변압기 등가회로 (Equivalent Circuit of a Transformer)

변압기 등기회로에 대해 알아보겠습니다. 변압기의 실제 전기적 특성을 분석하기 위해 자기회로의 영향을 포함한 전기회로, 즉 등가회로 모델이 사용됩니다.

Steinmetz는 변압기 해석을 용이하게 하기 위해, 변압기의 전기적 특성을 등가회로로 표현하는 방법을 제안했습니다.

 

변압기의 등가회로 모델

1차측에 환산한 등가회로

1차측에 환산한 변압기 등가회로는 변압기의 2차 측 전기적 특성을 1차 측으로 변환하여 나타냅니다. 이를 위해 2차 권선의 전기적 특성에 환산계수를 곱해 1차 권선과 동등하게 만듭니다. 이때 사용되는 환산계수는 권수비는 다음과 같습니다.

 

이렇게 2차 권선을 1차 권선에 맞춰 변환하게 되면, 1차와 2차 전력의 등가회로가 유지됩니다. 이러한 환산은 변압기의 특성을 이해하고 해석하는 데 중요한 역할을 합니다.

1차측에 환산한 등가회로

 

2차측에 환산한 등가회로

1차측의 특성을 2차측으로 환산하는 경우, 권수비의 역수를 사용하여 1차측의 전기적 특성을 2차측으로 변환합니다. 이 환산을 통해 변압기의 전체 전력과 특성은 변하지 않습니다.  이 환산을 통해, 변압기에서 각 권선의 특성을 일관되게 분석할 수 있습니다.

2차측에 환산한 등가회로

 

근사등가회로 (Approximate Equivalent Circuit)

실제 변압기에서는 여자전류가 매우 적기 때문에, 1차 임피던스에 의한 전압강하는 1차 정격전압의 3-5% 정도입니다. 따라서 여자 어드미턴스를 전원 쪽으로 이동시키는 근사등가회로를 사용해도 거의 오차가 없습니다. 이는 변압기의 특성을 분석하는 데 자주 사용됩니다.

근사등가회로

 

결론

변압기의 등가회로 모델은 변압기의 전기적 특성을 이해하고 분석하는 데 필수적입니다.

1차 또는 2차 측으로 환산된 등가회로를 통해, 변압기 내의 전력 및 전류의 변화를 명확하게 파악할 수 있습니다. 이러한 분석은 변압기의 효율성과 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다.