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단상변압기 설계

단상변압기 설계목차단계 할당시간 1 주차 2 주차 3 주차 정보수집 사양 / 기능설정 상세요목 개념설계 상세설계 평가 / 분석 Scheduling 스케줄변압기 관련 이론 어떤 전압의 교류 전기에너지를 자계작용을 통한 다른 전압크기의 교류 전기에너지로 변환시키는 장치 . 코어에 감겨있는 코일에 전압을 인가하여 코어의 권선비로 승압 및 강압이 가능 . 냉각기 , 연결부하등의 변압기 특성치 , 온도를 고려한 설계 . 변압기란 ? 변압기 구조변압기 관련 이론 발전소용 변압기 발전 전압을 초고압 송전 전압으로 변환하는 변압기 변전소용 변압기 초고압 송전 전압을 특고압으로 변환하는 변압기 배전용 변압기 특고압을 고압 또는 저압의 일반 공장 , 가정등에 사용 가능한 전압으로 변환 송 . 배전 계통상 구분 변압기 구조상 분류 ( 배전 변압기 ) 내철형 변압기 권선 내부에 철심을 끼워 넣는 구조의 변압기 외철형 변압기 철심 내부에 권선을 끼워 넣는 구조의 변압기 1) 철심 및 권선의 배치 구조에 따은 분류 2) 철심의 적층 형태에 따른 분류 적철심 변압기 철심을 낱장씩 적층하여 만든 변압기 권철심 변압기 철심을 감아서 만든 변압기 변압기 종류변압기 관련 이론 3) 권선의 절연 매체별 분류 유입 변압기 전기 절연유 ( 광유 , 혼합유 , 실리콘유 등 ) 에 권선이 합쳐진 변압기 건식 ( 일반 ) 변압기 권선을 절연지로 절연하여 바니쉬 등에 합친 변압기 건식 ( 몰드 ) 변압기 권선을 Epoxy 등의 수지로 사용하여 고체 절연화 시킨 변압기 건식 ( 가스 ) 변압기 SF6 가스를 사용하여 절연한 변압기 4) 냉각 구조별 분류 자냉식 변압기 공기로 자연 냉각하는 변압기 풍냉식 변압기 공기를 강제로 송풍하여 냉각하는 변압기 수냉식 변압기 물을 권선도체 내부로 강제로 순환시켜 냉각하는 변압기 변압기 적용 부하로 분류 ( 특수 목적의 배전 변압기 ) 계기용 변압기 (PT,CT) 방폭 , 광산용 변압기 고조파 대비용 변압기 정류기용 , 전기로용 변압기 용접기용 변압기 고조파 제거용 변압기철에 소량의 규소 Si 를 첨가하여 제조한 강판 . 코어의 재료 두께 0.3-0.6mm 의 규소강판 ( 규소함유 4-4.5%) 사용 - 히스테리시스손 감소 - 성층구조로 함 - 와류손 감소 코어의 적층구조 재질상의 B-H 곡선 코 어변압기 관련 이론 유도계수를 사용하기 위해서 전선을 감은 수동 소자 . 인덕터나 선륜 이라고도함 . 전자유도에 의한 자력선을 사용하기 위해 전선으로 감은것을 권선이라함 . 코일의 종류 전선을 원통형태로 감아서 원통 내부가 비어 있거나 베이클라이드 같은 비자성체로 전선을 보관 유지하는 코일 . 공심코일 막대기형 , E 자형 , 북모양 같은 코어 ( 철심 ) 에권선을 감은 코일 . 재질은 페라이트를 이용하는 것이 많음 . 코어코일 트로이달코일 도너츠형의 강자성체에 권선을 감은 코일 . 이것을 이용하는 도너츠형의 토로이달 코어라 불리며 주위 물체의 영향을 받지 않고 누설 자속이 적으며 유도 계수의 안정성 및 재성성이 높아서 고주파 회로에 널리 사용됨 . 코 일변압기 관련 이론 변압기 극성 극성을 표시하는 의 의미 • 1 차측의 극성표시가 있는 단자에서 없는 단자로 전압강하가 되면 2 차측도 극성 이 표시된 단자에서 표시되지 않은 단자로 전압강하된다 . 차측에서 극성표시된 단자쪽으로 전류가흐르면 2 차측도 극성표시된 쪽으로 전류 가 흐른다 .