 때문에 존재합니다.
그 배치와 함께 제공되는 정격이 바로 전기 변전소 구성 요소입니다. specification actually describes, and it is worth reading before buying a transformer on its own, because the transformer is rarely the item that delays a project.
What We Build
The company produces oil-immersed and dry type transformers starting from 25 kVA, including transformers with voltage ratings of 11, 20, and 33 kV for the markets of Asia, Africa, and the Middle East.
Specifications are boring. In fact, they include data like the type of the core, the type of wire and connection, the voltage range, and the extent of losses but not guarantees regarding them. All of that is written into the quotation instead of assumed, which is what our oil-immersed distribution range is built on.
In cases when specific loss levels are required for a project to meet certain efficiency regulations, the winding design and core grade must be selected to exceed those levels by a comfortable margin, because a transformer that achieves its goal of achieving 0.5% loss on the test floor does not guarantee a lifetime of holding within that margin for thirty years.
자주 묻는 질문
Can you explain how a transformer works in a simple way?
There are two coils of wire which have a steel core but are separate from each other. The first coil has alternating current running through it that creates a variable magnetic field while the second coil turns that variable field back into current. A greater number of turns on the second coil increases the amount of current generated while a smaller number of turns will have the opposite effect.
Does every house need a transformer?
No single transformer for each house, such. The transformer that serves a home is generally serving a street or a whole building. It’s a pole-mounted or pad-mounted transformer that converts 11 kV or 33 kV to 400/230 V. The home needs a transformer dedicated only for cases where the incoming power line provides a different voltage, when there is a substantial load that requires a separate transformer, or where safety and noise issues require isolation.
What would burn out a transformer?
Frequent loading, a short circuit occurring on the secondary side, loss of cooling, low oil level present in the appliance, moisture being present in the insulation and a lightning surge reaching the winding. In practice the sequence is generally the same: overload or cooling problem occurring first is followed by breakdown of insulation. This involves the actions taken by the protective devices preventing the breakdown from occurring.
변압기에 대한 80% 규칙은 무엇입니까?
It is the practice of design, not the requirement of the code: operating a transformer at 80% of its rated power allows for room to accommodate ambient temperature, harmonics, temporary overloads, and future developments occultly, landing exactly in the best efficiency range. Related code rules are altogether different: the overcurrent protection device on the primary circuit is typically set at 125% of the rated current of the primary circuit; it is about protection of the transformer instead of about its loading.
참고 문헌
- Ormazabal — How an Electrical Transformer Works
- ABB — Transformer Technology and Applications
- Siemens Energy — Power and Distribution Transformers
- Hitachi Energy — Transformer Fundamentals and Grid Applications
- Nynas — Transformer Oil and Insulation Performance
결론
Two coils along with a core form a magnetic circuit, and that’s where the transformer starts. All the other devices and engineering challenges help to keep this technology running.
Inform us about the voltage ratio you are looking for, the rated power together with the application and loss level so that our specialists may select the necessary transformer design with cooling and impedance needed to suit your requirements.