일반적인 시나리오에서 HVAC 기술자는 전문가에게 연락하여 전압 정격이 230볼트인 새로운 옥상 장치에 대해 공유하지만, 208볼트의 일정한 전압 공급만 받고 있어 전압 강하로 인해 압축기가 자주 차단되는 문제를 겪고 있습니다. 해결책은 20분 정도 걸리는 간단한 작업으로, 전압을 230볼트로 높여주는 간단한 장치인 버크-부스트 변압기와 함께 차단기 옆에 고정된 작은 상자입니다. 버크-부스트 변압기는 변압기와 유사한 컴팩트한 외관을 가지고 있지만 동일한 방식으로 작동하지 않기 때문에 잘 이해되지 않으며 혼란스러울 수 있습니다.
이 게시물은 버크-부스트 변압기가 해결할 수 있는 가능한 문제를 이해하는 데 실용적인 가이드를 제공합니다. 자가 변압기의 작동, 1kVA 변압기가 9.5kVA의 부하를 견딜 수 있는 능력, 단상 및 삼상 시스템에서의 버크-부스트 변압기의 작동 원리, 격리 변압기, 배전 변압기 및 사용자들이 직면하는 기타 관련 문제들 간의 차별화에 기반한 구조, 기존 4선 시스템에서의 개방 중성선으로 인한 잠재적인 전압 서지 등을 포함합니다.
결론적으로, 버크-부스트 변압기는 전압의 작은 변화를 만들기 위해 사용되는 자가 변압기의 일종으로, 일반적으로 모터, HVAC 장비 또는 외국산 가전 제품과 같은 전기 장비에 사용됩니다. 대부분의 경우, 전압의 변화만 변압기 권선에 전달됩니다. 이는 변압기의 kVA 정격이 출력 전압과 일반적인 2차 전압의 차이를 기준으로 계산되기 때문입니다. 즉, 208볼트에서 작동하고 230볼트로 부스트하는 kVA 변압기는 약 9.58 kVA의 부하에서 작동할 수 있습니다. 버크-부스트 변압기는 매우 효율적으로 작동하며(97~99%), 수명은 20~30년으로 추정되며, 격리가 없고 전압 안정화 범위가 낮습니다.
버크 및 부스트 변압기가 실제로 하는 일
두 가지 작업과 하나의 이름이 이 장치를 정의합니다. 이는 두 가지 다른 배선 배열을 가진 동일한 장치입니다.
- 부스트라는 용어는 전압의 제공을 의미합니다. 2차 권선은 1차와 위상이 일치하도록 배선되어 출력이 입력과 권선 전압으로 나타납니다. 예를 들어, 208볼트 공급이 2차 코일에 24볼트가 있을 때 232볼트로 변경됩니다.
- 버크는 전압을 제거하는 것을 의미합니다. 2차 코일은 역으로 배선되어 출력은 입력 전압에서 권선 전압을 빼서 제공됩니다. 240볼트를 장비에 연결하면 권선에 32볼트가 있을 때 출력 전압은 208볼트가 됩니다.
이것이 전체 개념입니다. 전압 조정 원리에 따라 작동합니다. 이 작동 원리 하에서는 전력이 생성되지 않으며 주파수나 위상에 변화가 없습니다. 이 장치를 갖는 주요 장점은 북미의 전압 분배가 사람들이 다르게 생각할 때 표준화되지 않는다는 것입니다. 북미에서 명목 전압 값인 208 V, 240 V, 480 V 또는 600 V는 변압기 탭 위치, 전력선 길이 및 부하 조건에 따라 다양한 전압 범위를 나타냅니다. 예를 들어, 발전소에서 멀리 떨어진 건물은 부하가 많을 때 197 V의 전압을 가질 수 있으며, 부하가 적을 때는 213 V의 전압을 가질 수 있습니다.
이러한 등급을 둘러싼 용어 — 변환 비율, 임피던스, 온도 상승, 탭 — 변압기 사양 설명 어떤 사양을 정하기 전에 읽어볼 가치가 있습니다. 왜냐하면 버크 부스트는 카탈로그의 다른 변압기와 다르게 규격이 지정되기 때문입니다.
1 kVA 버크-부스트가 9.5 kVA를 처리할 수 있는 이유
이것은 구매자들을 가장 혼란스럽게 하는 섹션이며, 버크-부스트 변압기가 수행하는 작업에 비해 꽤 작아 보일 수 있는 이유이기도 합니다.
