변압기의 구조 및 원리
전기기사 필기 2014년 3회 54번
| 과목 / 챕터 | 전기기기 / 변압기 |
|---|---|
| 인지 유형 | memory |
| 난이도 | Level 2 |
Q문제
전력용 변압기에서 1차에 정현파 전압을 인가하였을 때, 2차에 정현파 전압이 유기되기 위해서는 1차에 흘러들어가는 여자전류는 기본파 전류외에 주로 몇 고조파 전류가 포함되는가?
선택지 분석
1
제 2고조파
오답 함정 분석
제2고조파는 변압기 투입 시 발생하는 과도적인 돌입 전류에서 주로 나타나며, 정상 상태의 여자전류를 구성하는 주된 성분은 아닙니다.
제 3고조파
정답 상세 해설
변압기 철심의 자기 포화와 히스테리시스 현상으로 인해 자속을 정현파로 유지하려면 여자전류에 제3고조파가 반드시 포함되어야 합니다.
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Step 1: 변압기 2차측에 정현파 전압이 유기되려면 철심 내부의 자속()이 정현파 형태를 유지해야 합니다.
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Step 2: 그러나 변압기 철심은 비선형적인 자기 특성(자기 포화 및 히스테리시스 현상)을 가지고 있어, 자속을 정현파로 만들기 위해 필요한 여자전류는 왜형파가 됩니다.
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Step 3: 이 왜형파를 푸리에 급수로 분석하면 기본파 외에 제3고조파 성분이 가장 크게 나타나므로, 여자전류에는 주로 제3고조파가 포함됩니다.
3
제 4고조파
오답 함정 분석
제4고조파와 같은 짝수 고조파는 파형이 상하 대칭일 경우 발생하지 않으며, 변압기의 일반적인 여자 특성과는 거리가 멉니다.
4
제 5고조파
오답 함정 분석
제5고조파도 여자전류에 일부 포함될 수 있으나, 철심의 자기 특성에 의한 왜곡에서 가장 지배적인 영향을 미치는 성분은 제3고조파입니다.
자주 묻는 질문
Q.
여자전류에 제3고조파가 포함되지 않으면 어떤 문제가 발생하나요?
자속 파형이 왜곡되어 유도 기전력에 제3고조파가 포함되게 됩니다. 이로 인해 전압 파형이 일그러지고 통신선 유도 장애 등의 원인이 될 수 있습니다.
Q.
왜 제3고조파가 가장 많이 발생하나요?
철심의 히스테리시스 곡선에서 자속 밀도가 높아질수록 자기 포화 현상이 심해지는데, 이 비선형적 특성 때문에 홀수 고조파 중 제3고조파의 함유율이 가장 높게 나타납니다.