변압기 모형과 그 전기적회로 유도 실험

소개글

변압기 모형과 그 전기적회로 유도 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Assignment 7. OPEN CIRCUIT TEST
1. 목적
2. 준비물
3. 관련이론
✔ The equivalent circuit (등가회로)
4. 실험내용
실험 1 Open circuit test (개방회로 시험)
Assignment 8 SHORT-CIRCUIT TEST
1. 목적
2. 실험 장치
3. 관련이론
Winding resistance(권선저항)
Assignment 9 USING THE EQUIVALENT CIRCUIT
❏ 결론 및 고찰

본문내용

이 식들과 fig 10.4에 기록된 측정값들로부터 fig 10.7의 표를 완성할 수 있다.
Exercise 10.3
단락회로시험에서 I2=2A에 대한 결과를 이용하여 fig 10.7의 표를 완성하고 R2'과 X2'를 표시하면서 fig 10.1과 같은 등가회로를 그려라. (이것들은 코어손실을 무시한 변동률 계산에 쓰일 것이다.)
Voltage Ratio
☞ 권선비를 활용해서 등가임피던스를 구할 수 있었다. 이것은 다음에 코어손실을 무시한 변동률 계산에 쓰이게 된다.
전압 변동률
이제 2차측 권선에 흐르는 load 전류 값이 주어졌을 때 임피던스 Z2'에서 생기는 전압강하를 계산하는 데에 이르렀다. 우리는 이를 이용하여 무부하 2차측 전압의 퍼센트로서 변동률을 찾을 수 있다.
변압기 2차측의 부하는 유도전동기나 긴 무부하 전송선로처럼 순수하게 저항성분이거나 유도성(inductive)이거나 혹은 용량성(capacitive)일지도 모른다. 따라서 전압 변동률 계산은 틀림없이 부하의 특성을 설명할 것이다.
fig 10.8(a)에서 부하가 있는 변압기는 zero 권선 임피던스에 2차측으로 환산된 누설 리액턴스, 권선 저항을 나타내는 성분들이 더해진 이상적인 변압기로서 나타난다.
2차측 부하에 걸리는 전압 V2는 이상적인 변압기의 2차측에 생성되는 유도기전력 E2에 R2'과 X2'로 이루어진 임피던스의 전압강하를 뺀 값으로 나타난다.
등가회로로부터 fig 10.8(b)와 같은 페이저도를 도출할 수 있다.
페이저도에서 부하는 유도성이고 2차측 전류 I2는 2차측 단자전압 V2에 각도 φ 만큼 뒤질 것이다. 만약 부하가 연결되어 있지 않다면 R2' 혹은 X2'에 의한 전압강하가 없을 것이고 무부하 혹은 개방회로의 2차측 전압 V20은 유도기전력 E2와 같을 것이다.
부하에서 E2는 단자전압 V2에다가 누설리액턴스와 부하전류와 같은 위상인 권선저항에 걸리는 전압강하를 더한 것과 같다.
본래의 변동률은 무부하시 단자전압 V20과 부하가 있을 시 단자전압 V2 사이의 차이이므로 페이저도를 이용함으로써 부하전류 I2, 위상각 φ, R2'과 X2'로 이루어진 임피던스에 관하여 퍼센트 변동률을 구하기 위한 식을 얻을 수 있다. 그러나 이것은 꽤 복잡한 식이 될 것이고 대부분의 쓰임에 맞게 간단한 식으로 도출해야한다. fig 10.8(b)의 페이저도로부터 식 (V2 + I2R2'cosφ + I2X2'sinφ)는 거의 V20의 크기와 같다. 따라서
Exercise 10.4
실험 10.1에서 얻은 결과들을 이용하여 부하전류 2.0A이고 지상 0.6의 역률인 변압기의 전압 변동률을 구하여라.
☞
Q10.2 변압기가 무부하시 단자전압보다 큰 전부하 단자전압을 가질 수 있다고 생각하는가? 어떤 부하의 조건이 그런 결과를 만들 수 있는가?