변압기 관련 이론 • 전압과 역기전력의 관계 (1) 자속은 상호자속과 누설자속이 존재한다 . : 누설리액턴스 (2) 권선 저항의 손실을 고려한다 . : 동손 (3) 철손은 히스테리시스손과 와류손을 고려한다 .: 철손 (4) 철심의 포화 정도를 고려한다 . : 여자리액턴스 공급 전압과 유도 기전력변압기 관련 이론 히스테리시스손 철심을 자화하는 경우에 있어서 자계 강도를 강화시켜 갈 때의 자속밀도의 변화를 나타내는 곡선과 자계를 나타내는 곡선은 일치하지 않고 별도의 경로를 통하기 때문에 환상 곡선으로 된다 . 이러한 현상을 히스테리시스현상이라 하고 이 곡선을 히스테리시스 루프라 한다 . 철심에 가해지는 자 할 수 있으며 이는 설계시 등가 회로로 가시화 할 수 있다 . ( 구리의 저항 = 약 0.00000000169) 원인 - 자기절연물인 공기의 자기저항은 철의 10 2 ~ 10 4 배 정도 - 전기절연물은 전기저항이 동의 10 20 배 정도 변압기 관련 이론변압기 관련 이론 - 파라데이 법칙과 상호자속 , 누설 자속으로 인한 2 차 전압에 대한 1 차 전압의 비가 변압기의 권수비와 같게 된다 . 상호자속 (mutual flux) : 두 권선에 쇄교되는 자속 누설자속 (leakage flux) : 1 차권선은 통과하지만 공기를 통해 관통하고 2 차 권선은 통과하지 않는 자속 변압기의 전압비 누속자속 상호자속변압기 관련 이론 변압기 효율 출력 [W] 출력 출력 [W] + 부하손 [ Wc ] + 무부하손 [ Wi ] 입력 = = 변압기의 효율은 부하율에 의해서 변화한다 . 부하율에 관계없이 일정한 무부하손과 부하율의 제곱에 비례하는 부하손이 같게 되었을 때 최고효율이 된다 . 최고효율이 되는 부하율은 보통 변압기에서는 약 40 ~ 60[%] 이다 .변압기 관련 이론 자화전류 (magnetization current) : 변압기 철심에 자속을 만드는 데 필요한 전류 ( 실제 열을 만들지는 않음 ) 철손전류 (core-loss current) : 히스테리시스손과 와류손을 공급하는 전류 여자전류 (excitation current) : 철심의 무부하 총 전류 철손전류 여자전류 변압기의 자화전류상세 설계상세 설계 • 코일이 감긴 코어 부분의 정면도 • 접층된 코어의 단면도 코일은 코어의 다리 부분에 감기게 됨 최대한 조밀하게 감기는 것이 중요 코어는 와류손 을 줄이기 위해 얇게 접층된 철판을 여러겹 겹쳐설계 접층된 값은 값으로 나타내며 이를 설계에 반영상세 설계 각각의 수치는 내부 회로의 수치에서 기인 하므로 별도로 기입하지 않음 . 1 차측 2 차측 유기자속 변압기 외형도 + ㅡ + ㅡ상세 설계 • 스케치시에 코일의 단면도 고려 • 재질 설정 코어 - 철 , 코일 - 구것이 아쉬우나 확인 하기 에는 가능하도록 생 성됨상세 설계 등가 회로상에는 1 차 +2 차 저항 이 Req 로 나타나있고 , 1 차 +2 차 리엑턴스는 j Xeq 로 나타나 있다 . 병렬로 연결된 Rc , jXm 은 전류가 상대적으로 거의 흐르지 않기 때문에 직렬로 연결 하지 않음 .• 교재 예제 2-5 를 통한 등가 회로 , 페이저 및 전압변동 , 효율 산정 개방회로 시험 단락회로시험 Voc=6600V Vsc =47v Ioc =0.21A Isc =6.0A Poc =50W Psc =160W - 개방 회로의 임피던스각 - 여자 어드미 턴스 변압기 세부설계 변압기 세부설계단락회로 시험으로 부터 단락 임피던스 값은 변압기 2 차측에서의 전류 부하는 변압기 세부설계변압기 세부설계 전압 변동률을 보이기 위해 아래의 식을 풀게 되면 각각의 임피던스 값을 대입 하면 전압변동률 발전기 효율 전압변동률 발전기 효율변압기 세부설계 • 페이저도를 통한 0.8 지상의 효율 분석 리엑턴스에 의 한 전압강하 R 에 의한 전압 강하 ReqIs 지상의 역률을 가진다는 가정하에 설계 하였으므로 전류는 전압보다 뒤쳐지 게 되고 전압 변동률이 양의 값을 갖게 된다 . 