변압기의 원리

변압기는 어떤 크기의 전압을 가지는 교류 전기에너지를 자계 작용을 통해 다른 크기의 전압을 가지는 교류 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 변압기는 공통의 강자성체에 감겨진 두 개 내지 그 이상의 코일로 이루어져 있다. 이런 코일들은 보통 직접 연결되어 있지는 않다. 단지 두 코일들 사이의 상호 작용은 철심 안에 존재하는 공통의 자속을 통해 이루어진다. 변압기 권선들 중의 하나는 교류전원에 연결되어 있고 다른 권선은 부하에 전기 전력을 공급한다. 전원과 연결된 변압기 권선을 일차권선 즉 입력 권선이라고 하고 부하에 연결된 권선을 2차권선 즉 출력권선이라고 한다. 1. 변압기의 일반 그림 5.3(a)는 변압기의 도식적 그림이다. 그림에 나타낸 바와 같이 한쪽 코일은 1차 권선(primary winding), 다른 코일은 2차 권선(secondary winding)이라고 부른다. 기본적으로, 그림 5.3(b)와 같이 1차 권선에 전압원이 인가되고, 2차 권선에 부하가 연결된다. 변압기의 권선은 코어(core)의 주위에 감는다. 코어는 권선의 위치를 위한 물리적 구조와 자속선이 코일 가까이에 집중될 수 있도록 자기통로를 제공한다. 코어의 재료로는 공기, 페라이트, 철의 세 가지 종류로 나눌 수 있다. 각 종류의 도식적 기호를 그림 5.4에 나타내었다. 2. 권선비 변압기의 중요한 파라미터는 권선비(turn ratio)이다. 권선비는 2차 권선의 권수()에 대한 1차 권선의 권수()의 비이다. 어떤 문헌에서는 권선비를 2차 권선수에 대한 1차측 권선수의 비로 정의하기도 한다. 다음 절에서 권선비가 변압기에서 전압과 전류에 어떤 영향을 미치는지 알 수 있을 것이다. 흔히, 변압기에서는 권선비는 표시하지 않고, 1차 권선과 2차 권선 양단의 전압이 표시되어 있다.