변압기

변압기 (變壓器, Transformer)는 교류 전압의 크기를 바꾸는 장치이다. 전자기 유도 현상을 이용하여 전기 에너지를 한 회로에서 다른 회로로 전달하며, 주파수를 변경하지 않고 전압과 전류의 크기를 변환한다. 변압기는 전력 시스템에서 전력의 효율적인 전송 및 배분에 필수적인 요소이며, 다양한 전기 기기 및 전자 제품에도 널리 사용된다.

원리 및 구조

변압기는 주로 철심(core)과 철심에 감겨 있는 두 개 이상의 코일(coil), 즉 1차 코일(primary coil)과 2차 코일(secondary coil)로 구성된다. 1차 코일에 교류 전압을 가하면 철심에 교번 자속이 발생하고, 이 자속이 2차 코일에 쇄교하면서 전자기 유도 현상에 의해 2차 코일에 전압이 유기된다.

• 철심 (Core): 코일에 의해 발생하는 자속의 통로 역할을 하며, 주로 규소 강판을 얇게 성형하여 적층한 형태로 만들어진다. 이는 와전류 손실을 줄이기 위함이다.
• 코일 (Coil): 전선을 감아 만든 것으로, 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따라 전압의 변환 비율이 결정된다.
• 권선비 (Turns Ratio): 1차 코일의 권선 수(N₁)과 2차 코일의 권선 수(N₂)의 비율(N₁/N₂)을 의미하며, 이상적인 변압기에서 전압의 변환비와 같다. 즉, V₁/V₂ = N₁/N₂이다.

종류

변압기는 용도, 구조, 냉각 방식 등에 따라 다양한 종류로 분류될 수 있다.

• 용도에 따른 분류: 전력용 변압기, 배전용 변압기, 계기용 변압기, 오디오용 변압기, 절연 변압기 등
• 구조에 따른 분류: 철심형 변압기, 권철심형 변압기, 몰드형 변압기 등
• 냉각 방식에 따른 분류: 유입 변압기, 건식 변압기 등

손실

실제 변압기에서는 에너지 손실이 발생하며, 주요 손실 요인은 다음과 같다.

• 철손 (Iron Loss): 철심에서 발생하는 손실로, 히스테리시스 손실과 와전류 손실로 나뉜다.
• 동손 (Copper Loss): 코일의 저항에 의해 발생하는 손실로, 전류의 제곱에 비례한다.

활용 분야

변압기는 전력 시스템 뿐만 아니라 다양한 분야에서 활용된다.

• 전력 시스템: 발전소에서 생산된 전력을 송전 및 배전하는 과정에서 전압을 승압하거나 강압하는 데 사용된다.
• 가전 제품: TV, 냉장고, 전자레인지 등 다양한 가전 제품에서 필요한 전압으로 변환하는 데 사용된다.
• 산업 설비: 공장 자동화 설비, 전동기 구동 장치 등 다양한 산업 설비에서 전압을 제어하는 데 사용된다.
• 통신 장비: 통신 장비의 전원 공급 및 신호 변환에 사용된다.

주의 사항

변압기를 사용할 때에는 다음과 같은 사항에 유의해야 한다.

• 정격 전압 및 전류를 확인하고, 규격에 맞는 변압기를 사용해야 한다.
• 과부하 상태로 사용하지 않도록 주의해야 한다.
• 변압기의 냉각 방식을 고려하여 적절한 환경에서 사용해야 한다.
• 습기가 많은 곳이나 먼지가 많은 곳은 피해야 한다.