능동, 유도 및 용량성 부하를 위한 전력 변압기 작동

변압기는 한 전압의 교류를 다른 전압의 교류로 변환하는 전기 기계입니다. 변압기의 작동 원리는 전자기 유도 현상을 기반으로 합니다.

최초의 전력 전송 네트워크는 직류를 사용했습니다. 네트워크의 전압은 사용되는 재료의 절연 용량에 따라 다르며 일반적으로 110V입니다.

네트워크의 전송 전력이 증가함에 따라 허용 한계 내에서 전압 손실을 유지하기 위해 전선의 단면적을 증가시켜야 했습니다.

그리고 변압기의 발명만이 대형 발전소에서 전기 에너지를 경제적으로 생산하고 이를 고전압으로 장거리 전송한 다음 전압을 안전한 값으로 낮춘 다음 소비자에게 전기를 공급할 수 있게 했습니다.

변압기가 없다면 고전압 및 초고전압, 중전압 및 저전압 레벨을 가진 오늘날의 전력망 구조는 불가능할 것입니다. 변압기는 단상 및 삼상 전기 네트워크 모두에 사용됩니다.

3상 전력 변압기의 작동은 작동 중인 부하(활성, 유도 또는 용량)에 따라 크게 다릅니다. 실제 조건에서 변압기 부하는 능동-유도 부하입니다.

그림 1 - 삼상 전력 변압기

1. 활성 부하 모드

이 모드에서 1차 권선 전압은 공칭 U1 = U1nom에 가깝고 1차 권선 전류 I1은 변압기 부하에 의해 결정되며 2차 전류는 공칭 전류 I2nom = P2 / U2nom에 의해 결정됩니다.

측정 데이터에 따르면 변압기의 효율은 분석적으로 결정됩니다.

효율 = P2 / P1,

여기서 P1은 변압기의 1차 권선의 유효 전력이고, P2는 변압기의 2차 권선에 의해 공급 회로에 공급되는 전력입니다.

1차 권선의 상대 전류에 따른 변압기 효율의 의존성은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 - 1차 권선의 상대 전류에 대한 변압기 효율의 의존성

활성 부하 모드에서 2차 권선 전류 벡터는 2차 권선 전압 벡터와 동일하므로 부하 전류가 증가하면 변압기의 2차 권선 단자에서 전압이 감소합니다.

이러한 유형의 변압기 부하에 대한 전류 및 전압의 단순화된 벡터 다이어그램이 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3 - 변압기 활성 부하 전류 및 전압의 단순화된 벡터 다이어그램

2. 유도 부하에 대한 작동 모드

유도 부하 모드에서 2차 권선 전류 벡터는 2차 권선 전압 벡터보다 90도 뒤쳐집니다. 변압기의 2차 권선에 연결된 인덕턴스 값이 감소하면 부하 전류가 증가하여 2차 전압이 감소합니다.

이러한 유형의 변압기 부하에 대한 전류 및 전압의 단순화된 벡터 다이어그램이 그림 4에 나와 있습니다.

그림 4 - 유도 부하 모드에서 변압기 전류 및 전압의 단순화된 벡터 다이어그램

3. 용량성 부하가 있는 작동 모드

용량성 부하 모드에서 2차 권선의 전류 벡터는 2차 권선의 전압 벡터보다 90도 앞서 있습니다. 트랜스포머의 2차 권선에 연결된 용량이 증가하면 부하 전류가 증가하여 2차 전압이 증가합니다.

이러한 유형의 변압기 부하에 대한 전류 및 전압의 단순화된 벡터 다이어그램이 그림 5에 나와 있습니다.

그림 5 — 변압기 용량성 부하 모드 전류 및 전압의 단순화된 벡터 다이어그램