콘덴서형 이라고도 하며 I 는 값만큼 뒤쳐진다 . ReqIs 부분에서는 j 에의해 90 도 의 차이를 보이게 된다 .변압기 세부설계 매틀랩을 통해 역률을 지상 0.8 진상 0.8 역률 =0 가 되는조건하 에서부하 변동에 따라 전압 전류비를 구한 시뮬레이션 역률에 따라 전류가 전압보다 느리거나 빠른 값이 결정됨 지상 = 전류가 느림 , 진상 = 전류가 전압 보다 빠름 , 동상 = 차이없음 의 전압 전류의 상태 파악 가능 그 외에도 역률 값이 크면 운전시 안정적으로 작동이 가능하며 효율적 . 매틀랩을 이용한 변압기 부하에 따른 전압 전류비차이점 및 한계 ● 실제 사용 되는 변압기와의 비교 • 손실 - 실제 사용 되는 변압기 철손 ( 히스테리시스 손실 , 와류손 ) 동손 (1 차 코일에 의한 손실 , 2 차 코일에 대한 손실 ) 표류 되었을때 저항값 등의 변동으로 고조파나 기타 위험 요소의 발생이 염려 될 수 있다 . - 냉각기 : 온도에 따른 위험을 최소화 한다는 의미와 상통하게 일정 온도를 유지하고 변압기 성능의 일정함을 보장하기 위함차이점 및 한계 - 접지 : 변압기의 용도에 맞게 1 차 , 혹은 2 차의 어느 부분에서는 상대적으로 높은 전압 혹 은 전류를 다루게 되므로 합리적인 사용과 안전을 위해 접지 시설로써 이러한 사고를 미연에 방지 - 절연 : 절연의 부분에서는 변압기 공정시 부터 절연지를 통해 권선에 대한 절연을 하고 있으며 코어와 코일외에 다른 부분으로 흘러 들어가 피해를 주거나 사고의 위험성을 줄이기 위해 변압기는 항상 코일 , 코어부를 노출 시키지 않는 것 또한 이러한 맥락 ※ 설계시 주어진 조건 이외에는 모두 무시 했으므로 이러한 모든 요소에 대 한 대책이나 효율적인 변수의 대입이 되지 않음 조건 내에서도 단락 실험 , 개방 실험등의 실험 수치로써 개산 해야하는 여러가지 특성치들을 설계된 변압기가 기준이 아니었으므로 산술된 값이 변압기의 특성을 효율적으로 대변하지 못함 • 제어 : 변압기의 제어는 부하의 상태와 사용 목적에 의해 주어지는 경우와 그렇지 않은 것이 있으나 필요시에는 보완이나 수정이 가능 하도록 제작 ※ 소형 주거지용 이므로 설계미반영차이점 및 한계 • 고도 : 사용 고도에 따라서도 변압기는 영향을 받음 운전에 심각한 영향을 초래 하지는 않으나 제 2 의 위험요소로 분류 될 수 있기 때문에 사용고도및 설치 높이가 보통의 때보다 차이가 있을 경우 이를 반영 ※ 고도에 따른 변압기 효율및 운전 변동의 특성을 나타낼 보정치가 없음 등가회로나 기타 페이저도를 구할때 필요한 실험이나 수치등에서 상관성이 없고 목적상 정격 부하와 표준 장소에서 운전하므로 미반영 가능보완사항 • 설계시에 단락 및 개방 회로의 값을 실험치로 주어지거나 이를 활용 할 수 있는 수식 등이 주어진다면 설계 시 사용되는 코어 및 코일에 대한 특성치를 최대한 반영 할 수 있을 것 • 코어의 효율성how}

공학/기술| 2010.12.08| 31페이지| 3,000원| 조회(600)

변압기, 전기기기, 변압기설계

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