변압기(Transformer : 트랜스포머)는 교류 전압을 올리거나 내려주는 장치입니다. 교류전류의 가장 큰 이점이 전압을 마음대로 바꿀 수 있다는 것인데 바로 이 변압기가 그 역할을 합니다. 변압기의 구조는 간단하지만 전자기 유도법칙이라는 신기한 현상을 응용해서 만들어집니다.
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트랜스포머(Transformer)
트랜스포머는 영화가 아니라 변압기입니다. 전기 쟁이들은 이 영화가 나왔을 때 변압기 영화 라면서 한 번씩 웃었습니다. 옛날 말로는 '도란스' 라고 하기도 하고, 특히 '다운 도란스'를 많이 썼던 기억이 있습니다.
그때는 일본 게임기가 110v 였기 때문에 당시 게임 좀 하는 사람의 집에서 '다운 도란스'가 하나씩은 있었습니다. '도란스'는 트랜스의 일본식 표현입니다.
트랜스포머를 줄여서 트랜스라고 부르고 있습니다. 한국어로 변압기로 합니다. 업트랜스는 승압기, 다운트랜스는 강압기라고 부릅니다.
발전소와 트랜스
발전소의 전압은 의외로 낮다고 할 수 있습니다. 발전 전압은 약 11000v정도입니다. 집까지 오는 과정에서 몇 번의 트랜스를 거치게 됩니다.
철탑 위의 전선을 타고 `첫 번째로 변전소의 트랜스를 만나게 됩니다. 약 765000v로 승압이 됩니다.
각 지역의 송전소에 오게 되면 약 154000v로 강압이 됩니다.
시내로 들어오면 다시 변전소에서 약 22900v로 강압이 됩니다. 이때부터 전선은 전주(전봇대)를 타고 돌아다니게 됩니다.
전주에서 집으로 들어올 때는 전주에 걸려있는 김치통처럼 생긴 변압기 즉 주상변압기를 거쳐 강압하여 들어오게 됩니다.
아파트의 경우에는 단지 내에 자체적으로 변전소가 있습니다. 공장도 마찬가지로 자체 변전소에서 변압을 하게 됩니다.
트랜스의 구조
변압기의 구조에 대해 알려드리겠습니다. 변압기는 전압이나 전류를 변화시키는 전기기기로, 교류 전력을 받아 전자 유도 작용에 의해 다른 교류 전력을 공급합니다.
변압기의 기본 구조는 철심과 권선으로 되어 있습니다.
철심은 자기 회로를 구성하는 부분으로, 실리콘 스틸이나 비정질 금속 등으로 만들어집니다.
권선은 전기 회로를 구성하는 부분으로, 동선이나 알루미늄선 등으로 철심에 감겨져 있습니다.
권선은 1차 코일과 2차 코일로 나뉘며, 1차 코일에 인가된 교류 전압에 의해 철심 내에 자속이 발생하고, 이 자속에 의해 2차 코일에 유도 전압이 생깁니다. 권선의 권수에 따라 유도 전압의 크기가 달라지며, 1차 코일의 권수보다 2차 코일의 권수가 많으면 승압 변압기, 적으면 강압 변압기라고 합니다. 변압기의 구조는 철심의 형태나 권선의 방식에 따라 다양하게 나뉘며, 일반적으로 내철형과 외철형, 또는 권철심과 프레임 철심, 단책 적철심 등으로 구분됩니다. 또한 변압기는 용도나 특성에 따라 유입 변압기, 건식 변압기, 계기용 변압기, 특수 목적 변압기 등으로 분류됩니다.
트랜스의 동작 원리
- 자기장이 있으면 전기를 만들 수 있습니다.
- 같은 원리로 전기가 흐를 때 자기장이 만들어집니다.
- 트랜스의 기본원리는 전기와 자기의 특성을 이용하는 것입니다.
트랜스의 기본 구조는 얇은 전선에 에나멜을 입힌 에나멜 전선으로 사각 철심의 양쪽 측심을 감아 코일을 만듭니다.
패러데이의 전자기 유도 법칙
감은 수를 권선수 또는 권수라고 합니다.
한쪽 철심에 전기가 흐르면 이 코일의 주변으로 자기장이 형성됩니다.
자기는 철심을 따라 이동하며 다른 쪽 철심을 통과하게 됩니다. 이때 전기가 흐르지 않는 철심의 코일에 자기가 통과하면 전자가 이동하면서 전기가 흐르게 됩니다. 이것을 유도 전류라고 합니다.
패러데이 전자기 유도법칙
전자기 유도법칙을 발견한 마이클 패러데이는 1791년 ~ 1867년까지 생존했던 과학자로 당시에는 화학자로 더 유명했었습니다. 꼼꼼한 성격의 패러데이는 인쇄소에서 일을 하면서 과학 책을 많이
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권선의 비율이 전압을 결정한다
전압은 1차 측 철심의 권수와 2차 측 철심의 권수에 비례하여 결정되게 됩니다.
즉, 1차 측 권수보다 2차 측 권수가 많으면 승압(업트랜스)이 되고 1차 측 권수보다 2차 측 권수가 적으면 강압(다운트랜스)이 됩니다.
예를 들어 1차 측 권수가 1000번, 2차 측이 2000번 일 때 1차 측에 100v의 전압을 넣으면 2차 측에서는 200v의 전압이 생기게 됩니다.
전력 손실의 발생, 변압기의 효율
트랜스의 전력량은 1차와 2차가 수치상 동일해야 하지만 전력의 손실이 발생하게 됩니다.
전선에는 저항이 있고 철심에도 저항이 있습니다.
일반적으로 트랜스가 설계된 전력의 약 70% 정도의 효율이라고 봅니다만, 실제로 50kva 정도의 트랜스를 구입할 때 경험이 많은 셀러의 경우 부하용량이 얼마인지 다시 한번 물어보게 되는데 70%에서 심하게는 60% 까지도 효율을 봅니다.
50kva 의 60% 전력이면 실 부하 30kw입니다.
이상 간단한 변압기의 구조와 원리를 설명해 보았습니다.
현장에서 트랜스가 터지는 것을 가끔씩 보게 됩니다. 안전중심으로 트랜스 선정은 여유 있게 하시길 바랍니다.
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