변압기(electric transformer)와 음양순환론
교류(AC)가 직류(DC)보다 좋은 장점은 몇가지가 있지만, 그중에 하나가 변압을 하기 좋다는 것이 있습니다. 반대로 말하면 직류는 변압하기
어렵다는 것인데, 직류를 변압하기 위해서는 인버터(또는 반도체)를 이용하여 직류의 주파수를 변화시켜 교류를 만들어 변압한후 다시 직류로
전환시키는 번거러운 과정을 거쳐야 합니다. 결국 사실상 직류는 직접적으로 변압이 안된다는 것입니다.
직류는 전압이 일정할수록 주파수(진동)가 없기 때문에
2차 전압이 유도가 되지 않습니다. 교류는 전압이 시간에 따라 방향과 크기가 변화하기 때문에 코일을 이용하여 전자기유도(전류와 자기장의 변환)를
하기 좋습니다. 이러한 전자기유도를 통해 2차 전압을 얻을 수 있고, 이를 통해 전압을 높이거나 낮추는 변압을 할 수
있습니다.
<변압기, 그림출처 : Transformer - 위키백과>
1차코일에 전류가 흐르면, 이때 전류는 시간에 따라
크기와 방향이 달라지는 교류여야 코일에 전자기유도를 통한 자기장이 형성되는데, 이 자기장은 철근에 전달되므로 2차코일에도 동일한 양의 자기장이
형성됩니다(자기력선속이 같다). 2차코일의 자기장은 전자기유도에 의해 다시 전류가 됩니다. 마찬가지로 자기장도 시간에 따라 크기와 방향이
달라져야 코일의 자기장이 다시 전류로 전환 될 수 있습니다. 이러한 변화에 의해 코일에서 유도기전력이 발생하여 전류(즉, 유도전류)가 흐릅니다.
이때 자기장이 모두 철근을 통해 이동되는것은 아니므로 자기장 소실(누설자속,Leakage flux)가 발생합니다. 자기회로에서는 이를 줄일수록
전류 손실을 막을 수 있습니다.
변압기에서 누설자속이 없다면 1차코일과 2차코일의 공급되는
기전력(전압,V)과 전류(I)의 양은 같으므로,
가 성립되고, 변압기의
기전력(전압,V)을 결정하는 것은 주로 코일의 감은 수(N)이므로,
가 됩니다.
즉, 코일의 감은수에 따라 1차코일과 2차코일의
전압(기전력)과 전류는 반비례 관계가 됩니다(코일의 감은 수와는 비례). 원래 코일에서는 자기장에 의한 기전력(전압)과 전류의 양이
반비례합니다. 코일이 강하면 자기장이 강하고 이는 기전력으로 나타나므로 사실상 자기장입니다. 따라서 상대적으로 전류는
줄어듦니다.
위의 그림은 낮은 전압으로 변압하는 step-down
transformer로 이와반대인 승압기 step-up transformer의 원리도 마찬가지 입니다.
<그림출처 : Transformer -
위키백과>
<코일을 마주보게하는 방법과 일렬로
정렬하는 방법이 있습니다.>
<중성선이 있는 삼상 4선식 Y결선>
전력을 얻기 위해 발전소에서 발전하는 방식은
삼상(three phase) 입니다. 그리고 송배전도 교류 뿐만아니라 삼상으로 이루어집니다. 삼상은 단상보다 송배전이 경제적으로
이루어집니다. 삼상이 단상보다 안정한 이유는 음(陰,-)과 양(陽,+)이 전체적인 조화를 이루며 매순간 전체 전류의 합이 0으로 상쇄되기
때문입니다(음양 중용의 원리).
<삼상 교류
발전기>