3상 변압기의 구성

1. 삼상 변압기란?

3상 변압기는 3상 전기 시스템으로 작동하는 변압기이며  3상 변압기의 작동 원리는 패러데이의 유도 법칙과 동일합니다. 단상 및 3상 변압기는 배선 구성이 다릅니다. 

 

3상 전기 시스템

단상 및 3상 전기 시스템은 교류(AC)를 사용합니다. AC는 진폭과 방향을 지속적으로 변경하는 전기의 한 형태로, 일반적으로 사인파를 특징으로 합니다. 그러나 복소파, 삼각파 및 구형파와 같은 다른 파형을 생성할 수 있습니다. AC 신호에는 주기, 주파수 및 진폭의 세 가지 주요 속성이 있습니다. 주기와 주파수는 파동의 시간 성분을 나타내고 진폭은 전기의 강도 또는 크기를 나타냅니다.

 

하나의 완전한 AC 파형에는 피크와 최저점이 있습니다. 360° 주기의 경우 90° 및 270°에서 발생합니다. 단상 전기 시스템에는 하나의 피크와 단일 도체에 흐르는 통과 전류가 있습니다. 이 지점에서 진폭은 가장 크지만 방향이 다릅니다.

 

3상 시스템의 경우 전류에는 3개의 개별 도체에 흐르는 3개의 피크와 3개의 골이 있습니다. 이 전류는 서로 120° 위상이 다릅니다. 3상 전기 시스템에서는 주어진 기간 동안 가장 큰 진폭에 더 자주 도달하는 것을 관찰할 수 있습니다. 이를 통해 거의 일정한 속도로 전력을 공급할 수 있습니다.

 

 

 

반응형

 

3상 변압기 권선

3상 변압기는 6개의 권선으로 구성되며, 3개는 1차용이고 3개는 2차용입니다. 각 측면(1차측 및 2차측)의 권선은 델타 또는 스타 구성으로 연결할 수 있습니다. 이러한 권선은 별도의 단상 권선으로 볼 수 있습니다. 이론적으로 3개의 단상 변압기를 연결하여 3상 변압기를 만들 수 있습니다.

 

 

반응형

 

2. 3 상 변압기 구성

3상 연결의 두 가지 주요 형태는 델타와 스타입니다. 메쉬 연결이라고도 하는 델타 연결은 서로 끝에 연결된 세 개의 권선으로 구성되어 폐쇄 루프를 형성하고 끝은 터미널에 연결되며 중립점이 없지만 접지 연결이 사용됩니다.

 

델타 연결은 한 위상의 중심점을 접지하여 하이 레그 시스템으로 구성할 수도 있습니다. 이 구성에서 중앙 탭 위상 및 접지와 반대되는 라인을 가로질러 측정된 전압은 단자에서 측정된 것보다 높습니다.

 

 

 

와이 연결이라고도 하는 스타 연결은 3개의 권선과 4개의 단자로 구성됩니다. 세 권선의 한쪽 끝은 공통 중성점 또는 단자에 연결되고 다른 쪽 끝은 회로의 세 위상을 형성합니다.

 

 

반응형

 

3상 전압 및 전류 특성

델타 또는 스타 연결을 사용하는 것은 장점과 단점이 있습니다. 더 잘 이해하려면 위상 및 라인 전압과 전류의 차이를 아는 것이 가장 좋습니다.

 

위상 전압과 전류는 단일 구성 요소에서 측정되는 반면에 라인 전압과 전류는 두 단자에서 측정됩니다.

 

델타 및 스타 연결의 위상 및 선 관계는 아래에 요약되어 있습니다.

	델타	스타
전압	VL = VP	VL = VP x √3
전류	IL = IP x √3	IL = IP

여기서: VL = 라인 전압

VP = 위상 전압

IL = 라인 전류

IP = 위상 전류

 

스타 연결에서 라인 및 위상 전류는 동일하며 휘일 전압은 √3배 다릅니다. 따라서 추가 변압기 없이 다양한 전압으로 전원을 공급할 수 있습니다. 예를 들어, 230V 스타 회로는 400V도 공급할 수 있습니다. 230V 공급은 위상 단자와 중성선에서 연결하여 얻을 수 있는 반면 400V는 두 위상을 연결하여 얻을 수 있습니다.

