유도전압조정기의 원리

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 6번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2011년 1차 · 2013년 2차 · 2014년 2차 · 2016년 2차 · 2019년 1차 · 2021년 1차

2 쉬운 설명

유도전압조정기는 회전자를 돌려 부하에 걸리는 전압을 연속적으로 바꾸는 기기이다.

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단상 유도전압조정기는 분로권선(전원에 병렬), 직렬권선(부하에 직렬), 단락권선으로 이루어진다. 직렬권선에 전류가 흐르면 분로권선 자속과 직각인 방향으로 누설 자속이 생기고, 이것이 누설 리액턴스가 되어 출력 전압을 떨어뜨린다. 양 끝이 이어진 닫힌 코일인 단락권선은 이 누설 자속을 상쇄해 리액턴스 전압강하를 경감한다. 출력 전압은 회전자의 회전각으로 바꾸고, 단락권선은 전압강하만 줄여 준다.

전원 전압을 $V_{1}$ , 2차인 직렬권선에 유도되는 전압을 $E_{2}$ 라 하자. 회전자를 돌리면 직렬권선의 유도전압이 $+E_{2}$ 에서 $-E_{2}$ 까지 연속으로 변한다. 이 전압이 $V_{1}$ 에 더해지면 부하 전압이 올라가고 빠지면 내려가므로, 연속으로 조정할 수 있는 범위는 $V_{1}-E_{2}$ 에서 $V_{1}+E_{2}$ 까지이다. 한쪽 끝만 말한 보기나 $0$ 에서 $V_{1}$ 까지로 말한 보기는 맞지 않는다.

단상 유도전압조정기에서 두 권선 축 사이의 각도가 $\theta$ 이면 부하측 전압은 $V_{2}=V_{1}+E_{2}\cos\theta$ 이다( $V_{1}$ 은 전원 전압, $E_{2}$ 는 직렬권선 전압). 양 권선이 일치할 때 직렬권선 전압이 150 V, 전원 전압이 220 V 이고 축 사이 각도가 30도이면, $\cos30^{\circ}\approx0.866$ 이라 약 130 V 가 더해져 $220+150\times\cos30^{\circ}\approx350\,\mathrm{V}$ 이다. 축이 나란하면 150 V 가 모두 더해지고 직각이면 하나도 더해지지 않는다.

단상 유도전압조정기의 2차 전압이 $100\pm30\,\mathrm{V}$ 이고 직렬권선의 전류가 6 A 인 문항에서, 직렬권선이 가감하는 조정 전압은 30 V 이다. 정격용량은 이 조정 전압과 직렬권선 전류의 곱이므로 $30\times6=180\,\mathrm{VA}$ 이다. 출력 전압 전체에 전류를 곱하는 것이 아니다.

3상 유도전압조정기는 1차 권선이 만드는 회전자계가 2차 권선에 전압을 유도하고, 회전자를 돌려 2차 전압의 위상을 옮겨 출력 전압을 조정한다. 단상은 교번 자계의 전자유도 작용을 이용하고 3상은 회전자계를 이용한다. 고정자 권선과 회전자 권선을 가지며 회전자계를 이용하는 점이 3상 유도전동기와 같아, 3상 유도전압조정기는 3상 유도전동기의 원리를 응용한 기기이다.

3 이 개념이 나온 기출문제

해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 단상 유도전압조정기: 분로권선(여자), 직렬권선(출력), 단락권선(전압강하 경감).

암기팁 3상은 회전자계로 위상 조정, 단상은 교번 자계.

함정 주의 정격용량은 조정 전압과 직렬권선 전류의 곱이고 출력 전압 전체가 아니다. 단락권선은 전압을 조정하는 것이 아니라 전압강하만 줄인다.

단상 유도전압조정기에서 1차 전원전압이 $V_{1}$ , 2차 유도전압이 $E_{2}$ 일 때 부하 단자전압의 연속 조정 범위는 $V_{1}+E_{2}$ 에서 $V_{1}-E_{2}$ 까지이다. $V_{1}+E_{2}$ 까지만, $V_{1}-E_{2}$ 까지만 말한 보기는 한쪽 끝만 말해 틀리고, $0$ 에서 $V_{1}$ 까지는 $V_{1}$ 보다 높은 전압을 빼 버려 틀리다.
단상 유도전압조정기에서 단락권선의 역할은 누설 자속을 상쇄해 전압강하를 경감하는 것이다. 철손 경감과 절연 보호는 단락권선의 역할이 아니고, 전압조정이 쉬운 것은 회전자의 회전각으로 분로 자속과 직렬권선의 위치 관계를 바꾸기 때문이다.
3상 유도전압조정기의 동작 원리는 회전자계에 의한 유도 작용으로 2차 전압의 위상을 조정하는 것이다. 교번 자계의 전자유도 작용은 단상 유도전압조정기의 원리이고, 두 전류 사이에 작용하는 힘은 전자력의 원리, 충전된 두 물체 사이에 작용하는 힘은 정전기력(쿨롱의 힘)이어서 답이 아니다.

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3상 유도전압조정기의 원리를 응용한 것은 3상 유도전동기이다. 변압기는 자기장이 돌지 않고 제자리에서 방향만 바뀌고, 동기발전기는 회전하는 자극이 전압을 만드는 점이 다르다.
단상 유도전압조정기의 정격용량은 직렬권선이 가감하는 조정 전압과 직렬권선 전류의 곱이다. 2차 전압이 $100\pm30\,\mathrm{V}$ , 직렬권선 전류가 6 A 이면 조정 전압은 30 V 이고 정격용량은 180 VA 이다. 출력 전압 전체에 전류를 곱하지 않는다.
양 권선이 일치할 때 직렬권선 전압이 150 V, 전원 전압이 220 V 이고 1차와 2차 권선의 축 사이 각도가 30도이면, 부하측 전압은 약 350 V 이다. 직렬권선 전압이 모두 더해지는 것이 아니라 $\cos\theta$ 만큼만 더해진다.