절연 변압기에서는 전체 부하 전력이 코어를 통해 자력으로 변환됩니다. 이는 10-kVA 부하가 10-kVA 변압기를 필요로 한다는 것을 의미합니다. 그러나 자동 변압기에서는 1개의 권선으로 기본 및 보조 권선의 부하가 이루어집니다. 최대 전력은 전환 없이 입력에서 출력으로 전달되므로 전압의 차이만 변환된다는 점에 유의해야 합니다. 여기서의 실용적인 공식은 다음과 같습니다:
부하 kVA = 변압기 kVA × (출력 전압 ÷ 명목 보조 전압)
간단한 예로는 1-kVA 버크-부스트로 12/24 V 보조 전압이 연결된 208 V에 전원을 공급하는 경우가 있습니다.
논리는 다음과 같이 읽힙니다:
230 ÷ 24 = 9.58, 이는 1-kVA 변압기가 9.58 kVA의 부하를 수행한다는 것을 의미합니다. 27파운드 박스가 부하 하에서 어떻게 작동하는지 주목할 가치가 있으며, 다른 경우에는 10-kVA 절연 변압기가 필요할 것입니다.
같은 원리는 버킹을 할 때도 적용됩니다. 같은 장치를 사용하되 240 V를 208 V로 줄이면 208 ÷ 24 = 8.67이 되어 1 kVA 장치에서 8.67 kVA의 부하를 제공합니다.
| 응용 | 입력 → 출력 | 사용된 권선 | 배수기 | 1 kVA 장치의 부하 |
|---|---|---|---|---|
| HVAC / 모터 부스트 | 208 V → 230 V | 24 V | 9.58× | 58 kVA |
| 240 V로 부스트 | 208 V → 240 V | 32 V | 7.50× | 50 kVA |
| 208 V로 버크 | 240 V → 208 V | 32 V | 6.50× | 50 kVA |
| 208 V로 버크 | 240 V → 216 V | 24 V | 9.00× | 00 kVA |
| 수입 기계 버크 | 480 V → 380 V | 100 V | 3.80× | 80 kVA |
| 모터 공급 버크 | 480 V → 460 V | 20 V | 23.0× | 00 kVA |
마지막 문장은 벅 부스트 변압기가 거의 모든 오래된 산업 플랜트에서 발견될 수 있는 이유입니다. 모터의 명판 전압에 맞추기 위해 480 V에서 460 V로의 하락은 4%의 감소를 의미하며, 이는 거대한 배수기와 매우 작은 장치를 초래합니다.
올바른 크기 조정은 변압기를 크기 조정하는 방법과 반대 방향으로 가는 것을 의미합니다. 필요한 부하 kVA는 연결된 실제 부하를 기반으로 하며, 이를 잘못하면 그 실수가 배가될 수 있습니다. 연속 및 비연속 작업과 모터의 기동 전류는 장치가 차갑게 작동하는지 뜨겁게 작동하는지를 정의합니다.
단상 및 삼상 시스템은 다르게 작동합니다.
삼상 공급을 제공하기 위해 벅 부스트 변압기는 서로 연결되며, 적절한 연결 방법은 변압기 구성에 크게 의존합니다.
델타 삼상, 삼선 회로는 개방 델타 구성을 제공하기 위해 연결된 두 개의 단상 장치로 구성됩니다. 이 배열은 두 개의 장치를 이용한 전형적인 위상 활용을 허용하며, 균형 잡힌 부하가 사용되는 경우 세 번째 위상을 유도합니다. 그러나 불균형 부하는 세 번째 위상의 고장을 초래할 수 있으므로 이 설계를 진행하기 전에 적절한 부하 평가를 보장해야 합니다.
와이 삼상, 사선 회로는 두 개의 단상 변압기를 사용할 때 전기적 이점을 제공하지 않습니다. 사실, 개방 델타 배열은 208Y/120 V 패널에서 공급되는 120 V 부하의 대다수를 포함하는 사선 시스템에서 작동하지 않습니다. 208Y/120 V 시스템에서 모든 세 위상이 24V로 증가하고 232Y/134 V로 변환되면, 부하에 전달되는 전압이 수용할 수 없는 수준인 134 V가 되어 대부분의 회사에서 벅 부스트 변압기로 작업할 때 설정한 허용 오차의 10% 편차 기준에 부합하지 않습니다.
벅 부스트 변압기를 고려한 모터 부하 평가에는 장비 유형에 따른 위상 회전 확인과 사용되는 돌입 전류 유형에 따른 기동 전류 확인이 필요합니다. 자동 변압기는 비례적으로 돌입 전류를 통과시켜 막대한 기동 손상을 피할 수 있게 해줍니다. 결과적으로, 발전기 작동의 경우 변압기의 크기가 작아도 용서될 수 있습니다.