☞
Practical Considerations
많은 변압기응용에서 부하가 변함에 따라 발생하는 2차측 전압의 변동을 제한하는 것은 중요하다. 전력시스템작동에서 전기 공급 쪽의 전문가는 보통 소비자측 단자에 공급되는 전압중 최대전압, 최소전압을 구체화한다.
전력시스템의 변압기에서 2차측 전압의 변동은 출력전압을 감지하고 부하에 맞게 권선비를 바꾸는 자동 tap-changing 장비에 의해 제한된다. 그러나 오직 변압기의 권선저항과 누설리액턴스를 줄임으로써 변동률을 낮출 수 있다. 다시 말하면 이는 코어 내부의 권선과 철(iron)에서 구리의 단면적 증가를 요구한다. 이런 단계들 모두 크기와 비용의 증가를 불러일으키고 따라서 절충이 필요하며 사용자가 받아들일만한 변동률을 구체화한다. 영국표준 2214 ‘The Performance of Power Transformers not Exceeding 2kVA'는 변동률이 10%를 넘지 않도록 요구한다.
변동률을 계산할 때 부하 시험으로부터 직접적인 측정은 개방회로시험과 단락회로시험에서 얻어 계산된 값들에 비해 선호된다. 소전력 변압기에서 이것이 종종 가능하지만 대전력 변압기에서는 요구되는 부하를 공급하는 것이 실용적이지 않다. 그러므로 간접적인 방법이 사용되어야한다.
변압기의 효율은 전부하 정격에서 가장 크다. 변동하는 동손이 고정된 코어손실과 같을 때 효율은 최대이다.
다양한 부하 조건에서 동작하는 전력용 변압기에서 동손이 전부하의 50%에서 코어손실과 같도록 변압기를 디자인하는 것이 보통이다. 이런 이유로 변압기를 구체화할 때 변압기가 작동하는 부하의 범위에 대한 정보를 제공하는 것이 가장 좋다.
결론 및 고찰
실험 7에서 우리는 개방회로시험에 대해 실험해 보았다. 정격전압을 인가하고 전류와 전력 전압을 측정했다. 이때 전류는 여자전류로 자화전류와 철손전류의 합을 구성했고 전력은 철손을 의미했다. 각각의 전류를 알고 있음으로써 철손성분과 자화성분을 구해내는 것도 가능했다.
실험 8에서는 단락회로시험을 공부했는데 정격전류를 인가하고 전압,전력, 전류를 측정했다. 이번엔 철손이 무시되므로 구해지는 전력은 동손을 의미했다. 즉 권선저항과 리액턴스를 구하는 것이 가능했다.
이 2개의 실험을 토대로 삼아 실험 10에서는 최종적으로 동손,철손 모두가 고려된 등가회로를 구현할 수 있었다. 또 효율계산도 가능했다. 부하%가 커질수록 효율역시 증가했으며 동손과 철손이 거의 같은 지점에서 최대의 효율을 냄을 확인 가능했다. 전압변동률의 개념을 직접 구해봄으로 확인할 수 있었다.
아쉬운 점은 전력계가 신뢰성을 갖지 못했다는 점이다. 실험 내내 작동이 되었다가 안되었다가를 반복했고 또 그 값도 확실히 정확성이 떨어져서 계산값과 차이가 심했다. 이를 고려해서 데이터를 구하고 계산했지만 여전히 아쉽다.
또 효율 그래프를 그려봄에 있어서 예상했던 그래프의 형태를 확실히 구하지 못하고 끝부분을 정확히 그려낼 수 없었던 점이 아쉽다. 실험 의미를 따지지 못하고 급하게 결과만 내려고 했기 때문이란 생각이 들어서 앞으로는 의미를 생각하면서 제대로 된 데이터를 구할 수 있도록 실험을 해야 되겠다.
기계가 불안한 작동을 계속하는데 앞으로는 좀 더 정확한 장비를 사용하거나 계산법을 더 발전시켜서 믿을 수 있는 값을 구하려 노력해야 될 것 같다.

키워드

전기실험,   전기,   전자실험,   전자,   설계실험,   설계,   전기공학,   전자공학