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1. 단상 변압기의 무부하 특성 실험
1.1. 실험 목적
단상 변압기의 무부하 특성 실험의 목적은 다음과 같다.
첫째, 오실로스코프를 통해 변압기의 정격전압 및 여자전류를 측정하여 무부하 특성을 이해하는 것이다. 이를 통해 변압기의 기본적인 동작 원리를 파악할 수 있다.
둘째, 역률각과 여자전류, 정격전압을 이용하여 철손, 여자전류, 정격전압, 철손전류, 자화전류, 무효전력, 철손각, 여자어드미턴스, 여자컨덕턴스, 여자서셉턴스 등의 값을 구할 수 있다. 이는 변압기의 내부 특성을 보다 심도 있게 이해하는데 도움이 된다.
즉, 이번 실험을 통해 단상 변압기의 무부하 특성을 종합적으로 파악하고, 변압기의 설계 및 운전에 필요한 핵심 파라미터들을 실험적으로 확인할 수 있다.
1.2. 이론적 배경
단상 변압기의 무부하 특성은 2차측이 개방된 상태에서 1차측에 정격전압을 인가했을 때의 특성을 의미한다. 이론적 배경은 다음과 같다.
첫째, 2차측이 개방되어 무시할 수 있기 때문에 1차측 권선 저항(r1)과 리액턴스(x1)도 무시할 수 있다. 따라서 1차측 부하전류(I1)는 곧 무부하 상태의 여자전류(I0)와 같다.
둘째, 유효전력은 철손을 나타내며 P=VI·cosθ[W]로 계산할 수 있다. 여기서 V는 1차측 정격전압, I는 여자전류, θ는 철손각이다. 무효전력은 리액턴스에서의 전력을 나타내며 Q=VI·sinθ[Var]로 계산할 수 있다.
셋째, 철손전류(Iw)는 철손저항 r0에 흐르는 전류이고, 자화전류(Iμ)는 자화리액턴스 x0에 흐르는 전류이다. 여자전류(I0)는 이 두 전류의 합이다.
넷째, 여자어드미턴스(Y0)는 전체 회로의 모든 저항의 임피던스의 역수이다. 여자컨덕턴스(g0)는 철손저항 r0의 역수이며, 여자서셉턴스(b0)는 자화리액턴스 x0의 역수이다.
다섯째, 철손각은 cos-1(Iμ/I1)[deg]으로 계산할 수 있으며, 역률각은 90deg-철손각이 된다.
요약하면, 단상 변압기의 무부하 특성 실험을 통해 1차측 정격전압, 여자전류, 철손각 등을 측정하고 이를 바탕으로 철손, 여자전류, 철손전류, 자화전류, 무효전력, 여자어드미턴스, 여자컨덕턴스, 여자서셉턴스 등을 계산할 수 있다.
1.3. 실험 장비
실험 장비는 오실로스코프, 전원 케이블, 리드선, 단상변압기 1대로 구성되어 있다. 오실로스코프를 통해 1차측의 정격전압과 1차측 부하전류=여자전류의 값을 확인할 수 있다. 전원 케이블과 리드선은 실험 회로를 구성하는 데 사용되며, 단상변압기 1대는 1차측과 2차측의 권수비가 2:1인 변압기이다. 이를 통해 변압기의 무부하 특성을 분석할 수 있다.
1.4. 실험 조건 및 실험 과정
실험 조건 및 실험 과정은 다음과 같다.
실험 조건: 1차측과 2차측의 비 2:1 (권수비=2)
① 1대의 단상 변압기 1차측을 전압용량이 220V짜리 변압기로 만든다.
② 1대의 단상 변압기 2차측을 전압용량이 110V짜리 만든다.
실험 과정:
① 오실로스코프를 통해 1차측의 정격전압과 1차측 부하전류=여자전류의 값을 확인한다.
② 확인된 값들과 주어진 계산된 역률각을 통하여 철손,여자전류,정격전압,철손전류,자화전류,무효전력,철손각,여자어드미턴스,...