일반적으로 삼상 작업은 목적에 맞게 제작된 장치가 보통 이기는 곳입니다. Subian은 삼상 변압기를 제조합니다. 두 개의 작은 벅 부스트 장치의 개방 델타가 합리적인 답변이 되지 않는 정확한 경우에 — 부하가 불균형할 때, 보정이 20%를 초과할 때, 또는 제대로 추적하는 중성이 필요할 때.
벅 부스트 변압기가 다른 변압기와 다른 점
| 특성 | 벅 부스트 / 자동 변압기 | 절연 변압기 | 배전 변압기 |
|---|---|---|---|
| 권선 관계 | 공유 (자동 변압기) | 별도의 1차 및 2차 | 별도의 1차 및 2차 |
| 전형적인 전압 변화 | 5–20% | 어떤 비율 | 어떤 비율, 고정 |
| 주어진 부하에 대한 kVA | 부하 kVA의 작은 비율 | 부하 kVA와 동일 | 부하 kVA와 동일 |
| 갈바닉 절연 | 없음 | 예 | 예 |
| 중성 처리 | 새로운 중성을 생성하지 않음 | 별도로 유도된 시스템을 생성할 수 있음 | 별도로 유도된 시스템을 생성할 수 있음 |
| 고조파 감쇠 | 없음 | 일부 | 일부 |
| 전형적인 크기 범위 | 05–10 kVA 단상 | 5 kVA에서 수백 kVA까지 | 15 kVA에서 10 MVA+까지 |
| 일반적인 비용 | $80–$2,500 | $400–$15,000 | $2,000–$200,000 |
기능에서 차이를 만드는 것은 중성선입니다. 벅-부스트 변압기는 새로운 중성선을 공급하지 않으며 별도로 유도된 시스템을 제공하지 않습니다. 이 변압기는 기존 시스템의 전압만 변경합니다. 한편, 배전 변압기는 완전히 새로운 시스템을 생성하며, 이 시스템은 자체 접지 및 본딩 지점을 가지고 있습니다. 480 V 델타 시스템을 적절한 중성선이 있는 208Y/120 V 시스템으로 변환하려면 배전 변압기가 필요합니다 — 배전 변압기가 어떻게 구축되고 네트워크에서 어디에 위치하는지 완전히 다른 설계 작업입니다.
간단히 말하자면: 필요할 때 격리는 필수적입니다. 벅-부스트 변압기는 1차 측의 어떤 장애물도 부하에 도달하는 것을 방지하지 않으며, 고장 전류를 낮추거나 접지 루프를 차단하는 데 도움을 주지 않습니다. 구매가 소음, 서지 또는 접지 루프와 관련된 문제로 인해 이루어졌다면 전압 불일치가 아닌 잘못된 장소에 있습니다.
구매 전에 알아야 할 단점
벅-부스트 변압기는 특정 작업을 잘 수행합니다. 이러한 장치가 그 특정 작업 이외의 용도로 사용될 때 문제가 발생합니다.
- 격리가 없으면 고장 억제가 사라집니다. 권선이 공통으로 연결되어 있기 때문에 어느 한쪽에서 단락이 발생하면 1차 전압이 부하에 적용될 수 있습니다. 이는 자가 변압기가 특정 상황에서 사용되지 않는 이유와 벅-부스트 변압기가 추가 보호 수준이 적용되지 않는 한 인력 및 민감한 장비에 전력을 공급하는 데 적합하지 않은 이유를 설명합니다.
- 4선 시스템에서 열린 중성선과 관련된 문제. 이것은 큰 문제입니다. 벅-부스트 변압기가 3상 4선 시스템에서 사용되고 중성선이 입력 측에서 느슨해지면 전압이 재분배되어 2차 측에서 정상 이상으로 전압이 상승합니다. 230 V로 설계된 장비는 이 방식으로 300 V에 의해 파괴될 수 있습니다. 벅-부스트 변압기가 와이 시스템에 연결되면 중성선은 사소한 세부 사항이 아닌 중요한 안전 문제가 됩니다.