 

델타 연결의 경우 라인 및 위상 전압은 동일하지만 전류는 √3배 다릅니다. 델타 연결의 라인 전류는 위상 전류보다 크기 때문에 주어진 전력을 공급하려면 더 두꺼운 절연이 필요합니다. 스타 연결은 절연 재료를 덜 사용하기 때문에 송전 및 배전 네트워크에 사용하는 것이 좋습니다.

 

델타 연결의 장점은 신뢰성입니다. 1차측의 한 권선이 고장나더라도 나머지 2상이 부하를 전달할 수 있는 경우 2차측이 동일한 전압을 공급할 수 있습니다.

3상 변압기에서 1차측과 2차측은 동일하거나 다른 구성을 가질 수 있습니다. 가능한 순열은 star-star, star-delta, delta-star 및 delta-delta의 네 가지입니다.

 

 

반응형

 

스타-스타 커넥션

이 유형에는 1차 및 2차측에 스타 권선이 모두 있습니다. 각 측면의 라인 전압은 단상 전압의 √3배입니다. 스타-스타 연결의 주요 장점은 변압기 양쪽에 있는 중성선 단자에 접근할 수 있다는 것입니다.

 

스타 뉴트럴을 지면에 연결하면 파형에 대한 왜곡이 제거됩니다. 접지가 없으면 이 구성의 작동은 3상의 부하가 균형을 이루는 경우에만 만족스럽습니다.

 

 

 

반응형

 

스타-델타 연결

스타델타 연결형은 1차측이 스타 연결에 있고 2차측은 델타에 있습니다. 1차 측에 별 연결이 있으면 별의 중성점을 접지에 연결하여 왜곡을 방지할 수 있습니다. 또한 1차측의 위상 전압은 공급 라인 전압을 √3으로 나눈 값 또는 약 58%와 같습니다. 따라서 1:1 권선비의 경우 스타-델타 연결은 2차측에 0.58배의 감소된 전압을 제공합니다. 따라서 스타-델타 연결을 강압 변압기에 적용할 수 있습니다.

 

이 구성의 주요 단점은 1차측 전압이 라인에서 중성선으로 연결되는 반면 2차측 전압은 라인에서 라인으로 연결된다는 것입니다. 그러면 1차측이 2차측과 위상이 다릅니다. 이로 인해 스타-델타 변압기를 다른 유형의 권선 연결과 병렬로 연결하기가 어렵습니다.

 

델타-스타 연결

1차측에서는 선로와 위상 전압이 같고, 2차측에서는 선로 전압에 √3을 곱한 값과 같습니다. 따라서 1:1 권선비의 경우 2차 라인은 √3배의 증가된 전압을 제공합니다. 델타 스타 변압기는 승압 애플리케이션에 사용됩니다. 이 유형의 또 다른 응용 분야는 분배 시스템입니다. 2차측에는 중성선이 있기 때문에 전체 3상 전원 공급 외에 단상 전원 공급 장치로도 사용할 수 있습니다.

스타-델타와 마찬가지로 1차측과 2차측의 권선이 다르기 때문에 결과 전기의 위상이 다릅니다.

 

델타-델타 연결

델타 델타 연결에서 1차측과 2차측의 라인-투-라인 전압은 위상 전압과 같습니다. 이 유형의 주요 장점은 불균형 부하에서도 3상 전압이 동일하게 유지된다는 것입니다. 또한 양쪽이 동일한 유형의 권선을 가지고 있기 때문에 그들 사이에는 위상 변이가 없습니다.

델타-델타 연결의 단점은 양쪽에 중성 연결이 없고 더 비싼 코일이 필요하다는 것입니다. 델타 연결 변압기는 전체 라인 전압으로 감겨야 합니다. 따라서 이 유형은 저전압 애플리케이션에 유용합니다.

 

 

반응형

 

다른 유형의 3상 변압기

이 네 가지 순열 외에도 다른 유형의 3상 변압기가 있습니다. 다른 유형은 기본 스타 및 델타 권선을 수정한 결과입니다.

 

다른 유형은 다음과 같습니다.

