전기기능사 · 전기기기 과목
전기기능사 변압기 개념 정리
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AI가 새로 쓴 글 가운데, 작성과 분리된 AI 검증(다시 읽고 사실·수치 확인)을 통과한 단원만 싣습니다. 틀린 곳을 발견하면 알려 주세요.
개요
변압기 단원은 전압을 올리고 내리는 변압기의 원리, 손실과 효율, 절연유, 결선 방법을 다룹니다. 전기기기 과목에서 가장 많이 출제되는 단원입니다.
변압기는 전자유도 작용으로 동작합니다. 1차와 2차의 감은 횟수 비율을 권수비라 하며, 전압은 권수비대로, 전류는 그 반대로 바뀝니다. 손실은 부하와 상관없이 일정한 철손과 부하 전류의 제곱에 비례하는 동손으로 나뉩니다. 철심을 얇은 규소강판으로 겹쳐 만드는 것은 철손을 줄이기 위해서입니다.
변압기 안을 채우는 변압기유는 절연내력이 크고, 인화점은 높고, 응고점은 낮고, 냉각 효과가 커야 합니다. 결선 가운데 변압기 두 대로 3상을 공급하는 V결선은 출력이 변압기 한 대 용량의 √3 배입니다.
핵심 개념
권수비
1차와 2차 코일을 감은 횟수의 비율입니다. a = N1 ÷ N2 = V1 ÷ V2 = I2 ÷ I1 이며, 전압은 권수에 비례하고 전류는 반비례합니다.
외우는 요령'전압은 따라가고 전류는 거꾸로'. 전류만 2와 1의 순서가 뒤집힙니다.
철손
철심에서 생기는 손실로 히스테리시스손과 와류손을 합한 것입니다. 부하와 관계없이 거의 일정한 무부하손입니다.
외우는 요령'철손은 철처럼 단단해서 변하지 않는다'. 부하가 없어도 생깁니다.
동손
코일(구리선)의 저항에서 생기는 손실로, 부하 전류의 제곱에 비례하는 부하손입니다.
외우는 요령'동손은 전류 제곱'. 부하가 절반이면 동손은 1/4 입니다.
규소강판 성층
철심을 규소가 섞인 얇은 강판으로 여러 장 겹쳐 만드는 방법입니다. 규소는 히스테리시스손을, 얇게 겹치는 것은 와류손을 줄여 철손을 줄입니다.
외우는 요령'얇게 겹치면 맴도는 전류(와류)가 갈 곳이 없다'.
변압기유의 조건
절연내력이 크고, 인화점은 높고, 응고점은 낮으며, 냉각 효과가 커야 합니다. 점도는 낮아야 잘 순환합니다.
외우는 요령'불은 늦게 붙고(인화점 높게), 추워도 잘 얼지 않게(응고점 낮게)'.
V결선
단상 변압기 두 대로 3상 전력을 보내는 결선입니다. 출력은 변압기 1대 용량의 √3 배입니다.
외우는 요령'두 대인데 출력은 루트3 배(약 1.73배)'. 2배가 아니라는 점이 함정입니다.
자주 나오는 포인트
- 철손은 부하와 관계없이 일정하고 동손은 부하 전류의 제곱에 비례합니다. 둘을 바꾼 선지를 조심하세요.
- 변압기유 조건에서 '인화점이 낮을 것'처럼 반대로 쓴 선지가 단골입니다.
- 권수비로 2차 전압이나 전류를 구하는 계산이 자주 나옵니다.
- V결선 출력을 1대 용량의 2배로 고른 오답이 흔합니다. 정답은 √3 배입니다.
헷갈리는 것 비교: 철손과 동손
| 구분 | 철손 | 동손 |
|---|---|---|
| 생기는 곳 | 철심 | 코일(구리선) |
| 종류 | 히스테리시스손 + 와류손 | 저항 손실 |
| 부하와의 관계 | 부하와 관계없이 일정 | 부하 전류의 제곱에 비례 |
대표 문제 3개
검수를 마친 예상문제 가운데 이 단원의 대표 문제입니다.
문제 1. 변압기가 전압을 바꾸는 데 이용하는 원리는?
- ① 정전유도 작용
- ② 플레밍의 왼손 법칙
- ③ 줄의 법칙
- ④ 전자유도 작용
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ④ 전자유도 작용
핵심: 변압기의 원리는 전자유도 작용
변압기는 철심에 코일 두 개를 감은 것입니다. 1차 코일에 교류를 흘리면 철심 속의 자속(자석의 힘)이 계속 변하고, 이 변화가 2차 코일에 전압을 만들어 냅니다. 자속의 변화로 전압이 생기는 이 현상이 전자유도입니다.
직류는 자속이 변하지 않으므로 변압기로 전압을 바꿀 수 없습니다.
틀린 선지
- ① 정전유도: 전하가 가까이 오면 반대 전하가 끌려오는 현상으로, 콘덴서와 관련됩니다.
- ② 플레밍의 왼손 법칙: 전동기가 힘을 받는 방향을 알려 주는 법칙입니다.
- ③ 줄의 법칙: 전류가 흐를 때 생기는 열에 관한 법칙입니다.
문제 2. 1차 전압이 6600V, 2차 전압이 220V인 변압기의 권수비는?
- ① 3
- ② 30
- ③ 300
- ④ 1/30
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ② 30
핵심: 권수비 a = 1차 전압 ÷ 2차 전압 = N1 ÷ N2
권수비는 1차 코일과 2차 코일을 감은 횟수의 비율입니다. 전압은 감은 횟수에 비례하므로 전압의 비율과 같습니다.
- 공식: a = V1 ÷ V2
- 숫자 대입: a = 6600 ÷ 220
- 답: a = 30
검산: 220 × 30 = 6600 으로 맞습니다.
틀린 선지
- ① 3, ③ 300: 자릿수를 잘못 계산한 값입니다.
- ④ 1/30: 거꾸로 나눈 값(220 ÷ 6600)입니다. 권수비는 1차를 2차로 나눕니다.
문제 3. 변압기 철심에 얇은 규소강판을 여러 장 겹쳐서(성층) 쓰는 주된 이유는?
- ① 철손을 줄이기 위해
- ② 동손을 줄이기 위해
- ③ 변압기를 가볍게 하기 위해
- ④ 절연 성능을 높이기 위해
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ① 철손을 줄이기 위해
핵심: 규소강판은 히스테리시스손, 성층은 와류손 감소 → 철손 감소
철손은 변압기 철심에서 생기는 손실로, 두 가지로 나뉩니다.
- 히스테리시스손: 철심이 자화되는 방향이 계속 바뀌면서 생기는 손실 → 규소를 섞은 강판을 써서 줄입니다.
- 와류손: 철심 안에 소용돌이 전류가 흘러 생기는 손실 → 얇은 판을 겹쳐(성층) 전류가 흐를 길을 끊어서 줄입니다.
그래서 '규소강판을 성층해서 쓴다'는 것은 철손 두 가지를 모두 줄이는 방법입니다.
틀린 선지
- ② 동손은 코일(구리선)의 저항에서 생기는 손실이라 철심과 관계없습니다.
- ③ 무게를 줄이는 것이 목적이 아닙니다.
- ④ 절연은 절연유와 절연지가 맡습니다.