HOME > 자료실
 
작성일 : 09-04-27 20:07
1.변압기 무부하손 - no load loss -
 글쓴이 : 한일변압기
조회 : 12,382  

1. 무부하손 (NO Load Loss)

 

변압기에 전압을 가하면 변압기 철심에는 교번 자속을 발생시키기 위한 여자전류가 흐른다.

자속의 방향이 반대방향 때마다 철심 내에 남아있는 잔류 자기를 없애기 위해 불필요한 전력이 소모된다.

이 손실의 유효분이 무부하손에 대응되며, 그의 대부분이 철손이다.

또한, 그의 무효분은 철손의 자화에 대응되며, 이것이 히스테리시스 손실이다. 이 히스테리시스손의 크기는 자성체의 히스테리시스 곡선(Hysteresis loop)내의 면적과 같다. 변압기의 무부하손 중에는 실제로 철손 이외에 동손과 유전체손도 포함되어 있으나 이 손실은 대단히 작다.

5%의 여자전류에 의해서 생기는 동손은 순환전류가 없는 것으로 한다면, 전부하시에 있어서 1차 권선의 0.25%정도로 무시할 정도이다.

 

유전체 손은 전압이 상당히 높을 경우 겨우 확인할 수 있을 정도로 작으며, 상용주파수에서

대용량기의 철손에 비하면 문제가 되지 않는다.

여자용량(Exciting volt-amperes)은 결국 철심에 소비되는 유효전력과 무효전력이므로 변압기의 여자특성은 철심의 자속 밀도만으로도 권선 설계의 영향을 끼치므로 철심 설계에 결정되어 진다.

그러므로, 변압기의 여자특성은 철심의 중량, 품질, 구조 및 자속 밀도가 주어지면 가령 고조파가 포함되어 있어도 권선과는 무관하게 계산되어진다. 변압기의 크기가 변하면 물론 철심의 중량은 변화하나, 철심의 구조와 철심재료의 품질과 함께 자속밀도는 거의 동일하므로 변압기의 무부하손과 여자용량은 개개의 변압기 전압과 용량과 권선의 형식과는 무관계하게 철심중량만으로 결정되어진다.

예를 들면 60Hz 용 변압기가 극히 클 경우 철심중량 Pound 당 1W로 무부하 손실을 계산하게 된다.

 

1.1 여자용량

여자용량중의 무효분은 일반적으로 유효분의 5-20%로 자속밀도의 변화에 대해서 유효분보다

민감하므로 단위 중량당 여자용량의 변화는 단위중량당의 손실보다 크다.

보통 품질의 규소강판의 여자특성은 Joint를 고려하여 파운드 당으로 하지 않고 인치(Inch)당으로 주어진다.

이것은 여자전류가 5-25%의 범위에는 이 역율이

① 박강판 품질과 두께,

② 여자밀도,

③ 주파수

④ 죠인트의 良否 및 자기회로 단위장 당 죠인트 수에 좌우되기 때문이다.

 

이것은 코일의 설계와 무관한 전압 전류 및 정격용량과도 무관하게 된다.

(단, 자기 회로 단위장 당의 죠인트 수 혹은 적층 강판 상호간에 흐르는 와전류에 의한 손실에

대해서 이 영향이 없는 것으로 한다.)

여기에 철심 치수와 중량에도 무관계하다. 규소강판은 그의 품질이 우수하나 여자전류의 역율이 낮게 되는 경향이 있다. 이것은 투자율 향상보다도, 일반적으로 철손의 감소쪽이 크기 때문이다.

또한, 규소강판은 높은 자속밀도로 운전하면여자전류의 역율은 감소하나, 이것은 철손의 증가율 보다도 여자용량의 증가율이 크기 때문이다.

 

그러므로, 여자전류의 역율이 좋고 나쁜가, 강판품질이 좋고 나쁜가에 국한하지 않는다.

물론 품질상으로 유효분, 무효분이 최소 즉 철손도 최소로 되어 여자전류도 최소로 되는 것이

바람직함은 물론이다.

특히, 철손이 중요하다. 유효분과 자화분은 서로 90도의 위상차가 있으므로 여자전류의 값을

거의 자화분의 크기로 생각해도 무리는 없다. 유효분이 비교적 커서, 예를 들면 역률이 25%일

경우에도 여자전류와 이 자화분의 크기의 차는 겨우 3% 정도이다. 그래서 자화전류와 여자전류는 거의 동일하게 쓰인다.

 

1.2 히스테리손

히스테리손은 철심의 자화 특성에 의한 자계를 방향이 서로 다른 자계로 변환시킬 때 손실로

Steinmetz의 실험식에서 사용되는 철심의 재질에 따라 변화하며, 사용주파수에 비례하고 철심에 통과하는 자력선 밀도의 1.6승에 비례한다.

이 히스테리시스손을 줄이기 위해서는 철심의 잔류자기가 적은 소재를 사용하여 변압기를 제작해야 하는데, 이러한 소재로서 규소강판이 사용되고 있으며, 최근에는 규소강판보다 철손을 획기적으로 (약 1/3 ~ 1/4 수준) 줄일 수 있는 신소재로서 비정질합금인 아몰퍼스(Amorphous alloy)가 일부 소형 변압기에 사용되고 있다.

 

1.3 와전류손

와전류손은 변압기 철심에 교번 자속이 흐르게 되면 철심 자체에 유도전압이 유기되고, 이에

따라 교번 자속과 직각방향으로 자속의 주변에 맴도는 와전류가 흐르게 되고(플레밍의 오른손

법칙), 이 와전류 크기의 제곱 및 철심의 전기 저항에 비례하는 Joule 열 손실을 발생시키는데,

이것이 ‘철심의 와전류손이다.

이러한 와전류손은 도전율에 비례하고 사용 주파수에 2승에 비례하며, 철심 자속밀도에 2승에

비례한다. 와전류손을 줄이기 위해서는 철심을 흐르는 자속과 직각방향(즉, 와전류가 흐르는

방향)의󰡐철심 전기저항󰡑을 증가시켜 와전류의 크기를 줄이는 방안으로서, 현재 모든 변압기

제작사들은 두께가 얇고(0.23 ~ 0.35mm), 그 양쪽면은 무기(Inorganic) 절연재로 코팅된 규소

강판을 적층하여 변압기 철심을 제작함으로써, 철심의 와전류손을 줄이고 있다.

 

1.4 무부하 전류의 실용한계

전력용 변압기에 있어서 여자 전류의 상한은 일반적으로 정격전압의 110%전압으로서, 15%가 그의 한계이나 실제에는 이것보다 작을 때는 2%정도의 것도 있다. 용량 1KVA이하의 변압기가 되면 위 값을 훨씬 상회한다.

 

1.5 유전체손(Dielectric Loss)

유전체손은 전압에 의한 절연물이 유전체 특성에 의해서 발생되는 손실로서 보통 전력용 변압기에서는 무시해도 될 정도로 작다.