 

개방 델타 연결

 

V-V라고도 하는 개방 델타 연결은 델타-델타 회로의 1차 및 2차측에서 두 개의 일치하는 권선을 제거하여 달성됩니다. 이와 관련하여 3개의 동일한 3상 전압을 무부하의 2차 단자에서 사용할 수 있습니다. 이것은 일반적으로 3상 부하가 너무 작아 전체 3상 변압기를 설치할 수 없을 때 수행됩니다.

 

주어진 개방형 델타 변압기 뱅크의 경우 변압기의 정격을 초과하지 않고 전달할 수 있는 3상 부하는 원래 부하의 58%에 불과합니다. 부하가 증가하면 열린 델타가 닫혀 델타-델타 연결이 될 수 있습니다.

 

 

 

반응형

 

Scott-T 연결

 

Scott-T 연결는 T-T 연결이라고도 하며 1차 권선과 2차 권선 모두에 중앙 탭이 있는 두 개의 변압기를 사용하여 수행됩니다. 주 변압기에는 중앙 탭이 있고 다른 변압기에는 티저 변압기로 알려진 0.87 탭이 있습니다.

 

티저 변압기는 정격 전압의 87%에서만 작동하기 때문에 변압기의 전체 정격이 활용되지 않습니다. 이 유형의 연결은 3 상 시스템을 2 상 시스템과 연결하기 위해 수행됩니다. 이 변환의 일반적인 응용 분야는 2 상 시스템 전기로의 전원 공급 장치입니다.

 

 

 

반응형

 

하이 레그 델타 연결

 

하이 레그 델타는 델타가 연결된 2차 측을 중앙 탭핑하고 이 중앙 탭을 지면에 연결하여 수행되며  3상, 델타 연결 공급 및 단상 전원이 제공하는데 주로 소비자에게 대형 장비의 경우 240V 라인 투 라인, 추가 변압기 없이 조명 및 가전 제품의 경우 120V 라인-중성선이 공급되는 주거용 및 상업용 배전 시스템에 사용됩니다.

 

하이 레그 델타 연결 변압기는 빨간색 다리 연결, 와일드 레그 연결 또는 주황색 다리 연결이라고도 합니다. 하이 레그 델타 연결의 일반적인 사용은 북미에서 발견되며 주로 미국에서 사용됩니다. 주황색 다리 하이 레그 델타 연결은 주황색 외부 마감으로 표시된 208V 전원과 관련이 있습니다.

 

 

 

반응형

 

토로이달 변압기

 

일반 변압기는 시끄럽고 에너지 효율이 부족합니다. 토로이달 변압기는 전통을 깨고 매우 조용하게 작동하며 최소한의 열을 발생시킵니다. 토로이달 변압기의 코어는 1차 권선과 2차 권선이 절연체로 분리된 도넛 모양으로, 노이즈를 유발하는 자기 누설을 최소화하는 설계입니다.

 

토로이달 변압기의 전력은 2차 코일을 통과하는 자기장에 따라 승압되거나 감소합니다. 전압의 양은 전압을 두 배로 늘리는 권선 중 하나에 2 대 1의 비율로 2 차 코일의 권선 수에 의해 결정됩니다. 1차 코일은 전자가 어느 방향으로든 쉽게 흐를 수 있도록 하는 양의 자기장을 생성합니다.

 

토로이달 변압기의 교류(AC) 전류 신호로 자기장이 피크에 도달하고 제로 전압으로 떨어지면 첫 번째 절반 사이클이 완료됩니다. 첫 번째 사이클이 완료된 후 전자는 음의 자기장으로 코일을 통해 반대 방향으로 이동합니다. 자기장 방향의 스위치는 전압을 다시 0으로 가져와 전체 사이클을 완료합니다.

 

토로이달 변압기의 소음 수준은 다른 변압기보다 훨씬 낮은데, 이는 변압기가 생성하는 자기장의 크기 때문입니다. 코어의 도넛 모양은 진동할 수 없는 매우 단단한 권선을 가질 수 있도록 합니다. 이러한 진동 부족은 소음의 가능성을 제거하고 토로이달 변압기를 매우 안전하게 만듭니다.

 

토로이달 변압기의 장점

• 더 높은 효율성
• 낮은 작동 온도
• 윙윙거리는 소리를 냅니다.
• 컴팩트한 디자인으로 토로이달 변압기의 크기가 작아집니다.
• 경량
• 낮은 표유 자기장
• 낮은 전자파 장해(EMI) 방출