- 가지 회로 및 피더에 대한 NEC의 요구 사항. NEC 450.4는 변압기에 과전류 보호 장치가 필요하다고 요구하며, 이는 자가 변압기에도 적용됩니다. 제210.9 및 215.11 조항은 전력 공급 가지 회로 및 피더에서 자가 변압기의 사용에 대한 고유한 요구 사항을 제공합니다. 실질적인 결과는 벅-부스트 설치가 즉흥적으로가 아닌 설계된 보호 체계를 필요로 한다는 것입니다 — 변압기가 조기에 고장나는 것을 방지하는 동일한 규율이 여기에도 적용되며, 전압 보정 장비는 대부분보다 더 민감합니다. 왜냐하면 고장 창이 작고 결과가 즉각적이기 때문입니다. 20% 범위의 보정 외부에서는 kVA 배율이 감소하고 경제성이 뒤집힌다는 점을 기억해야 합니다.
- 20% 범위의 수정 외부에서는 kVA 배수가 감소하고 경제가 뒤집힌다는 점을 기억해야 합니다. 이는 208볼트를 277볼트로 증가시키고자 할 경우(33% 보정) 4.6의 배율이 필요하다는 것을 의미하며, 이는 작은 부하가 예상외로 큰 장비를 필요로 하게 됨을 나타냅니다. 이때 격리 변압기를 사용하는 것이 더 안전하고 저렴한 옵션이 됩니다.
- 주파수 변환 불능. 중요한 차이가 있습니다: 50 Hz에서 작동하고 북미에서 60 Hz로 공급되는 기계는 변압기가 아닌 주파수 변환기가 필요합니다. 다시 말해, 고객은 수입 기계의 문제를 해결하기 위해 버크 부스트 장치를 구매하지만 변압기가 효과적인 경우는 절반에 불과하다는 것을 알게 됩니다.
- 열 및 출력 저하. 이 장치는 일반적으로 최대 온도 상승이 115°C인 H급 조건(180°C)을 견딜 수 있도록 제작됩니다. 장치를 천장 플레넘에 환기 없이 설치하면 서비스 수명이 줄어듭니다.
- 장치의 가용성. 단상 애플리케이션의 경우 약 0.05 kVA에서 10 kVA까지의 시작점에서 장치가 제공됩니다. 표준 크기에서 벗어난 경우 대기 시간이 정상 한계를 초과할 것입니다.
버크 및 부스트 변압기가 실제로 설치되는 곳
애플리케이션 목록은 간단하고 매우 정확합니다. 해결하고자 하는 문제가 목록에 없다면 다른 출처를 찾아야 합니다.
| 응용 | 버크-부스트가 적합한 이유 | 일반적인 크기 |
|---|---|---|
| 208 V 시스템의 옥상 HVAC | 장치 이름표 230 V, 공급 전압 208 V | 1–3 kVA |
| 모터 이름표 일치 | 480 V 공급, 460 V 이름표 | 5–5 kVA |
| 600 V 또는 480 V 공급의 유럽 기계 | 380–400 V 수입 장비 | 3–10 kVA |
| 조명 및 제어 전압 조정 | 만성 저전압의 긴 피더 | 5–2 kVA |
| 480 V가 필요한 소형 3상 부하 | 240 V를 480 V로 상승 | 두 개의 장치, 개방 델타 |
| 태양광 인버터 출력 일치 | 연결 지점까지 인버터 출력을 조정 | 프로젝트별 |
목록에서 누락된 사항을 주목해야 합니다: 새로운 중성선 사용의 경우, 현재 시스템 절연의 경우, 1% 이상의 보정이 필요한 경우, 마지막으로 불균형 3상 부하의 경우.
버크-부스트 변압기의 비용
아래에 표시된 요금은 미국 및 EU의 단상 장치에 대한 일반적인 거래 요금이며, 개방형 또는 폐쇄형에 따라 구리 및 강철의 발전에 영향을 받으며 구매 시점에 따라 변경될 것으로 예상됩니다.
| 등급 | 일반 가격 | 일반적인 사용 |
|---|---|---|
| 05–0.25 kVA | $60–$120 | 제어, 소형 조명 회로 |
| 5 kVA | $90–$180 | 단일 모터 조정 |
| 1 kVA | $150–$280 | 208→230 V 부스트에서 약 9.5 kVA 부하까지 |
| 2 kVA | $250–$450 | 소형 HVAC, 펌프 |
| 3 kVA | $350–$600 | 옥상 장치, 소형 기계 |
| 5 kVA | $500–$900 | 대형 HVAC, 수입 장비 |
| 5–10 kVA | $900–$2,500 | 대형 단상 부하 |
두 장치를 비교하면 관련 비용의 차이가 분명해집니다: 9.58 kVA 절연 변압기 또는 배전 변압기는 수천 달러에 가격이 책정되며 100파운드 이상 무게가 나가는 반면, 같은 작업을 수행하는 1 kVA 버크-부스트 변압기는 $300 미만의 비용으로 한 사람이 이동할 수 있습니다. 변압기 클래스 전반에 걸쳐 더 넓은 분포를 위해, how much an electrical transformer costs breaks it out by type and rating, and the pattern is consistent: the more isolation and the larger the correction, the steeper the curve.
