변압기의 저주파 특성⁕

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변압기의 1차 전압을 정격치로 유지하여 정격주파수와 다른 주파수로 사 용하려고 할 때 고려할 사항과 그 이유를 설명하고 사용 가능성에 대하여 다음 각 경우에 대하여 설명하시오.
(1) 정격주파수 60Hz를 50Hz로 사용할 경우
(2) 정격주파수 50Hz를 60Hz로 사용할 경우

정격주파수 60Hz를 50Hz로 사용할 경우

자속밀도

변압기의 유기 기전력은 다음과 같다

\[ E=4.44f \Phi_{m} N \to E=kfB_{m} \to B _{m} ∝ \frac{1}{f} \]

… [인가전압 일정]

최대자속밀도는 주파수와 반비례한 특성을 갖는다. 그러므로 최대자속밀도가 증가한다. 여기서 정량적으로 보면 60/50=1.2배 증가한다.
철심의 자화특성이 비선형 특성을 가지며 포화되어 최대자속밀도가 1.2배 증가하지는 못하고 약간 증가하는 대신에 여자전류가 상당히 큰 값으로 상승한다.

손실

철손

변압기에서 철손은 무부하손실이라하며,

\[히스테리시스 손실 P_h=k_h f B_m ^n 과 \]\[와류손 P _{e} =k _{e} B _{m}^{2} f ^{2} 을 말하며,\]

정격운전 상태에서 히스테리시스 손실이 80%수준을차지한다.
이둘을 합쳐서 철손이라고 하며 철손은 개략적인 비례관계는

\[ P _{i} ∝ B_m ^2 f\ 이 된다.\]

\[ P_i ∝ ( \frac{ 1}{ f}) ^2 f = \frac{ 1} { f} \]

철손도 주파수에 반비례한 특성을 가지므로 주파수의 저하로 철손이 증가한다.
여기서, 정량적으로 철손도 1.2배(60/50) 수준으로 증가한다.

동손

변압기 철심 포화의 심화로 여자전류가 증가되어 동손도 증가된다.

전압변동률

\[ e= \frac{V _{n0} -V _{n}}{V _{n}} \times 100[\%]\]\[=\frac{I(R\cos \theta +X\sin \theta )} {V _{n}} \times 100\]\[ = \%R \cos \theta +\%X \sin \theta \]
%R : %저항강하, %X : %리액턴스 강하

여기서 %X는 주파수에 영향을 받으므로 저주파수 운전하면 누설 리액턴스 값은 감소하여 전압 변동쥴은 저감됨을 알 수가 있다.

결론

주파수의저하로 인하여 철심의 자속밀도가 증가한다. 이로 인하여 다음의 문제점이 있다.

1)철심의 포화로 인하여 누설자속 및 여자전류의 증가되어 동손이 증가되어 과열의 문제가 고려해야 한다
2)무부하손의 증가 1.25~1.35배 증가
3)손실증가로 인하여 변압기 온도 상승으로 과열문제 고려해야함
4)동일한 효율을 유지하기 위해서 철심의 단면적을 증가시키는 설계변경이 필요함
5)%Z-%R+j%X의 변화가 감소되어 전압변동률 저감

변압기
변압기의 등가회로와 임피던스
문제
변압기의 저주파 특성
무부하 시험과 단락시험
단권 변압기

변압기의 병렬운전⁕X
변압기 병렬운전(통합운전)
변압기 병렬운전(순환전류)
변압기의 병렬운전(문제)
변압기의 각변위
변압기 결선방식
여자 돌입전류

고효율 변압기
변압기의 효율
변압기의 냉각 및 절연방식
변압기의 소음과 진동 대책
수용률, 부등률, 부하율
변압기 용량선정
변압기의 열화진단

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