변압기(Transformer)의 원리와 사용 이유

전력의 생산과 송배전 과정에서 중요한 설비들이 있습니다. 그 많은 설비 중 오늘은 각 현장 및 우리 실생활에 필요한 공칭전압으로 변압을 시켜주는 변압기에 대해서 알아봅시다.

 

변압기(Transformer)란

변압기는 교류 전압을 변화하여 주는 장치로 과거 '도란스'라고도 하였는데, 이는 영문인 Transformer의 앞 Trans를 따서 일본식 발음으로 부른 것입니다. 그래서 변압기 혹은 Transformer라고 부르는 것이 맞는 표현입니다.

 

주상변압기

 

변압기의 원리

변압기는 상호 유도 원리를 이용하여 교류 전압을 더 높이거나 낮춥니다. 1차, 2차 두 개의 코일이 연철심 주변에 감겨 있으며 1차 코일에 교류 전압이 걸리면 교류 전류에 의해 자속의 변화가 나타나고, 이것은 2차 코일에 유도 기전력을 일으킵니다. 2차 코일에 유도되는 기전력의 크기와 두 코일의 감긴 횟수는 다음과 같습니다.

 

                                                                       V2 / V1 = N2 / N1

                             (V1 : 1차 코일 공급전압, V2 : 2차코일 유도 기전력, N1 : 1차 코일 감은 수, N2 : 2차 코일 감은 수)

 

따라서 전압을 올리고자 할 때는 2차 코일의 감은 수를 1차 코일보다 많게 하면 됩니다. 즉, 감은 횟수의 비가 N1 : N2 = 1 : 2이면 2차 코일 유도 기전력은 1차 코일 공급 전압의 2배가 됩니다. 또한 변압기에서 에너지 보존 법칙이 성립하므로 1차코일 공급 전력 = 2차 코일 소비 전력을 만족해야 합니다.

 

                                                                     즉,  V1 × I1 = V2 × I2  

 

2차 코일의 저항이 작아지면 1차 코일의 전류가 증가합니다. 즉 1차 코일의 에너지 공급량이 늘어나는 것입니다. 따라서 2차 코일의 작은 저항은 큰 부하의 구실을 합니다.

 

변압기 코일

 

변압기를 사용하는 이유

그렇다면 변압기를 사용하는 이유는 무엇일까요? 변압기는 발전소에서부터 수용가까지 전방위로 사용됩니다. 이는 송전효율과 전선 때문에 변압기를 사용하게 됩니다. 고압으로 송전 시 전류가 작아지게 되면서 전선의 굵기가 얇아집니다. 이는 건설비용과 직결되는 문제이고, 전선이 굵기가 굵어지면 전선의 저항이 커져 송전 시 선로에서 손실이 크게 발생할 수 있기 때문에 변압기를 사용하여 고압으로 송전하고 수용가에서 필요한 공칭전압(220V, 380V 등)으로 변압을 시켜 사용하게 됩니다.

 

전력계통도

 

오늘은 변압기의 원리와 변압기를 사용하는 이유에 대해 알아보았습니다. 이와 관련하여 송전에서 같이 보면 좋은 블로그 포스팅을 아래 첨부하였습니다. 그럼 다음 시간에 더욱 유익한 내용으로 만나뵙겠습니다.

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복도체(Bundle Conductor)