자주 묻는 질문
What are the downsides of a buck-boost converter?
There are four real drawbacks. First of all, there is no isolation between primary and secondary, which exposes the load to the primary voltage in case of short circuit. Second, the range of correction is limited — it is around 5%-20% and efficiency drops outside of it. Thirdly, and the most critical, in a three-phase four-wire system an open primary neutral leads to voltage rise on the secondary, which can damage equipment connected to it. Therefore, the neutral connection needs to be considered as important! Finally, buck-boost cannot change the frequency and create a new neutral or separately derived system. In other words, it cannot convert 50 Hz to 60 Hz or generate 120 V from 480 V delta feed. If you meant a DC-DC buck-boost converter, like the ones used in power electronics, the situation is quite different since now we deal with switching losses and EMI instead of transformer issues.
When to use a buck-boost transformer?
One should apply this in an occurrence of all three of the following situations: the voltage mismatch is not significant (less than 20%), the load itself does not demand isolation form the supply, and the required correction does not involve creating a new system. A textbook example would be a load rated at 230 V working on a supply of 208 V, or motors rated at 460 V operating on a 480 V system. Another application could be fixing a chronic case of low voltage due to a long feeder, but don’t do this where a new neutral needs to be made, where isolation is needed, when frequency conversion is necessary, or when the load is a sensitive electronic system which has its own conditioning issues.
What is the difference between buck and boost transformers?
The difference in wiring is not due to the product difference. The transformer is called as “boost” when the secondary is connected in synchrony with the primary making a sum of voltages, and “buck” when the secondary is attached in a way of cancelling out the voltage. The transformer having primary of 120 × 240 V and secondary of 12/24 V will be 208 V to 232 V booster in case of one installation order but will become 240 V to 216 V bucker in the opposite case. Manufacturers give the same designation in one catalogue for both options so the responsibility for the type of usage lies on the installer as he defines it. It is even possible to reuse the same machine in the future because it will not change at all.
What is a buck-boost transformer for 120 to 240 volts?
There is no such thing as a buck-boost transformer that converts 120 volts to 240 volts. If someone tells you different, that person is trying to sell you something. A buck-boost transformer only gives you a 5% to 20% change in regulation, while converting 120 volts to 240 volts is a 100% delta requiring a 2:1 isolation transformer, an autotransformer with a 1:1 approximation on top, or a dedicated step-up transformer. When people search for this, they either want a transformer that works with a primary voltage rating of 120 V and a secondary voltage rating of 12 V or 24 V that is used for making small corrections, or they need to use a 240 V device with only 120 volts of supply voltage and need to do a step-up transformation. To solve the last issue, ensure you select a transformer with an actual 1:2 ratio and verify the grounding and neutral connections of the load being supplied.
참고 문헌
- NFPA 70 — National Electrical Code, Article 450 (Transformers and Transformer Vaults), 210.9 and 215.11
- UL Solutions — UL 506 Standard for Specialty Transformers
- NEMA — Transformers, Regulators and Reactors Standards
- IEEE — C57 Series Standards for Transformers and Regulators
- U.S. Department of Energy — Motor Voltage Tolerance and Efficiency Guidance
- Acme Electric — Buck-Boost Transformer Application and Selection Data
- Eaton — Transformer and Voltage Correction Technical Documentation
결론
A buck-boost transformer designates equipment dealing with voltage corrections rather than being a transformer in the full understanding of the term. It solves voltage problems by correcting it by 5%-20% with the help of equipment costing much cheaper and smaller than an isolation transformer. The kw rating of this transformer corresponds to 9.58kVA for a transformer rated 1kVA, despite the situation being that the buck-boost transformer is manufacturing in compliance with the same standards used for proving that the constant voltage increase by 33% does not make sense.
When speaking about the advantages of using a buck-boost transformer, it should be added that there are three major groups of issues that have to be taken into account. First of all, one has to ensure that a right size of the end user’s device is chosen and the relevant factor is verified, as even minor miscalculations related to loading can lead to several serious problems. Secondly, while operating on 3-phase supply connection, the neutral point of the initial circuit should be treated appropriately, so that the connection would be safe for equipment.Last but not least, when making a choice, honesty has to become the major factor.